馬一鳴

【摘 要】實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一些實(shí)驗(yàn)很難通過實(shí)際儀器完成，利用現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)可以虛擬這些實(shí)驗(yàn)，從而保證教學(xué)能夠順利完成，使學(xué)生得到理性的理解，提高教學(xué)質(zhì)量，保證教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】多媒體教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬

在現(xiàn)在教學(xué)特別是理科教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)無可缺失替代的環(huán)節(jié)。而這些傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)都是要依靠實(shí)驗(yàn)儀器來完成。由于學(xué)校中實(shí)驗(yàn)儀器大多都是專用的，所以，每個(gè)學(xué)校能開多少分組實(shí)驗(yàn)或者演示實(shí)驗(yàn)，基本上取決于儀器的種類和數(shù)量。而實(shí)驗(yàn)成功能不能成功，得出正確結(jié)論就取決于儀器的性能質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)的難度以及實(shí)驗(yàn)的環(huán)境等。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式如果進(jìn)行，從空間上來說，學(xué)生必須到實(shí)驗(yàn)室操作；從時(shí)間上來說，學(xué)生必須在實(shí)驗(yàn)時(shí)間才能做。

以信息技術(shù)為核心的現(xiàn)代教育技術(shù)的迅猛發(fā)展，改變了傳統(tǒng)教學(xué)方法和模式。虛擬實(shí)驗(yàn)就是現(xiàn)代化教學(xué)的一個(gè)典型運(yùn)用，對改革理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了積極的推動(dòng)作用。第一，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和創(chuàng)新了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境與實(shí)驗(yàn)時(shí)間的限制，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)從空間上和時(shí)間上得到了延伸。第二，有助于使學(xué)生深化理解物理和化學(xué)現(xiàn)象、概念、規(guī)律，尤其是一些肉眼無法看到的物理化學(xué)現(xiàn)象和抽象的知識，如原子結(jié)構(gòu)、粒子散射實(shí)驗(yàn)、電場、磁場等，以及一些實(shí)驗(yàn)中難以顯現(xiàn)和控制的過程。

比如，高中物理斜拋運(yùn)動(dòng)這一實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)方法是使用斜拋運(yùn)動(dòng)演示器。其核心裝置是一個(gè)方向可調(diào)的彈簧槍，分別使彈丸以不同仰角發(fā)射，可看到產(chǎn)生不同的彈道軌跡，并達(dá)到不同的射程。此外，該演示實(shí)驗(yàn)還有閃光照相法和噴水法。閃光照相法太復(fù)雜，不能立即出結(jié)果；噴水法誤差較大。改用虛擬實(shí)驗(yàn)，用計(jì)算機(jī)模擬炮彈飛行曲線實(shí)驗(yàn)，使用FLASH軟件制作炮彈從發(fā)射到落地的運(yùn)動(dòng)軌跡的動(dòng)畫，虛擬炮彈發(fā)射實(shí)驗(yàn)的全過程，在計(jì)算機(jī)中播放。比照傳統(tǒng)和虛擬這兩種實(shí)驗(yàn)方法，多數(shù)學(xué)生都感受到用計(jì)算機(jī)演示有以下效果：①能在短時(shí)間內(nèi)多次重復(fù)；②能隨意控制播放速度；③能觀察任意時(shí)刻圖像；④能將空氣阻力設(shè)定為不同值進(jìn)行比較。這些優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所不具備的。

目前，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用主要有以下幾方面：

（1）突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。反應(yīng)速度過快的實(shí)驗(yàn)，如鉀、鈉與水的反應(yīng)；有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象模糊不易觀察，如膠體的電泳現(xiàn)象；有的實(shí)驗(yàn)因條件限制不能完成。這些實(shí)驗(yàn)可以先讓學(xué)生通過真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程有了感性認(rèn)識，再通過虛擬實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)有效整合，通過媒體重顯和控制顯現(xiàn)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，引導(dǎo)學(xué)生從多角度進(jìn)行觀察，揭示出實(shí)驗(yàn)反應(yīng)的本質(zhì)和規(guī)律。

（2）虛擬實(shí)驗(yàn)可以模擬放大微觀和縮小宏觀過程，促進(jìn)對基本概念和原理的理解。如物理實(shí)驗(yàn)中原子核的內(nèi)部結(jié)構(gòu)觀察，天體的運(yùn)行規(guī)律等，這些實(shí)驗(yàn)基本無法通過正常渠道在課堂予以演示，通過虛擬實(shí)驗(yàn)用圖像化的形式來模擬顯示微觀和宏觀運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程為學(xué)生提供形象直觀的感性材料，為學(xué)生真正認(rèn)識實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律起到了很好的輔助作用。

（3）用虛擬實(shí)驗(yàn)來促進(jìn)學(xué)生加深對誤操作的認(rèn)識，提高實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。如對具有危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中反復(fù)練習(xí)，規(guī)范自己的實(shí)驗(yàn)操作。如在稀釋濃硫酸的操作中，必須將濃硫酸沿?zé)诰従彽氐谷胨校荒軐⑺谷霛饬蛩嶂?。如果?shí)驗(yàn)演示錯(cuò)誤操作，其后果具有一定的危險(xiǎn)性。那么使用虛擬實(shí)驗(yàn)，用動(dòng)畫的方式模擬出水倒入濃硫酸時(shí)沸騰和四濺現(xiàn)象并提示出錯(cuò)誤和危險(xiǎn)，會(huì)加深學(xué)生對這一操作的認(rèn)識，對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作起了良好的指導(dǎo)作用，學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作時(shí)將有顯性認(rèn)識，不致操作失誤。

但是，計(jì)算機(jī)屏上顯示的實(shí)驗(yàn)，都屬再現(xiàn)型實(shí)驗(yàn)，而創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，還必須用實(shí)驗(yàn)儀器真正動(dòng)手做，才能得出創(chuàng)造性的結(jié)果。在素質(zhì)教育中，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中調(diào)動(dòng)一切感知手段去觀察、去思考、去實(shí)踐，而這一切都必須在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)。同時(shí)同一個(gè)實(shí)驗(yàn)因?qū)嶒?yàn)者的不同和條件的差異，其過程及現(xiàn)象也不盡相同，甚至實(shí)驗(yàn)會(huì)失敗。但這對實(shí)驗(yàn)者也是一種經(jīng)驗(yàn)的積累，是提高動(dòng)手能力的過程。

現(xiàn)代化教學(xué)手段的軟件技術(shù)水平直接制約現(xiàn)代化教學(xué)手段的使用。一方面，教學(xué)媒體軟件的制作技術(shù)尚不全面成熟；另一方面教學(xué)軟件的制作確有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度，因?yàn)樗婕暗蕉嚅T學(xué)科的理論與技術(shù)，而同時(shí)精通多方面學(xué)科、熟悉制作全過程技術(shù)的老師比較少。所以，教學(xué)軟件制作和使用依然是困擾教育界的問題。

虛擬實(shí)驗(yàn)不能完全代替實(shí)驗(yàn)教學(xué)，它僅僅是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的補(bǔ)充，起著重要的輔助作用。所以，不能用計(jì)算機(jī)完全取代實(shí)驗(yàn)儀器。在制作虛擬實(shí)驗(yàn)中，一定要科學(xué)、準(zhǔn)確、無誤地表現(xiàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的本來面貌，虛擬出來的場景和現(xiàn)象要真實(shí)地符合科學(xué)規(guī)律，防止憑空想象，誤導(dǎo)學(xué)生。我們要正確把握虛擬實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的輔助作用。只要認(rèn)清這些道理就能夠正確理解現(xiàn)代化教學(xué)在實(shí)際教學(xué)中起到的具體作用，而不至于主次不分，顧此失彼。現(xiàn)代化教學(xué)才能夠長足發(fā)展。