運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)，提高初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率

張俊年

摘要：隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益廣泛地運(yùn)用于教育教學(xué)領(lǐng)域，帶來了教學(xué)領(lǐng)域的全面變革與飛躍發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，可以突破種種限制與困難生動形象地完成所有實(shí)驗(yàn)。這對于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，突破教學(xué)重難點(diǎn)，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能具有重要作用。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué) 虛擬實(shí)驗(yàn) 優(yōu)勢 運(yùn)用

DOI：

10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.01.122

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，知識的產(chǎn)生、定理的形成都是在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出的，實(shí)驗(yàn)在整個物理體系中占有非常重要的地位，起著非常重要的作用。但在以往的教學(xué)中教師并不重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以講實(shí)驗(yàn)、畫實(shí)驗(yàn)代替做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是可有可無的。隨著新課程改革的推進(jìn)，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加重視，雖然在觀念上很重視，但是由于學(xué)校實(shí)驗(yàn)器材短缺、實(shí)驗(yàn)條件不充分等一些實(shí)驗(yàn)無法完成，還有一些實(shí)驗(yàn)盡管可以在現(xiàn)實(shí)條件下完成但實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，一直制約著實(shí)驗(yàn)教學(xué)效益。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)的普及，虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)運(yùn)而生，具有重要的教學(xué)優(yōu)勢，而被廣泛地運(yùn)用于物理教學(xué)中。

所謂虛擬實(shí)驗(yàn)主要包括虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室和Flash課件，是利用計(jì)算機(jī)的仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來模擬實(shí)驗(yàn)全過程，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，整個實(shí)驗(yàn)過程完全依托計(jì)算機(jī)的仿真系統(tǒng)來完成，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化。在初中物理教學(xué)中運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)代科技迅猛發(fā)展下教育信息化的產(chǎn)物，是深化物理教學(xué)改革的必要趨勢，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率的重要手段。

一、虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢

1.降低實(shí)驗(yàn)成本。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)需要借助一定的實(shí)驗(yàn)器材來完成，而大部分實(shí)驗(yàn)器材費(fèi)用較高，而且器材供全校師生使用，在使用的過程容易出現(xiàn)損壞，其采購與維修都需要很多的資金。而虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)器材的數(shù)字化，整個實(shí)驗(yàn)是通過仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，可以說其投入是一次性的，并不存在損壞、磨損等現(xiàn)象，可以反復(fù)同時供多人使用，這使得教學(xué)成本大大降低，更能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全面化與全體化。

2.突破時空限制。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)受時間與空間上的限制，由于學(xué)校實(shí)驗(yàn)器材有限，一次不能容納很多的學(xué)生來操作實(shí)驗(yàn)，全校各班需要輪流進(jìn)行，即使這樣也并不能滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際需求。虛擬實(shí)驗(yàn)更具開放性，不受時間與空間的限制，只要教學(xué)需要，師生就可以隨時隨地進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站來完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

3.控制實(shí)驗(yàn)節(jié)奏。在傳統(tǒng)教學(xué)中我們并不能控制實(shí)驗(yàn)的節(jié)奏，往往難以觀察到一些瞬間產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。而虛擬實(shí)驗(yàn)更具可控性，我們可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)來控制其節(jié)奏，如將快速過程緩慢化、緩慢過程快速化，以便于學(xué)生更好地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。同時還可以根據(jù)實(shí)際需要來將截取實(shí)驗(yàn)過程中的某一片斷，以供學(xué)生更好地進(jìn)行操作與思考。

4.保證人身安全。一些實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)系數(shù)較高，如果操作失誤會對操作者帶來危害，抑或是一些實(shí)驗(yàn)本身就具有危險(xiǎn)性，在現(xiàn)實(shí)條件下無法完成，這些在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不能完成。而虛擬實(shí)驗(yàn)可以排除這些安全隱患，可以完成所有的實(shí)驗(yàn)，并且可以避免因操作失誤所帶來的危害，更加具有安全性。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)的作用

1.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)學(xué)生快樂學(xué)習(xí)。成功的教學(xué)所依賴的不是強(qiáng)制，而是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教學(xué)手段單一，教學(xué)氛圍枯燥，對于大部分實(shí)驗(yàn)是通過黑板與粉筆來呈現(xiàn)，通過閱讀教材來完成，教師在上面滔滔不絕地講，而大多學(xué)生只是在下面應(yīng)付，注意力不集中，思維不活躍， 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率低下。即使是一些學(xué)生可以操作的實(shí)驗(yàn)，也并不能激發(fā)學(xué)生的參與熱情。而虛擬實(shí)驗(yàn)以學(xué)生所感興趣的計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托，將學(xué)生帶入全新的仿真系統(tǒng)之中，這使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)更具有現(xiàn)代技術(shù)的氣息，唯美的畫面、絢麗的色彩、鮮艷的文字、動聽的音樂，都可以帶給學(xué)生以強(qiáng)烈的感官沖擊，使得整個實(shí)驗(yàn)更加生動形象，富有趣味性，更能達(dá)到集中學(xué)生注意力，激活學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的參與動機(jī)的效果。這樣學(xué)生不再是機(jī)械而被動的操作， 而是主動而活躍的參與，從而向有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)邁出了堅(jiān)實(shí)的第一步。

2.模仿各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生主動探究。實(shí)驗(yàn)是重要的教學(xué)內(nèi)容，同時也是主要的研究方法與學(xué)習(xí)手段。不管是演示性實(shí)驗(yàn)還是探究性實(shí)驗(yàn)，都可以引導(dǎo)學(xué)生展開主動探究，從而讓學(xué)生在思考與思維的基礎(chǔ)上達(dá)到對這些抽象知識的形象認(rèn)知與深刻理解。但在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中受各種因素的影響，并不能完成所有的實(shí)驗(yàn)，不利于教學(xué)重難點(diǎn)的突破。而通過虛擬實(shí)驗(yàn)可以有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，化抽象為形象，化靜態(tài)為動態(tài)，化微觀為宏觀，這樣更加利于學(xué)生對抽象知識的深刻理解。如在學(xué)習(xí)“馬德堡半球?qū)嶒?yàn)”時，教師可以通過抽掉合在一起的兩個馬德堡半球里面的空氣后無法拉開來證明大氣壓強(qiáng)的存在，但大氣壓強(qiáng)有多大，學(xué)生并沒有真切的感受。為此教師可以運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)，向?qū)W生真實(shí)地再現(xiàn)300多年前的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)，將兩邊的馬匹由2匹增加到4匹、8匹、16匹，并配以相應(yīng)的背景音樂，直到將兩個半球分開。通過這樣的聲情并茂的模擬實(shí)驗(yàn)，可以將學(xué)生帶入真實(shí)的實(shí)驗(yàn)場景之中，讓學(xué)生從中真切地感受大氣壓強(qiáng)的存在與巨大。此時再運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)對馬德堡半球隊(duì)進(jìn)行全面而細(xì)致的剖析與講解，這樣就可以讓學(xué)生深刻地認(rèn)識到來自于四面八方的大氣施壓給半球，這樣使得學(xué)生對于大氣壓強(qiáng)這一節(jié)知識的理解更為深刻，從 而有效地突出了重點(diǎn)，突破了難點(diǎn)，這正是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所難以取得的效果。

3.提供自主操作空間，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。在以往真實(shí)的實(shí)驗(yàn)活動中，由于怕發(fā)生危險(xiǎn)，怕弄壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備，學(xué)生在操作時往往畏首畏尾，有太多的顧慮而并不能完全地依據(jù)自己的思考方式來展開。虛擬實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生徹底消除這些不安與顧慮，為學(xué)生提供了一個更為自由而寬廣的平臺，學(xué)生可以按照自己個性化的實(shí)驗(yàn)方案來展開，這樣不僅可以激起學(xué)生更大的實(shí)驗(yàn)熱情，讓學(xué)生體會到實(shí)驗(yàn)探究的樂趣，同時為學(xué)生提供了更為寬廣的學(xué)習(xí)空間，利于增強(qiáng)學(xué)生的問題意識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來掌握基本的物理知識，提高實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的創(chuàng)新水平。

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（責(zé)編 趙建榮）