“虛實”融合初中物理實驗教學(xué)模式的探究與實踐

鄭明祥

摘要：在信息化融入各個領(lǐng)域的今天，大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、虛擬現(xiàn)實等新技術(shù)已經(jīng)進入課堂。5G時代的到來，加速物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)用，“互聯(lián)網(wǎng)+”模式的應(yīng)用更加廣泛。文章針對物理學(xué)科的特點，在信息技術(shù)的幫助下，引入3D仿真實驗與實物實驗融合的做法，搭建“互聯(lián)網(wǎng)+”虛擬實驗平臺，開創(chuàng)線上線下相結(jié)合的實驗教學(xué)模式，達到“虛實融合、學(xué)懂弄通”的效果。

關(guān)鍵詞：“虛實”融合;初中物理;實驗教學(xué);教學(xué)模式

一、社會背景

教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動計劃》提到，通過實施教育信息化2.0行動計劃，到2022年基本實現(xiàn)“三全兩高一大”的發(fā)展目標，推動從教育專用資源向教育大資源轉(zhuǎn)變、從提升師生信息技術(shù)應(yīng)用能力向全面提升其信息素養(yǎng)轉(zhuǎn)變、從融合應(yīng)用向創(chuàng)新發(fā)展轉(zhuǎn)變，努力構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的人才培養(yǎng)新模式、發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的教育服務(wù)新模式、探索信息時代教育治理新模式。目前，很多省市都出臺初中物理實驗操作考試，這非?？简瀸W(xué)生在實際操作中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。但就目前的情況來看，絕大多數(shù)初中物理實驗的開展都局限于學(xué)校，限制了學(xué)生進行物理實驗的時間和空間。在5G信息時代來臨之際，如何利用3D仿真技術(shù)融合初中物理實驗，搭建“互聯(lián)網(wǎng)+”虛擬實驗平臺，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開創(chuàng)線上線下相結(jié)合的實驗教學(xué)模式，達到“虛實融合、學(xué)懂弄通”的效果，是我們目前要解決的課題。

二、初中物理教學(xué)的痛點

目前，就筆者所在的地區(qū)而言，物理實驗的效果不容樂觀，主要表現(xiàn)為以下幾點：

（一）實驗少成為削弱學(xué)生學(xué)習(xí)物理興趣的主因

物理是建立在實驗基礎(chǔ)上的一門學(xué)科，對剛學(xué)物理的學(xué)生來說，他們有著濃厚的興趣。受應(yīng)試教育的影響，教學(xué)過于功利，傳統(tǒng)的物理課堂教學(xué)方式以傳授為主，通過死記硬背的方法學(xué)習(xí)物理。這種缺少物理實驗的傳授方式讓學(xué)生逐步失去了對物理的興趣，產(chǎn)生厭學(xué)情緒，把學(xué)習(xí)物理看作考試的任務(wù)。

（二）實驗難成為制約學(xué)生提高物理成績的瓶頸

物理平均成績低是全國各地考生的通病，初中物理少做實驗成為大部分地區(qū)不爭的事實，有些學(xué)校就算做實驗，也是教師擠一點時間到實驗室做驗證實驗，這對很多學(xué)生來說已是很難得的機會了。不能充分做探究實驗，久而久之，學(xué)生就失去了物理探究的興趣和能力，從而制約著學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展。

（三）實驗材料價格高成了物理實驗教學(xué)發(fā)展的障礙

物理實驗是學(xué)好物理的最好方法，這是所有物理教師的共識。但一做實驗就要物理教師提前準備，有器材的損耗，特別是做探究實驗，由于初中學(xué)生的好奇，會做一些超出儀器承受范圍的實驗，損壞器材。很多學(xué)校，特別是農(nóng)村學(xué)校，為了節(jié)省成本，干脆就不做實驗。

三、虛實融合初中物理實驗教學(xué)模式的探究與實踐

本文的“虛”是基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的信息技術(shù)，包括3D仿真實驗技術(shù)，大數(shù)據(jù)、云計算、云課堂資源學(xué)習(xí)平臺等;“實”指的結(jié)合生活實際、演示實驗和分組物理實驗等。虛實融合初中物理實驗教學(xué)就是利用虛擬的仿真技術(shù)和實際的物理實驗互相融合，建立新的物理教學(xué)模式，增強初中物理教學(xué)的效果。

（一）以3D動畫激發(fā)學(xué)生的興趣。自主動手培養(yǎng)探究精神

“興趣是最好的老師?！比绾渭ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，是學(xué)好物理關(guān)鍵。初中階段的學(xué)生還是以感性認識為主，3D動畫情境逼真、畫質(zhì)優(yōu)美、形象生動，是初中生喜歡的音像作品。所以我們在教學(xué)中增加虛擬的動畫視頻，強化視覺效果。3D動畫的教學(xué)，實現(xiàn)微觀的物理現(xiàn)象可視化，把物理原理放大化處理，把原來枯燥、抽象的物理現(xiàn)象和原理變得生動有趣，增強了物理教學(xué)的效果。在課堂教學(xué)中，我們先利用這些動畫的優(yōu)勢來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生思考，啟發(fā)學(xué)生思維;然后，讓學(xué)生根據(jù)虛擬實驗的情況動手做實物實驗，做到理論與實踐相結(jié)合、虛擬與現(xiàn)實相結(jié)合，教師引導(dǎo)與學(xué)生探究相結(jié)合，增進學(xué)生對知識的理解和能力的鍛煉，增強教學(xué)效果。

（二）以虛擬仿真實驗滿足學(xué)生的好奇心。虛實融合培養(yǎng)創(chuàng)新思維

愛因斯坦說過：“好奇心是科學(xué)工作者產(chǎn)生無窮的毅力和耐心的源泉?！睂W(xué)習(xí)也是如此，沒有好奇心，學(xué)習(xí)就沒有了鉆研的動力。物理是建立在實驗基礎(chǔ)上的學(xué)科，實驗是學(xué)好物理的基礎(chǔ)。學(xué)生本來對新事物充滿好奇心，對物理實驗充滿期待，但考慮到安全和成本，學(xué)校的普通實驗室難以滿足學(xué)生對創(chuàng)新實驗的好奇心。為了滿足學(xué)生的好奇心，我校建設(shè)了一個3D仿真實驗室，所有的實驗都可以完成，虛實融合進一步加強物理實驗的教學(xué)效果。首先，讓學(xué)生用3D虛擬實驗進行各種實驗的探究特別是危險性的實驗探究，以滿足學(xué)生對實驗的各種欲望。然后，根據(jù)3D實驗探究出來的結(jié)論，通過真實的實驗加以驗證。如此一來，可以減少實驗器材的損耗，還增加學(xué)生的實驗次數(shù)，學(xué)生還可以探究自己想探究的問題，嘗試對不同情景產(chǎn)生不同結(jié)果的試驗，滿足學(xué)生各種奇特的想法，加深了學(xué)生對實驗原理的理解，鍛煉學(xué)生探究規(guī)律、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、總結(jié)規(guī)律的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

（三）以“互聯(lián)網(wǎng)+”虛擬3D仿真實驗室為平臺。資源共享實現(xiàn)時時可學(xué)

實驗是學(xué)習(xí)物理最好的方法、是自主探究掌握知識的最佳途徑。隨著信息化時代的到來，我們的學(xué)習(xí)方式也發(fā)生了改變，互聯(lián)網(wǎng)+學(xué)習(xí)已經(jīng)成為很多人學(xué)習(xí)新知識的一種有效途徑。移動互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)，特別是5G時代的到來，使“互聯(lián)網(wǎng)+”應(yīng)用更加廣泛，大流量的實時交互已經(jīng)無障礙地實現(xiàn)。我們通過“產(chǎn)學(xué)研”合作，與科技公司合作，共同開發(fā)與建設(shè)“互聯(lián)網(wǎng)+”3D仿真虛擬實驗平臺，利用網(wǎng)頁版的操作軟件，為學(xué)生提供初中物理的全部3D仿真器材，讓學(xué)生在家就可以利用電腦或手機進行虛擬實驗，使學(xué)生隨時隨地都可以做“實驗”，做到物理實驗自主化、個性化。同時，利用云資源平臺建立學(xué)生大數(shù)據(jù)，記錄學(xué)生做實驗的軌跡，精準掌握學(xué)情，實現(xiàn)教師遠程的精準輔導(dǎo)和批改學(xué)生實驗，做到因材施教。

四、結(jié)語

在信息技術(shù)高度發(fā)達的今天，教育教學(xué)模式也隨之改變，學(xué)生的學(xué)習(xí)時間更加自由、學(xué)習(xí)空間更加廣闊、學(xué)習(xí)效果更加明顯。虛實融合初中物理實驗教學(xué)模式，解決了目前學(xué)生學(xué)習(xí)物理面臨的各種困難，就我校虛實融合初中物理實驗的實踐情況來看，解決了物理實驗少、實驗難、實驗花費貴等問題，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，開拓了學(xué)生的創(chuàng)新思維，鍛煉了學(xué)生的實踐能力，達到了虛實融合、學(xué)懂弄通的效果。