淺談VR技術(shù)在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用

吳小玲

摘要：物理學(xué)是一門以觀察和實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，然而有些物理實驗具有一定的危險性，因此教師只能通過言語或圖片等形 式進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生缺少親身體驗。VR技 可以帶來的可視化學(xué)習(xí)也很大程度的符合了未來的教學(xué)模式。運用VR將可以彌補(bǔ)在傳統(tǒng)物理教學(xué)當(dāng)中實驗器材損壞、理想實驗條件無法滿足，課程內(nèi)容不夠生動形象等等方面的不足，將初中物理課程結(jié)合虛擬現(xiàn)實，無論是從學(xué)生的學(xué)習(xí) 興趣度、參與度方面，還是從教師的授課形式多樣性、課程 內(nèi)容形象化方面來說，都給中學(xué)物理課程帶來了前所未有的 新思路。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù);初中物理教學(xué)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)定義：虛擬現(xiàn)實技術(shù)英文全稱Virtual Reality，簡稱VR技術(shù)，是20世紀(jì)90年代興起的一門綜合技術(shù)，其特點在于：“通過計算機(jī)構(gòu)成一種人為虛擬三度空間，使得用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境的感覺。”

VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)最大的第一個特點是多感知性，虛擬現(xiàn)實技術(shù)能模仿人在客觀世界的大多數(shù)感官體驗，讓人體驗到視覺、嗅覺、聽覺、觸覺、味覺、溫度、甚至運動感知等多種感覺;并且這些感官體驗是不分時間和場所的，完全是根據(jù)實際需要體驗者自行安排。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的第二個特點是自主性，客戶可以成為虛擬環(huán)境中的主角，沉浸在虛擬環(huán)境中，參與和體驗虛擬活動。第三個特點是虛擬環(huán)境中，用戶體驗的虛擬活動是可重復(fù)、可更改、可逆的。第四個特點是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的真實性，相對于平面媒介、電影電視，虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供的虛擬空間是最“真實”，虛擬世界中看到的存在物在視覺的角度和真實世界是一樣的，虛擬世界中物體的運動規(guī)律（按照應(yīng)用目的不同，規(guī)律也可以更改）是和真實世界一樣的。

接下來以短路為例，介紹VR在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

短路是初中物理電學(xué)部分的重點和難點內(nèi)容，然而教材中并沒有專門一節(jié)完整介紹短路現(xiàn)象及其原理，而只是在某兩節(jié)中間接引入了短路的概念。這難免會使學(xué)生對短路現(xiàn)象及其原理不能形成完整而深刻的認(rèn)識和理解。傳統(tǒng)教學(xué)中，教師也會給學(xué)生專門講解短路， 然而由于短路具有一定的危險性，多數(shù)教師只是以文字或圖片的方式給學(xué)生講解，或者，即使有條件做實驗，學(xué)生也只是能看到最后的實驗結(jié)果，而看不到短路時的電流走向。由于VR技術(shù)能呈現(xiàn)給學(xué)生完整、立體、沉浸式 的動態(tài)過程，學(xué)生能夠清楚地看到短路時電流走向以及發(fā)生短路后的現(xiàn)象。因此，利用VR技術(shù)結(jié)合教師講解， 學(xué)生能夠更加深刻理解短路現(xiàn)象及其原理，從而收到事半功倍的效果。

（一）初步認(rèn)識虛擬實驗平臺 在虛擬實驗室中，教師先演示說明虛擬電學(xué)實驗平 臺的各部分功能和操作方法，然后給學(xué)生布置一項任務(wù)：用虛擬實驗平臺設(shè)計一個簡單電路，使燈泡亮起來， 并將設(shè)計電路拍照提交。

（二）認(rèn)識短路現(xiàn)象及其原理 1.短路的知識內(nèi)涵 在初中電學(xué)中，短路的知識主要包含以下內(nèi)容。 （1）短路的概念 短路是電流沒有經(jīng)過用電器直接從導(dǎo)線上通過而 構(gòu)成回路。從直觀上看：用導(dǎo)線把用電器兩端連起來就是短路。（2）短路的原理 用電阻概念定性解釋：電阻是導(dǎo)體對電流的阻礙作 用，用電器總是有一定電阻的，而導(dǎo)線的電阻可以看作為零，用導(dǎo)線把用電器兩端連接起來后，電流就從無阻 礙的導(dǎo)線上通過，而不會通過有阻礙的用電器。 （3）短路的種類 初中物理短路現(xiàn)象一般有兩種：一種是電源兩極被 導(dǎo)線直接連接，叫全電路短路（電源短路）;另一種是電 路中的部分用電器被導(dǎo)線直接連接，叫部分電路短路。 2.實驗探究設(shè)計 （1）認(rèn)識全電路短路現(xiàn)象及其原理 教師提問：如果小燈泡兩端用一根導(dǎo)線連接，會發(fā)生什么現(xiàn)象？學(xué)生帶著問題進(jìn)行探究，將電路中的小燈泡兩端用導(dǎo)線連接，觀察實驗現(xiàn)象。學(xué)生觀察到燈泡不亮，電流通過導(dǎo)線直接從電源正極流向負(fù)極而不經(jīng)過燈泡。由于實際情況下，電路發(fā)生短路會發(fā)熱，但是發(fā)熱效果在目前的虛擬現(xiàn)實設(shè)備中無法切實感 受。因此，教師可以先播放一個真實電池短路實驗視頻，然后指導(dǎo)學(xué)生用萬用表測量虛擬實驗中電池兩端電壓、通過電池的電流以及電池功率等，使學(xué)生從多個角度認(rèn)識電源短路現(xiàn)象及其危害。最后，教師總結(jié)實驗現(xiàn)象及其原理。

VR技術(shù)在中學(xué)物理教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢

通過以上教學(xué)設(shè)計，可以發(fā)現(xiàn)VR技術(shù)在中學(xué)物理教學(xué)中具有明顯優(yōu)勢，主要包括三點：沉浸性、交互性、 想象性。

（1）沉浸性。學(xué)生在VR虛擬實驗室，戴上3D眼鏡， 就像在真實的實驗情境中一樣，有一種身臨其境的感覺，可以全方位觀察完整的實驗過程。

（2）交互性。在VR實驗室，學(xué)生利用觸控筆可以操 作虛擬實驗器材并且得到反饋，感覺就像在實驗室中一 樣。

（3）想象性。VR 技術(shù)為學(xué)生認(rèn)識世界提供了一種 全新的方法和手段，能夠幫助學(xué)生思考和想象現(xiàn)實世界 中不存在的事物，提高感性和理性認(rèn)識，從而深化概念 以及引發(fā)新的聯(lián)想。

總之，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以創(chuàng)設(shè)各種擬真的學(xué)習(xí)環(huán) 境，為學(xué)習(xí)者提供豐富的感官刺激和自然的交互方式， 從而帶來一種沉浸式的學(xué)習(xí)體驗，幫助學(xué)生更加全面、 直觀、深刻地理解物理現(xiàn)象及其原理。我們應(yīng)該積極探 索適合VR技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，并充分評價其 教學(xué)效果，從而更好地指導(dǎo)實際應(yīng)用，充分發(fā)揮這一技 術(shù)的價值與優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁云吉. VR技術(shù)在初中物理教學(xué)中的運用[J]. 新課程導(dǎo)學(xué)， 2020， 000（002）：P.66-66.

[2]潘碧云. 淺析VR技術(shù)在初中物理情境教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 中學(xué)理科園地， 2018， 014（004）：33-35.