虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在初中物理實(shí)驗教學(xué)中的應(yīng)用

肖曉珍

【摘 要】現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用更加廣泛，作為第三種科學(xué)研究方法指引著其發(fā)展方向，在初中教學(xué)中的運(yùn)用也從理論層面上升到實(shí)踐運(yùn)用階段。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在物理學(xué)科尤其在物理教學(xué)難點(diǎn)方面的運(yùn)用取得了良好的效果。筆者結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征，探討了在物理實(shí)驗教學(xué)中構(gòu)建虛擬實(shí)驗的重要性。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);虛擬實(shí)驗;物理實(shí)驗;初中;應(yīng)用

初中物理課程的教學(xué)離不開實(shí)驗，實(shí)驗和理論是構(gòu)成物理課程的兩大重要部分，在教授學(xué)生物質(zhì)知識的同時，提高其實(shí)踐動手操作能力，實(shí)驗也是初中物理教學(xué)的重要手段。通過實(shí)驗，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)物理知識的環(huán)境，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理課程的積極性，這也是中學(xué)物理新課改的要求。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用到物理教學(xué)中可以擺脫實(shí)驗受到時間和空間的限制，解決學(xué)校實(shí)驗器材等問題。

一、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在初中物理實(shí)驗中的重要性

通過搭建虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)平臺能夠給初中生學(xué)習(xí)物理創(chuàng)建良好的環(huán)境，擺脫時間和空間的限制，在開放式的實(shí)驗環(huán)境，學(xué)生們可以自己選擇實(shí)驗要求，實(shí)驗主題選擇合適的儀器精心實(shí)驗，改變了傳統(tǒng)的教師灌輸式教學(xué)手段，最大程度發(fā)揮學(xué)生的潛力。

第一，節(jié)約成本。初中學(xué)校一般辦學(xué)規(guī)模比較小，資金有限，很多實(shí)驗器材更新緩慢，通過建立虛擬的實(shí)驗室，有效降低實(shí)驗室的投入，實(shí)驗器材的購買和使用，降低由于操作問題導(dǎo)致的器材損耗。第二，提高教學(xué)效果。學(xué)生利用好計算機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗效果，再短時間內(nèi)做到預(yù)習(xí)、操作實(shí)驗、處理數(shù)據(jù)、分析結(jié)果等，例如，在光學(xué)實(shí)驗中，受到觀測精度的限制，如果器材調(diào)節(jié)不當(dāng)很難得到理想效果。第三，提高實(shí)踐能力。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生能夠根據(jù)需要改變實(shí)驗參數(shù)，實(shí)驗各種因素的影響。初中實(shí)驗很多都是驗證性的，缺乏創(chuàng)造性，運(yùn)用虛擬實(shí)驗可以創(chuàng)造性地改變實(shí)驗過程，真正在短時間實(shí)踐自己的實(shí)驗，提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在物理實(shí)驗中的應(yīng)用

1.在演示型實(shí)驗中的應(yīng)用

演示型實(shí)驗是物理教師常用的手段，通過演示可以引起初中生的興趣，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，但是演示型實(shí)驗在很大程度上受到實(shí)驗室的限制，對實(shí)驗環(huán)境要求比較高，例如，在演示光的反射時，一旦有條件不符合，那么實(shí)驗可能會失敗，影響物理知識的科學(xué)性，這時就可以運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，首先介紹光的基本概念，如，入射光線、反射光線等，然后建立光的反射設(shè)計模型，演示光的反射實(shí)驗，然后教師可以要求學(xué)生在虛擬的實(shí)驗平臺上通過移動鼠標(biāo)改變?nèi)肷浣堑拇笮≡儆^察光線的改變，這樣能夠引起學(xué)生主動探究的心理，對比入射角和反射角，得出結(jié)論，然后再有老師規(guī)范光的反射定理。

2.在探究型實(shí)驗中的應(yīng)用

探究型實(shí)驗就是要求學(xué)生主動探究，總結(jié)實(shí)驗現(xiàn)象所對應(yīng)的規(guī)律，能夠提高初中生的觀察力和探究力，但是在探究的過程中會受到各方面條件的影響，導(dǎo)致探究結(jié)果的不準(zhǔn)確，計劃的實(shí)驗過程實(shí)施受阻。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就會保證探究實(shí)驗的順利進(jìn)行。例如，在教師的指導(dǎo)下，探究凸透鏡的成像的規(guī)律時，運(yùn)用現(xiàn)實(shí)實(shí)驗，學(xué)生很難總結(jié)成像的規(guī)律，最后只能死記硬背，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，教師可以演示物體由遠(yuǎn)到近逐漸靠近凸透鏡的過程，學(xué)生通過觀察和呈現(xiàn)的想象總結(jié)成像的特征，提高學(xué)生創(chuàng)新的發(fā)散思維。然后，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行虛擬實(shí)驗，使用鼠標(biāo)拖動物體，由遠(yuǎn)及近，很容易操作，也便于觀察，在觀察的同時，做好成像的記錄，總結(jié)特點(diǎn)，最后由教師規(guī)范成像規(guī)律。

3.在操作型實(shí)驗中的應(yīng)用

操作型實(shí)驗就是在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)已經(jīng)具備的知識進(jìn)行連接、安裝和設(shè)計總結(jié)發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的規(guī)律。在實(shí)際的初中物理教學(xué)中，學(xué)生很少有機(jī)會真正進(jìn)行操作，沒有實(shí)現(xiàn)新課改的目標(biāo)。借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以提高學(xué)生操作訓(xùn)練的機(jī)會。例如，在研究電路短路的規(guī)律時，受到設(shè)備安全性的限制，學(xué)生基本不進(jìn)行實(shí)際操作，這樣不利于學(xué)生解決生活中的實(shí)際問題。教師可以首先了解電路短路的情況，通過演示展現(xiàn)給學(xué)生，然后指導(dǎo)學(xué)生在虛擬的實(shí)驗平臺上建立用導(dǎo)線連接電源兩級的類似的閉合回路，通過拖動鼠標(biāo)很容易實(shí)現(xiàn)，構(gòu)成閉合電路，然后閉合開關(guān)，再觀察電路現(xiàn)象。單擊鼠標(biāo)就能觀察電流表串聯(lián)到電路后閉合開關(guān)產(chǎn)生的現(xiàn)象。通過虛擬實(shí)驗，學(xué)生可以任意實(shí)驗自己的創(chuàng)造性想法，不會擔(dān)心安全問題。

總之，物理實(shí)驗的主要目的就是要求學(xué)生在掌握物理基本知識的基礎(chǔ)上提高實(shí)驗分析能力、動手操作能力及運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題。借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以打破時間和空間的限制，幫助學(xué)生進(jìn)行理想實(shí)驗，將物理學(xué)科的科學(xué)性及嚴(yán)謹(jǐn)性體現(xiàn)出來，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。

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