實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化發(fā)展的兩種取向

摘 要：信息化的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是對(duì)傳統(tǒng)常規(guī)實(shí)驗(yàn)手段的重大創(chuàng)新。信息化的實(shí)驗(yàn)主要表現(xiàn)為兩種取向：數(shù)字化和虛擬化。數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及配套軟件構(gòu)成的, 有助于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)字化和精確化測(cè)量。而虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)則是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，為師生提供一個(gè)和計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互操作以實(shí)現(xiàn)虛擬的實(shí)驗(yàn)操作。數(shù)字化和虛擬化的實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有很多優(yōu)勢(shì)并得以廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；信息化發(fā)展；數(shù)字化；虛擬化

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2009）04-0047-04

一、引言

教育信息化是實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和條件，是教育現(xiàn)代化的重要內(nèi)容和主要標(biāo)志，以教育信息化帶動(dòng)教育現(xiàn)代化是當(dāng)今世界教育改革與發(fā)展的共同趨勢(shì)。[1] 實(shí)驗(yàn)教學(xué)在科學(xué)教育中具有重要地位。人類的發(fā)展和進(jìn)步是建立在工具和手段的不斷發(fā)展和更新之上的，同理，實(shí)驗(yàn)也是伴隨著實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備的發(fā)展而取得更多的研究成果。隨著實(shí)驗(yàn)儀器與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)代化也應(yīng)得到人們重視。實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信息化不僅成為信息技術(shù)與課程整合、教育手段現(xiàn)代化的一個(gè)突破口，而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科技的興趣、提高綜合素質(zhì)和發(fā)展創(chuàng)新思維起著重要作用。

筆者認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信息化主要表現(xiàn)為兩種取向：第一，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的數(shù)字化和精確化，主要是指實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)字傳感器和計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)時(shí)地采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過(guò)運(yùn)算將實(shí)驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)出來(lái)。第二，實(shí)驗(yàn)的虛擬化，是指利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算機(jī)提供一個(gè)供師生和計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互操作以進(jìn)行模擬化的實(shí)驗(yàn)操作。

二、數(shù)字化:實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化發(fā)展的取向之一

許多傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)很難將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的自動(dòng)化的采集以及實(shí)現(xiàn)對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，然而，隨著計(jì)算機(jī)和傳感器等數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展及其在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的深入，勢(shì)必會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)和促進(jìn)作用。

1.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（DISLab）是由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及配套軟件構(gòu)成的，其中計(jì)算機(jī)是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的核心，共同構(gòu)成了實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的智能化系統(tǒng)。在實(shí)際使用中，一般將數(shù)據(jù)采集器和傳感器集成為一個(gè)設(shè)備，被稱為手持技術(shù)（Held Technology）, 它能將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)方便地記錄和分析。[2]

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主要工作原理是，通過(guò)配備的各種傳感器實(shí)時(shí)地采集各類被測(cè)物理量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)模擬和數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換后輸入到計(jì)算機(jī)（一般實(shí)驗(yàn)直接獲取得到的數(shù)據(jù)是模擬信號(hào)，而計(jì)算機(jī)接收的信息必須是數(shù)字化的，因此需要這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程），再通過(guò)相應(yīng)的軟件對(duì)被測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理，從而構(gòu)建一個(gè)現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)測(cè)量和處理平臺(tái)。更具體地說(shuō)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中把被測(cè)的實(shí)驗(yàn)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)以供電腦聲卡采集，因此需要用到各種合適的傳感器等媒介，否則數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)是不可能實(shí)現(xiàn)的，之后再利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算和處理功能，能更好地呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的運(yùn)算和分析，同時(shí)還可以通過(guò)接口軟件對(duì)硬件進(jìn)行控制和調(diào)整，以獲取更加精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有，基于Labview和聲卡數(shù)據(jù)采集的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)儀器系統(tǒng)、江蘇艾迪生（EDIS）數(shù)字實(shí)驗(yàn)室和朗威數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等。

2.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一個(gè)開放性的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材相比，它具有實(shí)時(shí)、快速、高精度地采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并自動(dòng)記錄和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)不僅可以完成很多傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，而且還可完成一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。具體而言，開展數(shù)字化的科學(xué)實(shí)驗(yàn)具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）實(shí)驗(yàn)手段的數(shù)字化

實(shí)驗(yàn)手段的數(shù)字化主要是將抽象的科學(xué)現(xiàn)象和科學(xué)過(guò)程得到量化處理，從而更加準(zhǔn)確地理解各種科學(xué)概念及物體運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中所遵循的規(guī)律。比如在傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)中，利用測(cè)力計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)、電流表和電壓表等儀表測(cè)量物體之間的受力、壓強(qiáng)、電流、電壓等物理量，這些儀器儀表體積較大，讀數(shù)不便且誤差較大。而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)則通過(guò)手持技術(shù)把以上這些物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并與計(jì)算機(jī)相連接，從而保證了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)酶奖恪y(cè)量得更便捷、采集得更細(xì)密。

傳感器通過(guò)把物理量轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)，且具備信號(hào)實(shí)時(shí)上傳的功能，與計(jì)算機(jī)方便通訊。這保證了信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)儀器的補(bǔ)充和替代，更能夠超越傳統(tǒng)儀器的功能。比如電磁學(xué)、光學(xué)和原子物理等有關(guān)實(shí)驗(yàn)較難進(jìn)行測(cè)量，有些在傳統(tǒng)條件下甚至沒(méi)有辦法進(jìn)行量化測(cè)量，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)則可完成許多在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中無(wú)法完成的實(shí)驗(yàn)，其優(yōu)越性尤為突出。

（2）促進(jìn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)規(guī)律的可視化

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的“點(diǎn)采集”過(guò)渡到“線采集”，即以極小的時(shí)間間隔記錄以獲取大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，亦可直接根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)值來(lái)描繪反映物理量變化過(guò)程的圖線，從而為實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)規(guī)律的可視化表征奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，可有效地解決有關(guān)實(shí)驗(yàn)暫態(tài)現(xiàn)象等傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)難題。比如在自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生對(duì)自感電動(dòng)勢(shì)和自感電流大小與方向的暫態(tài)現(xiàn)象及其關(guān)系的理解是一個(gè)難點(diǎn)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)沒(méi)有辦法呈現(xiàn)相關(guān)現(xiàn)象，只有靠教師的口頭講授進(jìn)行講解，學(xué)生很難理解，有些學(xué)生只能靠記憶來(lái)學(xué)習(xí)，而數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)依靠數(shù)字化的電流傳感器和相關(guān)的配套軟件，可以非常直觀地將自感電流的變化特點(diǎn)以可視化的方式呈現(xiàn)于計(jì)算機(jī)屏幕上，從而有助于學(xué)生更加容易地理解自感現(xiàn)象的本質(zhì)。總之，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以將許多在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中無(wú)法觀測(cè)到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確清晰地再現(xiàn)出來(lái)。

（3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)“測(cè)量—記錄—呈現(xiàn)”的實(shí)時(shí)化

在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量、記錄和呈現(xiàn)主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)和完成的。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)“測(cè)量—記錄—呈現(xiàn)”實(shí)時(shí)化就是指在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的同時(shí)，傳感器和數(shù)據(jù)采集器實(shí)時(shí)地采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并同時(shí)將這些數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理，從而紀(jì)錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果并將有關(guān)反映實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化規(guī)律的圖線描繪完成，因此，可大幅度地提高實(shí)驗(yàn)效率和準(zhǔn)確率。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用空間并可取得較好的實(shí)驗(yàn)效果。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域開展實(shí)驗(yàn)。比如在研究“力的相互作用”的關(guān)系時(shí)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)器材無(wú)非是兩個(gè)彈簧秤，讓學(xué)生拉一下，學(xué)生能觀察到彈簧秤的示數(shù)相同即可。而數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)則利用兩個(gè)力的傳感器，實(shí)驗(yàn)中力的大小隨時(shí)可變，并實(shí)時(shí)顯示，拉力和推力可瞬間切換。即使在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如勻速、加速、瞬間碰撞狀態(tài)下，作用力與反作用力仍能盡顯于計(jì)算機(jī)屏幕上，從而取得比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)更好的實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)驗(yàn)圖可參看圖1所示。

三、虛擬化：實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息化發(fā)展的取向之二

1.虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)及其特點(diǎn)

虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)是以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)的。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）是指基于多媒體技術(shù)和傳感設(shè)備以實(shí)現(xiàn)為人們提供一種計(jì)算機(jī)模擬時(shí)空，以自然方式（如手的運(yùn)動(dòng)）向計(jì)算機(jī)輸入各種控制信息從而得到平面或三維的視覺(jué)、聽覺(jué)以及觸覺(jué)等感覺(jué)的虛擬世界。[3] 虛擬實(shí)驗(yàn)的核心思想就是利用虛擬形式技術(shù)，人為地制造一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，人們?cè)谄渲锌梢詫?shí)現(xiàn)看、聽、操作等交互活動(dòng)，就像在“真”的實(shí)驗(yàn)環(huán)境里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作一樣。在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，學(xué)生具有更多的進(jìn)行創(chuàng)造性和探究性實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，可與其中的操作對(duì)象進(jìn)行虛擬交互操作，且虛擬環(huán)境允許更多的用戶訪問(wèn)并能彼此交互和對(duì)話。

虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，且有助于計(jì)算機(jī)在教育領(lǐng)域的普及和應(yīng)用，具有不可估量的作用。虛擬實(shí)驗(yàn)就是借助于多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)上搭建可輔助或可替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所包含的各個(gè)環(huán)節(jié)的軟硬件操作環(huán)境。虛擬實(shí)驗(yàn)由于不受地域和時(shí)間限制，可以跨越時(shí)空進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，為學(xué)習(xí)者提供很大方便。[4]虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相類似，可以供學(xué)生自己動(dòng)手配置、連接、調(diào)節(jié)和使用實(shí)驗(yàn)儀器并開展實(shí)驗(yàn)操作，為學(xué)生提供更多的探究和嘗試的機(jī)會(huì)。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，具有建設(shè)速度快、成本低和易于管理的優(yōu)勢(shì)。采用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以突破時(shí)間、地點(diǎn)和設(shè)備數(shù)量的限制。學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中更容易獲得相關(guān)知識(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更容易保存。對(duì)教師和管理人員來(lái)講，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程更容易控制，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)效率會(huì)更高。

虛擬實(shí)驗(yàn)有助于將科學(xué)知識(shí)和科學(xué)原理得以“物化”。教師將需要講授的科學(xué)知識(shí)以物化的形式凝結(jié)和保存于虛擬環(huán)境中，以直觀、形象、迅速、全面、準(zhǔn)確地形式向?qū)W生傳遞信息。學(xué)生通過(guò)書本學(xué)習(xí)而獲得的知識(shí)是有限的，而在虛擬環(huán)境中所蘊(yùn)含的運(yùn)動(dòng)著的客觀事物傳遞的信息是全方位的、動(dòng)態(tài)的和豐富的。更重要的是，事物本身就是不斷變化和發(fā)展的，它所揭示的過(guò)程和知識(shí)更有利于真實(shí)地再現(xiàn)知識(shí)的本來(lái)面貌，是教科書所難以呈現(xiàn)的。教師可通過(guò)“借用”、“移植”、“仿真”、“模擬”等方式，使虛擬環(huán)境逼近于客觀事物，在教學(xué)過(guò)程中，向?qū)W生揭示事物之間的變化過(guò)程及其規(guī)律。在這樣的學(xué)習(xí)情境中，學(xué)生能更有效地進(jìn)行創(chuàng)造性的思維活動(dòng)，從而有利于更加深刻地認(rèn)識(shí)事物，更牢固地記住所學(xué)的知識(shí)和深刻理解事物的本質(zhì)和內(nèi)涵。

2.虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相關(guān)應(yīng)用

（1）國(guó)內(nèi)外相關(guān)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)概況

虛擬實(shí)驗(yàn)在國(guó)外已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。比如，美國(guó)的Simulation Plus公司在1998年推出的面向中學(xué)理科教育的Futurelab虛擬實(shí)驗(yàn)室，涵蓋了從初中到高中各個(gè)年級(jí)的生物、地理、化學(xué)、物理等學(xué)科內(nèi)容。另外，美國(guó)的Riverdeep Interactive Learning公司開發(fā)的虛擬電學(xué)實(shí)驗(yàn)室（Virtual Labs：Electricity）包含豐富的電學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，可用于中小學(xué)電磁學(xué)內(nèi)容的教學(xué)。

隨著我國(guó)教育信息化的發(fā)展及其在學(xué)科教育領(lǐng)域中的應(yīng)用，虛擬實(shí)驗(yàn)的研究和探索也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。比如由南京金華科軟件有限公司自主開發(fā)的仿真物理實(shí)驗(yàn)室、仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、數(shù)理平臺(tái)等就是一個(gè)成功的典型代表。[5] 其中，物理實(shí)驗(yàn)仿真軟件是面向中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)把物理規(guī)律內(nèi)置在軟件系統(tǒng)中，具有操作簡(jiǎn)單、交互性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以稱得上具有世界先進(jìn)水平的物理教學(xué)軟件平臺(tái)，于2001年通過(guò)了全國(guó)中小學(xué)計(jì)算機(jī)教育研究中心的鑒定。

（2）虛擬實(shí)驗(yàn)的具體應(yīng)用舉隅

①仿真物理實(shí)驗(yàn)室的組成

仿真物理實(shí)驗(yàn)室是由四部分組成的：主模塊部分、光學(xué)部分、電學(xué)部分和初中模塊。每個(gè)部分都提供了實(shí)驗(yàn)所需的足夠的物理器件，比如小球、彈簧、繩子、連桿、電荷等虛擬實(shí)驗(yàn)器具，并集成了重力場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、萬(wàn)有引力場(chǎng)等虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境。光學(xué)實(shí)驗(yàn)室為我們提供了光線模型、方形介質(zhì)、理想凸透鏡、凹透鏡等。學(xué)生在仿真實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)的使用中，只需要通過(guò)搭建器件，并設(shè)置器件的相關(guān)屬性就能完成其所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安裝。比如，力學(xué)中的自由落體運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、單擺運(yùn)動(dòng)、人造地球衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)以及帶電粒子在磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)等都可以在該平臺(tái)中得以輕松再現(xiàn)，光學(xué)中的平面鏡反射、介質(zhì)對(duì)光線的折射和全反射、凸透鏡成像等，電學(xué)中的串聯(lián)與并聯(lián)電路、伏安法測(cè)電阻等。用《仿真物理實(shí)驗(yàn)室》創(chuàng)建的物理模型不但可以向您展示動(dòng)畫，更可以為您提供多種多樣實(shí)時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并可使用軟件提供的輔助分析工具，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析。

②實(shí)驗(yàn)的思路和過(guò)程

在仿真物理實(shí)驗(yàn)室的使用過(guò)程中，我們應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩?lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，之后再在該虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行虛擬的實(shí)驗(yàn)操作。以物體動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用為例，動(dòng)量守恒是高中物理教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在該部分內(nèi)容中，有一個(gè)典型的物理模型：一個(gè)質(zhì)量為M1，初速度為V1的平板，其上放有一質(zhì)量為M2、初速度為V2的木塊，且木塊與平板之間的摩擦系數(shù)為μ，來(lái)探討其物體之間的速度和動(dòng)量的關(guān)系問(wèn)題。在仿真物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，可通過(guò)以下幾步以清晰地揭示其物理模型中各個(gè)物理量的變化關(guān)系，以幫助學(xué)生深刻而準(zhǔn)確地理解該物理模型。其具體的操作步驟如下：

第一，新建一個(gè)“實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”，確定坐標(biāo)位置并設(shè)置該坐標(biāo)的比例。

第二，點(diǎn)擊工具欄上的“設(shè)置”按鈕，在“實(shí)驗(yàn)設(shè)置”對(duì)話框中對(duì)實(shí)驗(yàn)的大環(huán)境和一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

第三，從創(chuàng)建模板中選擇器件，將其拖入并放置于實(shí)驗(yàn)區(qū)中，同時(shí)對(duì)其相關(guān)屬性進(jìn)行設(shè)置。在“創(chuàng)建模板”中創(chuàng)建平板，然后再創(chuàng)建一個(gè)木塊放在平板上，并設(shè)置它們的大小、質(zhì)量和初速度等物理參數(shù)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們可以通過(guò)改變物理參數(shù)的數(shù)值，觀察其運(yùn)動(dòng)過(guò)程的中有關(guān)物理量的變化情況，此時(shí)，平板與木塊的物理參數(shù)也能實(shí)時(shí)地顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，方便我們觀察并發(fā)現(xiàn)其規(guī)律。之后，應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)姆绞綄⑵鋵?shí)驗(yàn)結(jié)果輸出。實(shí)驗(yàn)的截圖如圖2所示。

在虛擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師借助此平臺(tái)既可以讓學(xué)生形象地理解這個(gè)物體相互作用的動(dòng)態(tài)過(guò)程，又可用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)這個(gè)物理過(guò)程進(jìn)行定量分析，更可以讓學(xué)生親自動(dòng)手搭建類似的物理模型，使學(xué)生在輕松娛樂(lè)的過(guò)程中進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)。

總之，學(xué)生一般情況下很不容易掌握這部分內(nèi)容，教師教學(xué)時(shí)也不容易將此過(guò)程準(zhǔn)確細(xì)致地表述清楚。但若使用仿真物理實(shí)驗(yàn)室的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)來(lái)輔助教學(xué)，會(huì)很容易地將此物理模型清晰準(zhǔn)確地呈現(xiàn)出來(lái)，為教師的教和學(xué)生的學(xué)提供極大的方便。

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[5]http://www.jhksoft.com；http://www.eedduu.com．

(編輯：王天鵬)