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

武奇志

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教育領(lǐng)域的運(yùn)用日益廣泛，使得教育領(lǐng)域飛躍式發(fā)展及全面的變革。而虛擬實(shí)驗(yàn)就是時(shí)代的標(biāo)志產(chǎn)物之一，其就是利用計(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(lái)模擬實(shí)驗(yàn)全過(guò)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，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化。虛擬實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用突破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的種種限制與困難，可以更加生動(dòng)形象地完成所有實(shí)驗(yàn)，這對(duì)于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、突破教學(xué)中的重難點(diǎn)、提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率起到了重要的作用。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)效率

物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，其知識(shí)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(gè)物理體系中處于重要的地位，因此，實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)活動(dòng)中一個(gè)至關(guān)重要的過(guò)程，它對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和解決問(wèn)題能力發(fā)揮著重要的作用。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(shì)，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)常見(jiàn)的兩種形式

（一）動(dòng)畫(huà)演示課件

動(dòng)畫(huà)演示是科學(xué)技術(shù)用于教育體系最初級(jí)的表現(xiàn)形式，是科學(xué)技術(shù)和課程整合的最低層次，目前，很多老師都是采用這種形式和方法。老師可以使用現(xiàn)成的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件或者多媒體素材庫(kù)，選擇其中較為合適的部分用在自己的課程教學(xué)中，也可以利用PowerPoint、Flash、幾何畫(huà)板、Authorware等軟件，綜合利用各種教學(xué)素材，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程或現(xiàn)象設(shè)計(jì)成模擬真實(shí)情況的演示文稿和多媒體課件，演示某些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，動(dòng)態(tài)形象地展示理論模型和實(shí)驗(yàn)過(guò)程，幫助學(xué)生更好地理解所學(xué)知識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)常規(guī)教學(xué)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的教學(xué)功能。

（二）虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)建一個(gè)可視化的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境，其中的任何一個(gè)仿真物體都代表著一種實(shí)驗(yàn)儀器或設(shè)備，學(xué)生通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊或者拖曳動(dòng)作，來(lái)操作這些虛擬的實(shí)驗(yàn)儀器或設(shè)備，即可進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，從而達(dá)到與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一致的教學(xué)要求和目的。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是虛擬仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)多方面結(jié)合的結(jié)晶。無(wú)論是學(xué)生還是教師都可以自由、無(wú)顧慮地隨時(shí)通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)操作儀器進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革提供條件及技術(shù)支持。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

（一）降低實(shí)驗(yàn)成本，保證人身安全

傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)需要借助一定的實(shí)驗(yàn)器材來(lái)完成，大部分實(shí)驗(yàn)器材費(fèi)用高，數(shù)量需求大，使用頻率強(qiáng)，儀器損壞率高，造成采購(gòu)與維修都需要很多的資金。但虛擬實(shí)驗(yàn)是通過(guò)仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)器材的數(shù)字化，可以說(shuō)是一次性投入，并不存在上述問(wèn)題，并且可以反復(fù)同時(shí)供多人使用，這使得教學(xué)成本大大降低。另一方面，一些實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)系數(shù)較高，如果操作失誤會(huì)對(duì)操作者帶來(lái)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(wú)法完成，這些在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不能完成。虛擬實(shí)驗(yàn)可以避免因操作失誤所帶來(lái)的危害，并且完成所有的實(shí)驗(yàn)，更加具有安全性。

（二）激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)快樂(lè)教學(xué)

想要提高教學(xué)效率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣至關(guān)重要。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(duì)于大部分實(shí)驗(yàn)是通過(guò)老師口述或者書(shū)本完成，異常單調(diào)枯燥，以至于學(xué)生的注意力不集中，思維不活躍。即便一些實(shí)驗(yàn)可以真實(shí)實(shí)踐，也并不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。但虛擬實(shí)驗(yàn)以計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，將學(xué)生帶入全新的仿真系統(tǒng)中，唯美的畫(huà)面、絢麗的色彩、鮮艷的文字、動(dòng)聽(tīng)的音樂(lè)，帶給學(xué)生強(qiáng)烈的感官?zèng)_擊，使得實(shí)驗(yàn)更加生動(dòng)形象，富有趣味性，能吸引學(xué)生的注意力，激活學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣。這樣使得學(xué)生不再是被動(dòng)地機(jī)械灌輸知識(shí)，而是主動(dòng)積極地參與，從而向有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

（三）實(shí)現(xiàn)各種實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生探索

物理實(shí)驗(yàn)作為重要的教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)也是主要的研究方法與學(xué)習(xí)手段。但傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中受各種因素的制約，并不能完成所有的實(shí)驗(yàn)，不利于突破教學(xué)的重、難點(diǎn)，但通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)可以有效彌補(bǔ)這些不足。如，在教學(xué)“馬德堡半球?qū)嶒?yàn)”時(shí)，教師可以通過(guò)抽掉合在一起的兩個(gè)馬德堡半球里面的空氣后無(wú)法拉開(kāi)來(lái)證明大氣壓強(qiáng)的存在，學(xué)生對(duì)此并沒(méi)有概念。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3匹增加到6匹、12匹、24匹，并配以相應(yīng)的背景音樂(lè)，直至將兩個(gè)半球分開(kāi)。通過(guò)這樣聲情并茂的模擬實(shí)驗(yàn)，將學(xué)生帶入真實(shí)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景之中，可以使學(xué)生真切地感受大氣壓強(qiáng)的存在與巨大。此時(shí)對(duì)馬德堡半球?qū)嶒?yàn)進(jìn)行全面而細(xì)致的剖析與講解，這樣使得學(xué)生對(duì)于大氣壓強(qiáng)這一節(jié)知識(shí)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。

參考文獻(xiàn)：

李琨.虛擬實(shí)驗(yàn)室在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2012（6）.

·編輯 魯翠紅