虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于初中物理教學(xué)中的探討

冉洪軒

摘 要 實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)立命安身之本，其概念的形成、規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、原理的形成無(wú)一不是通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)得到的。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中掌握科學(xué)的探究方法，形成科學(xué)的思維方式，也感受到科學(xué)家們探索科學(xué)的艱辛。虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軓浹a(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，為學(xué)生提供豐富的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以拓展學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐探究能力。本文主要從測(cè)量型、演示型、探究型、設(shè)計(jì)型、操作型實(shí)驗(yàn)的角度闡述初中物理教學(xué)的有效策略。

關(guān)鍵詞 初中物理 信息技術(shù) 虛擬實(shí)驗(yàn) 探究

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在當(dāng)前教學(xué)中，教師難以跨越應(yīng)試的樊籬，實(shí)驗(yàn)開(kāi)出率不高，主要集中在實(shí)驗(yàn)考查的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；教師為提速增效，重實(shí)驗(yàn)結(jié)論而輕方法滲透，先講后做，學(xué)生依葫蘆畫瓢，在模仿中機(jī)械記憶結(jié)論；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，以測(cè)量、演示、操作等驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，缺少探究型實(shí)驗(yàn)，不利于學(xué)生探究性能力的培養(yǎng)。

基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軓浹a(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，為學(xué)生提供了豐富的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不囿于教材，充實(shí)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓物理教學(xué)走向生活。

1虛擬實(shí)驗(yàn)在測(cè)量型實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

測(cè)量型實(shí)驗(yàn)較為簡(jiǎn)單，學(xué)生借助于實(shí)驗(yàn)設(shè)備即可輕松獲得。對(duì)一些比較抽象、難以理解的測(cè)量型實(shí)驗(yàn)，在真實(shí)環(huán)境下費(fèi)力耗時(shí)，而借助于虛擬實(shí)驗(yàn)，在教師引導(dǎo)下抽絲剝繭，讓學(xué)生掌握測(cè)量的方法，形成解決問(wèn)題的意識(shí)。如在“伏安法測(cè)電阻”實(shí)驗(yàn)中，教師以模擬教學(xué)、演示教學(xué)為主要方式，分三階段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。第一階段，教師講解、演示與學(xué)生剖析實(shí)驗(yàn)原理；第二階段，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，利用虛擬實(shí)驗(yàn)室嘗試實(shí)驗(yàn)，連接實(shí)驗(yàn)電路圖，用鼠標(biāo)拖動(dòng)變阻器，記錄電壓、電流，繪制小燈泡的電阻伏安性圖，感受電阻隨電壓的增大而增大。引發(fā)學(xué)生的思考探究，并將小燈泡換成定值電阻，再次拖動(dòng)滑動(dòng)變阻器，記錄電壓與電流值，繪制定值電阻伏安特性圖，分析其曲線，發(fā)現(xiàn)定值電阻阻值不變，對(duì)小燈泡的阻值在變化產(chǎn)生疑惑。第三階段，教師針對(duì)學(xué)生遇到的問(wèn)題答疑，為學(xué)生提供相應(yīng)材料，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)鎢絲的阻值隨溫度升高而增大的特性。

2虛擬實(shí)驗(yàn)在演示型實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

教師在演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于班級(jí)生數(shù)眾多，學(xué)生難以全面觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)缺少興趣。學(xué)生借助于虛擬的實(shí)驗(yàn)，可以擺脫環(huán)境等因素的制約，清晰地再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。如在學(xué)習(xí)光的反射現(xiàn)象時(shí)，學(xué)生雖對(duì)反射現(xiàn)象有一定的了解，但也僅限于生活中的一些簡(jiǎn)單現(xiàn)象，缺少深度。教師要采用集體授課與個(gè)別教學(xué)相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)，一是講解實(shí)驗(yàn)原理，以平行光源、平面鏡設(shè)計(jì)反射定理模型，讓學(xué)生了解入射與反射光線，入射角與反射角、法線等基本概念。二是師生互動(dòng)，學(xué)生用量角器測(cè)量入射角與反射角的度數(shù)，師生共同歸納光的反射定理。三是驗(yàn)證，學(xué)生借助于虛擬平臺(tái)，改變?nèi)肷浣堑拇笮?，記錄入射角與反射角的大小，并進(jìn)行比較、驗(yàn)證。

3虛擬實(shí)驗(yàn)在探究型實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

學(xué)生在動(dòng)手探究中透過(guò)現(xiàn)象，探求規(guī)律，提高發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的意識(shí)。在真實(shí)實(shí)驗(yàn)中，因外界因素的干擾，學(xué)生難以獲得準(zhǔn)確的結(jié)論，而虛擬實(shí)驗(yàn)的引入，能突破外界因素的影響。如在凸透鏡成像的規(guī)律探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，受實(shí)驗(yàn)室光線等因素的影響，學(xué)生難以準(zhǔn)確地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也就談不上規(guī)律的總結(jié)。教師先提出問(wèn)題，讓學(xué)生由遠(yuǎn)及近觀察透鏡，引發(fā)他們的好奇心，讓他們大膽提出凸透鏡成像與物距大小是否有關(guān)的問(wèn)題。接著，在虛擬平臺(tái)中，學(xué)生把物體放在較遠(yuǎn)的地方，逐漸靠近凸透鏡，在移動(dòng)中觀察成像特點(diǎn)，記錄像發(fā)生變化時(shí)的物距。學(xué)生就會(huì)不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)物距大于兩倍焦距時(shí)，成縮小、倒立的實(shí)像；當(dāng)達(dá)到兩倍焦距時(shí)，成等大、倒立的實(shí)像；繼續(xù)靠近透鏡，處于一倍焦距與兩倍焦距之間，物體繼續(xù)變大，成放大、倒立的實(shí)像；再往透鏡靠近時(shí)，像開(kāi)始變虛，由倒立變?yōu)檎?。?dāng)處于一倍焦距之內(nèi)時(shí)，像為放大、正立的虛像。教師與學(xué)生共同總結(jié)凸透鏡成像的規(guī)律，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)物距的大小是影響了凸透鏡成像的特點(diǎn)，并根據(jù)自己的猜想設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在實(shí)踐中記錄數(shù)據(jù)、總結(jié)規(guī)律。

4虛擬實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

在生活實(shí)際中，學(xué)生會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，他們會(huì)選擇合適的工具去解決問(wèn)題。在物理學(xué)習(xí)中也需如此，當(dāng)學(xué)生不理解物理現(xiàn)象，需在借助實(shí)驗(yàn)平臺(tái)去解決。如牛頓第一定律，描述了力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，對(duì)初學(xué)者而言有些抽象，教師要通過(guò)摩擦力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生理解牛頓第一定律的內(nèi)容，但摩擦力較難控制，實(shí)驗(yàn)效果也不明顯。教師讓學(xué)生通過(guò)搓手、搓臉等活動(dòng)讓學(xué)生感知摩擦力，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到摩擦力對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)有影響。

5虛擬實(shí)驗(yàn)在操作型實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，教師常在講桌上操作實(shí)驗(yàn)，前排學(xué)生尚能勉強(qiáng)看到，而后排學(xué)生聽(tīng)得云里霧里。教師借助于虛擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生清晰地觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程。如在探究“電阻的連接方法”教學(xué)中，教者讓學(xué)生串聯(lián)、并聯(lián)兩個(gè)相同阻值的電阻，通過(guò)數(shù)字歐姆表計(jì)算出總電阻，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)串聯(lián)后阻值增大，而并聯(lián)后阻值反減小了，學(xué)生會(huì)提出猜想：“當(dāng)兩個(gè)相同電阻串聯(lián)，總等于兩電阻之和；兩個(gè)相同電阻并聯(lián)，總電阻等于兩電阻之和的一半。”通過(guò)與數(shù)字歐姆表的對(duì)比，證實(shí)自己的猜想是正確的。接著教者將兩個(gè)不同阻值的電阻構(gòu)建并聯(lián)、串聯(lián)電路，讓學(xué)生探討總電阻的求法。

總之，虛擬實(shí)驗(yàn)是信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，有其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，讓很多探究設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)成為可能。但虛擬實(shí)驗(yàn)不能達(dá)到高度逼真，也存在自身的缺陷，這就需要我們進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)，避免缺陷，以達(dá)到良好的教學(xué)效果。