虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理論與實(shí)踐研究

王會倩

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?為了全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，傳統(tǒng)的教育手段已經(jīng)不能滿足教育的需要，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)中不僅為教師提供了很多教學(xué)手段，而且為學(xué)生的發(fā)展提供了很大的幫助。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，傳統(tǒng)的教學(xué)方法只是教師單純的口頭講解，然后完成一些基本的實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生不能徹底明白實(shí)驗(yàn)的過程，從而導(dǎo)致學(xué)生的思維能力和動手能力比較差。將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)引入物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對教師講解和學(xué)生接收都有很大的幫助，主要探討虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?虛擬仿真;實(shí)驗(yàn)技術(shù);物理;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

[中圖分類號] ?G712 ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）17-0110-02

物理學(xué)科是一門與生活現(xiàn)象息息相關(guān)，并且在實(shí)際生活中有廣泛應(yīng)用的學(xué)科。物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)科中非常重要的一部分，因?yàn)槲锢砭褪峭ㄟ^實(shí)驗(yàn)證明一些定律，研究一些問題。在中職物理教學(xué)中，往往由于實(shí)驗(yàn)器材不足或者教材的限制無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因此對中職的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革是必然的趨勢。隨著信息化技術(shù)水平的提高，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)開辟了一條新的路徑，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，肯定會改善目前的教學(xué)現(xiàn)狀，提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

一、傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弊端

（一）完成實(shí)驗(yàn)的模式比較單一

在完成物理實(shí)驗(yàn)之前，教師一般會對實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理以及實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行詳細(xì)的講解，甚至結(jié)合每個學(xué)生分發(fā)實(shí)驗(yàn)詳解材料，材料包括操作實(shí)驗(yàn)的所有步驟和實(shí)驗(yàn)連接圖，然后學(xué)生根據(jù)教師的講解和實(shí)驗(yàn)材料完成實(shí)驗(yàn)。這樣的實(shí)驗(yàn)過程雖然每個學(xué)生都能夠得出準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但是沒有注重學(xué)生自主探究的過程，學(xué)生只是照本宣科，按照教師的指導(dǎo)和材料的要求來完成實(shí)驗(yàn)。 這種傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式不能充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，學(xué)生只是根據(jù)資料進(jìn)行操作，不能培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力和創(chuàng)新能力。

（二）學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)課的重視程度不高

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的重視程度遠(yuǎn)不如對專業(yè)課的重視程度，中職物理實(shí)驗(yàn)課通常是兩節(jié)連堂課，在這兩節(jié)課內(nèi)不僅需要教師講解實(shí)驗(yàn)，而且需要學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論。一般教師是在實(shí)驗(yàn)室講解實(shí)驗(yàn)，有的學(xué)生基本不聽，從而導(dǎo)致學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的過程也是流于形式，沒有切身去探究。另外物理實(shí)驗(yàn)課所占的學(xué)分比較低，通常掛科的人也比較少，所以導(dǎo)致學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)課的重視程度不夠高。在中職課程中，理論課和實(shí)驗(yàn)課基本是同步開設(shè)的，這樣的教學(xué)方式雖然可以在教師講完理論知識之后，學(xué)生利用所學(xué)知識來完成實(shí)驗(yàn)，但是，這樣的教學(xué)方式也導(dǎo)致學(xué)生注重理論知識忽略實(shí)驗(yàn)探究，甚至大部分學(xué)生產(chǎn)生了實(shí)驗(yàn)課是理論課的附屬或物理實(shí)驗(yàn)課不重要的心理。

（三）考核方式不合理

傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)的考核方式主要是教師檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論是否正確，如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確教師簽字后就可以離開了，教師不能檢查到每個學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過程。在物理實(shí)驗(yàn)過程中，有的學(xué)生甚至抄襲其他同學(xué)的數(shù)據(jù)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室的儀器配置一樣，并且實(shí)驗(yàn)原理和操作過程一樣，這就使每個學(xué)生得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很接近，如果學(xué)生根據(jù)正確結(jié)果進(jìn)行略微的改動，教師是很難發(fā)現(xiàn)的。在物理實(shí)驗(yàn)完成過程中，教師需要指導(dǎo)和解決學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，因此只能觀察和監(jiān)督個別學(xué)生，不能注意到每一個學(xué)生，所以有的學(xué)生就濫竽充數(shù)，等待抄襲其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（四）自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)很少，不能發(fā)揮學(xué)生的主體作用

傳統(tǒng)的中職物理實(shí)驗(yàn)通常分為兩部分，分別是基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和自主設(shè)計性實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)主要是為了鞏固和提升學(xué)生對物理學(xué)理論知識的理解。自主設(shè)計性實(shí)驗(yàn)主要是考查學(xué)生對知識的遷移能力，以及學(xué)生的抽象思維和動手能力。但是，中職物理實(shí)驗(yàn)課時比較少，而且任務(wù)也重，學(xué)生在課下基本不會花時間來研究物理實(shí)驗(yàn)，因此教師為了完成教學(xué)任務(wù)，只能在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中安排更多的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢

（一）有助于學(xué)生學(xué)習(xí)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)是信息技術(shù)的產(chǎn)物，它看起來比較復(fù)雜，其實(shí)是比較簡單的，它主要將實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)詳細(xì)的操作步驟整合到網(wǎng)上，然后學(xué)生自主預(yù)習(xí)和操作，從而幫助學(xué)生更加牢固地掌握物理實(shí)驗(yàn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中還有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和自主探究能力，因?yàn)閷W(xué)生隨時可以通過計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入模擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，自主進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)和研究實(shí)驗(yàn)。中職物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)重，時間緊，只能依靠教師的講解來提高教學(xué)進(jìn)度，留給學(xué)生自主探究的時間比較少，通過將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到物理教學(xué)過程中，學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)可以不受時間和空間的限制，從而提高學(xué)生對物理知識的應(yīng)用能力。

（二）有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式主要是依靠學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的理解，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)講義完成實(shí)驗(yàn)，這樣的過程一般很枯燥，而且很難保證學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)感興趣。另外，學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的重視程度也不夠高，在完成實(shí)驗(yàn)的過程中也不夠認(rèn)真，但是將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到中職物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，可以提高學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣，利用仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)需要應(yīng)用計算機(jī)，并且仿真系統(tǒng)中有很多圖像和音頻，很容易激發(fā)學(xué)生的興趣。

（三）有利于轉(zhuǎn)變單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式比較單一，形式也比較固定，教師是實(shí)驗(yàn)過程中的主體，學(xué)生的主觀能動性得不到發(fā)揮。將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到中職物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式從根本上發(fā)生了轉(zhuǎn)變，從教師的教變成了自主的學(xué)，學(xué)生自主預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，自主探究實(shí)驗(yàn)，自主總結(jié)實(shí)驗(yàn)，從而有助于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。學(xué)生通過仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)時，不僅不需要擔(dān)心儀器的損壞，而且也不用擔(dān)心實(shí)驗(yàn)儀器存在的危險，另外學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)之后，就可以通過仿真系統(tǒng)對自己的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全面的評價，從而在一定程度上也減輕了教師的工作量，因此，可以說將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有助于提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。

（四）有助于客觀評價學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)評價方式主要是教師對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行批判，無法關(guān)注到每個學(xué)生的具體操作過程，因此教師無法正確判斷學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。教師如果不知道學(xué)生的具體情況，或者學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，那么也就不能發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中不僅包括教師指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、儀器設(shè)備，而且包括實(shí)驗(yàn)過程分析和數(shù)據(jù)處理，因此學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)應(yīng)用多種方法來完成同一實(shí)驗(yàn)。另外，實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)也會記錄學(xué)生的每一個過程，在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)以后，可以對自己的操作過程進(jìn)行分析，從而明白自己在實(shí)驗(yàn)過程中的錯誤之處，有助于學(xué)生更加全面地掌握物理實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的考核方式下教師無法對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行正確的評價，而學(xué)生通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考試，可以有效避免作弊現(xiàn)象的發(fā)生，從而可以提高學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的重視程度。

（五）有利于提高教學(xué)質(zhì)量，彌補(bǔ)學(xué)校硬件方面的不足

通過建立中職物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺，不僅實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，而且在很大程度上加強(qiáng)了虛擬實(shí)驗(yàn)的模型設(shè)計，建設(shè)與理論考試相結(jié)合的在線實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)境。另外，學(xué)校還處于大力發(fā)展建設(shè)過程中，師資力量不僅不充足，而且資金也不充足，通過建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺可以從根本上解決實(shí)驗(yàn)儀器狀況及師資力量不足的問題。傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式需要學(xué)生抄襲實(shí)驗(yàn)步驟或者打印實(shí)驗(yàn)講義，而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以代替學(xué)生按書本抄襲實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)原理的過程。另外，學(xué)生可以在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，熟悉實(shí)驗(yàn)原理和儀器的使用方法，從而能夠?qū)崿F(xiàn)從預(yù)習(xí)到操作到評價的完整學(xué)習(xí)過程。將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅可以提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，很大程度上減少教師批改預(yù)習(xí)的工作量，而且可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的自主探究能力。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足

任何事物都有兩面性，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)雖然可以提高物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效率，可以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，但是學(xué)生是通過計算機(jī)完成實(shí)驗(yàn)的，這不利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。通過計算機(jī)完成實(shí)驗(yàn)和親自動手完成實(shí)驗(yàn)是有一定差距的，通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生無法對儀器的使用和實(shí)驗(yàn)的具體過程在腦海中形成主觀意識。另外，物理實(shí)驗(yàn)是一個探索的過程，學(xué)生通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)就不能親眼觀察有趣的物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而也就失去了物理探究的意義，另外通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)不利于學(xué)生把握實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)，而學(xué)生親自動手完成實(shí)驗(yàn)可以更好地把握實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)。目前，市面的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要是針對部分高校所使用的實(shí)驗(yàn)儀器研制出來的，但是每個廠家生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)儀器是不相同的，而且每個高校使用的實(shí)驗(yàn)儀器也是不相同的，因此購買的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不一定能和該校的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完全匹配，從而也就影響了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的效果。

綜上所述，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)具有互動性強(qiáng)、自由性高、效率高等特點(diǎn)，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以解決目前物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的弊端。將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，不僅可以讓學(xué)生自主探究、自主評價，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，而且可以減輕教師的工作量，在很大程度上提高了物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

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編輯 張 慧