虛擬實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：實(shí)驗(yàn)探究作為物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)自然也就成為教師重點(diǎn)關(guān)注的問題。在高中物理學(xué)科教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也因此得到了廣大物理教師的關(guān)注。其中，虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用最為廣泛，并取得了一定的實(shí)踐效果，不僅改善了高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，還在一定程度上鍛煉和培養(yǎng)了學(xué)生的物理能力，提升了學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)。在本文中，我便結(jié)合實(shí)際教學(xué)案例談?wù)勌摂M實(shí)驗(yàn)在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)；高中物理；應(yīng)用研究

所謂虛擬實(shí)驗(yàn)，就是指教師借助于多媒體、VR或者仿真實(shí)驗(yàn)軟件給學(xué)生們提供傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的模擬環(huán)境，虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜉o助或全部替代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作，同時(shí)又能帶給學(xué)生較為真實(shí)的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，獲得更加有效的實(shí)驗(yàn)效果。以下我將從高中物理虛擬實(shí)驗(yàn)在學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣的調(diào)動(dòng)、學(xué)生物理探究欲望的激發(fā)以及物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高等方面分析虛擬實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用。

一、 借助虛擬實(shí)驗(yàn)調(diào)動(dòng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣

眾所周知，物理在高中生眼中是一門極為抽象難懂的理科學(xué)科，具有較大的學(xué)習(xí)難度。因此，高中生對(duì)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)往往缺乏較為濃厚的興趣，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)更是比較排斥。在這種情況下，如何設(shè)計(jì)安排物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)則顯得至關(guān)重要。就我以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來看，教師可以在實(shí)際教學(xué)中安排一些虛擬實(shí)驗(yàn)的講解，一方面能夠較好地模擬物理實(shí)驗(yàn)場景，營造物理實(shí)驗(yàn)氛圍，另一方面也能夠降低傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)帶給學(xué)生的乏味感，同時(shí)調(diào)動(dòng)學(xué)生們對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣。

例如，在教學(xué)“描繪小電珠的伏安特性曲線”這一實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于這個(gè)實(shí)驗(yàn)并不能按照傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)流程來完成，需要借助虛擬工具、虛擬器材以虛擬實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行，所以我便借助VR虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行了一次虛擬實(shí)驗(yàn)。首先我讓學(xué)生戴上VR眼鏡，然后依次連接好實(shí)驗(yàn)電路，然后多次測量出小電珠兩端的電壓和通過小電珠的電流，然后將這些數(shù)據(jù)記錄下來，最后再利用虛擬實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)繪制出小電珠伏安特性曲線圖。相對(duì)于傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)而言，這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)既新穎又安全，能夠有效地激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也能夠高效率地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，得到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？梢?，虛擬實(shí)驗(yàn)的引入一方面可以有效提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，鍛煉學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)探究能力，另一方面也可以增大物理學(xué)科對(duì)學(xué)生們的吸引力，使得學(xué)生更加熱衷于做物理實(shí)驗(yàn)。

二、 借助虛擬實(shí)驗(yàn)引發(fā)學(xué)生對(duì)物理問題深層次探究

探究型實(shí)驗(yàn)是虛擬實(shí)驗(yàn)最典型的設(shè)計(jì)，同時(shí)也是高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中極為重要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)類型。在實(shí)際教學(xué)中，物理探究型實(shí)驗(yàn)往往通過兩種形式來開展，其一是針對(duì)實(shí)驗(yàn)探究問題，教師引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)相應(yīng)的探究方案，然后通過小組合作完成；其二是教師針對(duì)實(shí)驗(yàn)探究問題設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案，而學(xué)生只需按照方案的步驟逐步完成操作即可。在虛擬實(shí)驗(yàn)的輔助下，教師還可以借助虛擬的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來引發(fā)學(xué)生對(duì)物理問題進(jìn)行深層次的研究，從而提高學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)探究能力。

例如，在實(shí)驗(yàn)探究“動(dòng)能定理”的實(shí)驗(yàn)中我首先讓同學(xué)們完成平衡摩擦力的操作，然后將小車放在木板的A端，并在該段和小車之間綁上橡皮筋，而在木板的另一端B端則放置一個(gè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，將小車從A端拉到B端，小車后面的紙條通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放小車同時(shí)啟動(dòng)B端的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，當(dāng)小車從B端滑到A端的時(shí)候，紙條上便打出了相應(yīng)的點(diǎn)，之后再將A端的橡皮筋數(shù)量增加至兩條、三條、四條……以同樣的步驟完成計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)操作，便得到一系列的數(shù)據(jù)，按要求將得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并展示出來。

接下來，我讓同學(xué)們思考在摩擦力平衡不足或者平衡過度時(shí)的情況，還有如果橡皮筋規(guī)格有差異或者老化的情況。在同學(xué)們充分討論后，我借助教室多媒體播放了相應(yīng)的flash實(shí)驗(yàn)視頻，視頻播放結(jié)束，學(xué)生再進(jìn)行總結(jié)，這樣一個(gè)動(dòng)能定理的探究實(shí)驗(yàn)就完成得比較全面了。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生能夠有兩方面的收獲，一方面，學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)軌颢@得較為客觀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為實(shí)驗(yàn)科學(xué)性奠定基礎(chǔ)。另一方面，學(xué)生在觀看虛擬實(shí)驗(yàn)視頻的同時(shí)擁有足夠的時(shí)間來思考相應(yīng)的物理問題，進(jìn)而提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，鍛煉了他們的物理思辨能力。

三、 借助虛擬實(shí)驗(yàn)提升物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量

眾所周知，高中物理中存在很多不可實(shí)現(xiàn)的理想型實(shí)驗(yàn)，在傳統(tǒng)的物理教學(xué)中，教師對(duì)于理想型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)往往只是通過口述實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象完成的。顯然，這種形式的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)并不能達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)教學(xué)狀態(tài)，并且容易造成學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容理解上的困難。為了增進(jìn)理想型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，教師可以以虛擬實(shí)驗(yàn)的形式來教學(xué)這些物理理想型實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而彌補(bǔ)理想實(shí)驗(yàn)不可實(shí)現(xiàn)的不足，提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

例如，在教學(xué)“點(diǎn)電荷”的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，我便借助VR完成了一次虛擬實(shí)驗(yàn)，并讓學(xué)生輪流上臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。首先，我給學(xué)生們戴上VR虛擬眼鏡，然后在虛擬的情景下將極性為正的點(diǎn)電荷放在虛擬的平面上，然后在點(diǎn)電荷的周圍便出現(xiàn)了密密麻麻向四周發(fā)散的虛擬電場線，接著學(xué)生再將一個(gè)負(fù)的點(diǎn)電荷慢慢靠近正的點(diǎn)電荷，在這個(gè)過程中，電場線逐漸發(fā)生變化，并在兩個(gè)點(diǎn)電荷之間形成了相應(yīng)的閉合曲線。當(dāng)學(xué)生完成這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)的操作之后，我便問學(xué)生們：“你們?cè)诓僮鞯倪^程中感受如何？”學(xué)生回答：“感覺點(diǎn)電荷變得觸碰可及了，而不是一件虛無縹緲的東西，并且在操作的時(shí)候感覺虛擬的電場線就像一根根可以看得見摸得著的線一樣，非常的真實(shí)，這種物理實(shí)驗(yàn)的感覺實(shí)在太妙不可言了?！憋@然，在這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生不僅獲得了物理理想實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)，還能夠從中領(lǐng)略到物理實(shí)驗(yàn)的樂趣，并學(xué)到相應(yīng)的物理知識(shí)，可見，虛擬實(shí)驗(yàn)的開展可以在一定程度上提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ腻憻捙c培養(yǎng)。

四、 結(jié)語

總而言之，在高中物理教學(xué)中，虛擬實(shí)驗(yàn)具有較為深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景，作為一名高中物理教師，我們應(yīng)當(dāng)從實(shí)際教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況出發(fā)，有選擇性地將虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于高中物理教學(xué)之中，在提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)激活學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣和物理探究欲望，從而鍛煉學(xué)生的物理能力，并全面提升學(xué)生的物理素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：蔡忠坤，福建省寧德市，福建省霞浦第一中學(xué)。