3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

李完嬌

摘要：為滿足我國教學(xué)需求，課程改革工作正在如火如荼的開展。為此，教師需要結(jié)合時代發(fā)展需要加大對3D虛擬技術(shù)的合理化運(yùn)用，確保教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。本文基于此，著重分析3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的內(nèi)涵與意義，并就該技術(shù)在高中物理課程教學(xué)中的合理化運(yùn)用措施。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)實(shí)技術(shù);教育教學(xué);高中物理

中圖分類號：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

作為高中理科的重點(diǎn)科目，高中物理存在邏輯性強(qiáng)、實(shí)操性強(qiáng)的特點(diǎn)。但由于現(xiàn)實(shí)教學(xué)條件限制，導(dǎo)致高中物理課程教學(xué)目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)。為此，教師在課程教學(xué)中需要加大對3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的推廣運(yùn)用，并以此為基礎(chǔ)為學(xué)生搭建智慧性學(xué)習(xí)環(huán)境，從而確保學(xué)生可以在生動的教學(xué)環(huán)境中學(xué)習(xí)知識，促進(jìn)學(xué)習(xí)主動性與興趣的提升?，F(xiàn)階段，我國高中物理課程在推進(jìn)中為保障課程教學(xué)效率，促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，教師需要合理化的采用教學(xué)技術(shù)與方法。

一、3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

（一）技術(shù)內(nèi)涵

3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，搭建視、聽、觸覺一體化的虛擬環(huán)境。一般情況下，該技術(shù)在課程教學(xué)中的運(yùn)用，可以為學(xué)生創(chuàng)造交互性的教學(xué)氛圍。在課程教學(xué)中，為確保技術(shù)的使用效率提升，教師需要結(jié)合計(jì)算機(jī)設(shè)備發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，營造三維虛擬環(huán)境。實(shí)踐調(diào)研顯示：該技術(shù)仍舊屬于起步階段，但技術(shù)使用往往可以讓學(xué)生通過直觀感知，在享受視覺沖擊中逐漸接收高中物理知識，并促進(jìn)教學(xué)效益提升。

（二）3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)對教學(xué)的意義

目前，我國中學(xué)在高中物理教學(xué)中，為進(jìn)一步落地完成教學(xué)目標(biāo)，教師需要結(jié)合時代發(fā)展需要加大對于新教學(xué)技術(shù)的運(yùn)用，確保高中物理課程仿真化、智能化水平的提升。

1.有助于突破教學(xué)困境

通過實(shí)際調(diào)研可知：我國中學(xué)在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)建設(shè)方面普遍落后，高中物理課程教學(xué)所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺失嚴(yán)重，為此無法滿足教學(xué)需求。而3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)與教學(xué)活動的有機(jī)結(jié)合，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)虛擬教學(xué)情境，為此提供三維模擬的演練、操作。該技術(shù)的推行可以滿足硬件短板，提升課程教學(xué)的有效性。

此外，由于該技術(shù)的創(chuàng)新性，其運(yùn)用后創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情境普遍具有新穎性，為此滿足學(xué)生的好奇心，激發(fā)其學(xué)習(xí)的熱情，提升教學(xué)效率。

2.促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

目前，我國各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異性顯著，導(dǎo)致各地區(qū)對于教育投資與重視程度不一，各校區(qū)的硬件設(shè)備比較落后，無法滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。而該技術(shù)與教學(xué)的結(jié)合，可以高效的開展“項(xiàng)目教學(xué)”工作，并讓學(xué)生的實(shí)操能力得到提升的同時，有效的降低學(xué)校開支，實(shí)現(xiàn)各類效益取得，滿足了課程教學(xué)的需求，并落實(shí)教學(xué)效目標(biāo)的完成。

3.有助于提高教學(xué)效果

隨著社會發(fā)展進(jìn)步，我國的課程改革工作進(jìn)一步推廣。在新的時代背景下，社會發(fā)展對于學(xué)生的素養(yǎng)要求日益提升。為此，教師在課程教學(xué)中需要注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)與能力。事實(shí)上，該技術(shù)的合理化運(yùn)用能夠?yàn)閷W(xué)生創(chuàng)設(shè)三維立體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，并引導(dǎo)學(xué)生在教學(xué)情境中去了解物理知識，鍛煉自身能力，提高教學(xué)效果。

4.增強(qiáng)學(xué)生體驗(yàn)效果

高中物理知識點(diǎn)涉及到宏觀、微觀運(yùn)動。為此，教師在進(jìn)行知識教學(xué)中，可以借助3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以為學(xué)生真實(shí)地展現(xiàn)天體的運(yùn)行和物體的微觀運(yùn)動，增強(qiáng)學(xué)生的感官體驗(yàn)。該技術(shù)在高中物理課程中的教學(xué)可以直觀展現(xiàn)日月食運(yùn)動、分子熱運(yùn)動等活動。

不僅如此，該技術(shù)在教學(xué)中的運(yùn)用具有重復(fù)性特征，且通過高效的實(shí)驗(yàn)效果滿足學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)觀察、參與的需求，彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的需要，讓學(xué)生能夠在真實(shí)的問題解決情境中發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

5.保障教學(xué)安全

在傳統(tǒng)的課程教學(xué)中，教師往往無法開展危險性實(shí)驗(yàn)，諸如電路短路、四軸飛行器故障排查等實(shí)驗(yàn)。而該技術(shù)的合理化運(yùn)用則可以規(guī)避實(shí)驗(yàn)危險，展現(xiàn)學(xué)生的主體地位，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的直觀了解，同時不必消耗任何實(shí)驗(yàn)耗材成本。

二、3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)課堂實(shí)例分析

關(guān)于論述該技術(shù)在高中物理課程中的實(shí)操，筆者以《平拋運(yùn)動》為例進(jìn)行分析。該課程教學(xué)核心在于明確理論概念，并進(jìn)一步探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)與規(guī)律。教師在課程教學(xué)中為便于學(xué)生對于知識點(diǎn)的理解，采用等效替代的原理進(jìn)行教學(xué)，并通過對比物體在豎直、水平方向的運(yùn)動了解平拋運(yùn)動相關(guān)知識點(diǎn)。

在傳統(tǒng)的高中物理教學(xué)中，教師主要通過多媒體設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的展示引導(dǎo)學(xué)生了解知識點(diǎn)。但傳統(tǒng)的呈現(xiàn)方式無法顯示小球運(yùn)動狀態(tài)，需要教師在課程教學(xué)中通過理論講解，為學(xué)生進(jìn)行邏輯推演，幫助其掌握平拋運(yùn)動的運(yùn)動軌跡及特征。但學(xué)生學(xué)習(xí)該知識階段時，其抽象邏輯思維較弱，為此其無法適應(yīng)理論推理分析，而細(xì)節(jié)的不清晰也無法在學(xué)生的腦海中建構(gòu)全面的平拋運(yùn)動模型，阻礙了學(xué)生對事物本質(zhì)現(xiàn)象的探究。

為進(jìn)一步彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，教師可以在課程教學(xué)中采用3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行課程教學(xué)，從而為學(xué)生創(chuàng)建虛擬真實(shí)的平拋運(yùn)動實(shí)驗(yàn)環(huán)境，進(jìn)而突破了教學(xué)困境限制。在該實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，學(xué)生可以直接感受到無阻力、無摩擦力的真空理想環(huán)境。一般而言，教師在借助該技術(shù)進(jìn)行課程教學(xué)中，需要創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)場景。在模擬實(shí)驗(yàn)中，教師需要準(zhǔn)備運(yùn)動儀三個，滿足物體垂直、水平、平拋運(yùn)動的需求。為確保實(shí)驗(yàn)的可比性，教師選取的實(shí)驗(yàn)對象物體小球需要確保其質(zhì)量的一致性。

在實(shí)驗(yàn)中，教師通過模擬設(shè)計(jì)，讓學(xué)生對運(yùn)動儀施加相同力，并同時釋放三個小球。通過實(shí)驗(yàn)觀察可知，在小球釋放的一瞬間，其分別進(jìn)行平拋、勻速直線以及自由落體運(yùn)動。除了觀察其運(yùn)動軌跡外，教師還需啊喲引導(dǎo)學(xué)生觀察小球的運(yùn)動特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，由于實(shí)驗(yàn)均在模擬環(huán)境下進(jìn)行，為此可以通過技術(shù)回放的方式，觀看三球相撞的畫面，了解小球運(yùn)動軌跡，分析小球的速度及受力的變化情況。

結(jié)束語：

本文著重分析了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高中物理課程教學(xué)中的運(yùn)用好處，并舉出實(shí)例進(jìn)行論述。筆者認(rèn)為，隨著相關(guān)措施的落實(shí)到位以及理念轉(zhuǎn)變，我國的高中物理教學(xué)必將獲得顯著發(fā)展，促進(jìn)更高效益取得。

參考文獻(xiàn)

[1]崔鈺婷，趙志群.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對學(xué)生學(xué)習(xí)績效的影響——基于59項(xiàng)實(shí)驗(yàn)或準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究的元分析[J].中國遠(yuǎn)程教育，2020（11）：59-67+77.

[2]王永固，許家奇，丁繼紅.教育4.0全球框架：未來學(xué)校教育與模式轉(zhuǎn)變——世界經(jīng)濟(jì)論壇《未來學(xué)校：為第四次工業(yè)革命定義新的教育模式》之報(bào)告解讀[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2020，38（03）：3-14.

[3]吳紅斌，蔣承.新高考改革對文理科選擇及成績的影響研究——基于ACC數(shù)據(jù)的實(shí)證分析[J].北京大學(xué)教育評論，2019，17（02）：127-148+191.

[4]倪慧文，胡永斌.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)能促進(jìn)學(xué)習(xí)嗎？——基于2010-2018年國際英文期刊35項(xiàng)研究的元分析[J].開放教育研究，2019，25（01）：62-72.

[5]葉新東，仇星月，封文靜.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的語言學(xué)習(xí)生態(tài)模型研究[J].電化教育研究，2019，40（02）：105-112+128.