張俊年

摘要：隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益廣泛地運(yùn)用于教育教學(xué)領(lǐng)域，帶來(lái)了教學(xué)領(lǐng)域的全面變革與飛躍發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，可以突破種種限制與困難生動(dòng)形象地完成所有實(shí)驗(yàn)。這對(duì)于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，突破教學(xué)重難點(diǎn)，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能具有重要作用。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué) 虛擬實(shí)驗(yàn) 優(yōu)勢(shì) 運(yùn)用

DOI：

10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.01.122

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，知識(shí)的產(chǎn)生、定理的形成都是在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出的，實(shí)驗(yàn)在整個(gè)物理體系中占有非常重要的地位，起著非常重要的作用。但在以往的教學(xué)中教師并不重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以講實(shí)驗(yàn)、畫實(shí)驗(yàn)代替做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是可有可無(wú)的。隨著新課程改革的推進(jìn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加重視，雖然在觀念上很重視，但是由于學(xué)校實(shí)驗(yàn)器材短缺、實(shí)驗(yàn)條件不充分等一些實(shí)驗(yàn)無(wú)法完成，還有一些實(shí)驗(yàn)盡管可以在現(xiàn)實(shí)條件下完成但實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，一直制約著實(shí)驗(yàn)教學(xué)效益。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)的普及，虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)運(yùn)而生，具有重要的教學(xué)優(yōu)勢(shì)，而被廣泛地運(yùn)用于物理教學(xué)中。

所謂虛擬實(shí)驗(yàn)主要包括虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室和Flash課件，是利用計(jì)算機(jī)的仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)模擬實(shí)驗(yàn)全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程完全依托計(jì)算機(jī)的仿真系統(tǒng)來(lái)完成，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化。在初中物理教學(xué)中運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)代科技迅猛發(fā)展下教育信息化的產(chǎn)物，是深化物理教學(xué)改革的必要趨勢(shì)，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率的重要手段。

一、虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

1.降低實(shí)驗(yàn)成本。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)需要借助一定的實(shí)驗(yàn)器材來(lái)完成，而大部分實(shí)驗(yàn)器材費(fèi)用較高，而且器材供全校師生使用，在使用的過(guò)程容易出現(xiàn)損壞，其采購(gòu)與維修都需要很多的資金。而虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)器材的數(shù)字化，整個(gè)實(shí)驗(yàn)是通過(guò)仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，可以說(shuō)其投入是一次性的，并不存在損壞、磨損等現(xiàn)象，可以反復(fù)同時(shí)供多人使用，這使得教學(xué)成本大大降低，更能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全面化與全體化。

2.突破時(shí)空限制。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)受時(shí)間與空間上的限制，由于學(xué)校實(shí)驗(yàn)器材有限，一次不能容納很多的學(xué)生來(lái)操作實(shí)驗(yàn)，全校各班需要輪流進(jìn)行，即使這樣也并不能滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際需求。虛擬實(shí)驗(yàn)更具開放性，不受時(shí)間與空間的限制，只要教學(xué)需要，師生就可以隨時(shí)隨地進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站來(lái)完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

3.控制實(shí)驗(yàn)節(jié)奏。在傳統(tǒng)教學(xué)中我們并不能控制實(shí)驗(yàn)的節(jié)奏，往往難以觀察到一些瞬間產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。而虛擬實(shí)驗(yàn)更具可控性，我們可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)來(lái)控制其節(jié)奏，如將快速過(guò)程緩慢化、緩慢過(guò)程快速化，以便于學(xué)生更好地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。同時(shí)還可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)將截取實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的某一片斷，以供學(xué)生更好地進(jìn)行操作與思考。

4.保證人身安全。一些實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)系數(shù)較高，如果操作失誤會(huì)對(duì)操作者帶來(lái)危害，抑或是一些實(shí)驗(yàn)本身就具有危險(xiǎn)性，在現(xiàn)實(shí)條件下無(wú)法完成，這些在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不能完成。而虛擬實(shí)驗(yàn)可以排除這些安全隱患，可以完成所有的實(shí)驗(yàn)，并且可以避免因操作失誤所帶來(lái)的危害，更加具有安全性。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)的作用

1.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)學(xué)生快樂(lè)學(xué)習(xí)。成功的教學(xué)所依賴的不是強(qiáng)制，而是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教學(xué)手段單一，教學(xué)氛圍枯燥，對(duì)于大部分實(shí)驗(yàn)是通過(guò)黑板與粉筆來(lái)呈現(xiàn)，通過(guò)閱讀教材來(lái)完成，教師在上面滔滔不絕地講，而大多學(xué)生只是在下面應(yīng)付，注意力不集中，思維不活躍， 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率低下。即使是一些學(xué)生可以操作的實(shí)驗(yàn)，也并不能激發(fā)學(xué)生的參與熱情。而虛擬實(shí)驗(yàn)以學(xué)生所感興趣的計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托，將學(xué)生帶入全新的仿真系統(tǒng)之中，這使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)更具有現(xiàn)代技術(shù)的氣息，唯美的畫面、絢麗的色彩、鮮艷的文字、動(dòng)聽的音樂(lè)，都可以帶給學(xué)生以強(qiáng)烈的感官?zèng)_擊，使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)更加生動(dòng)形象，富有趣味性，更能達(dá)到集中學(xué)生注意力，激活學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的參與動(dòng)機(jī)的效果。這樣學(xué)生不再是機(jī)械而被動(dòng)的操作， 而是主動(dòng)而活躍的參與，從而向有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)邁出了堅(jiān)實(shí)的第一步。

2.模仿各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究。實(shí)驗(yàn)是重要的教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)也是主要的研究方法與學(xué)習(xí)手段。不管是演示性實(shí)驗(yàn)還是探究性實(shí)驗(yàn)，都可以引導(dǎo)學(xué)生展開主動(dòng)探究，從而讓學(xué)生在思考與思維的基礎(chǔ)上達(dá)到對(duì)這些抽象知識(shí)的形象認(rèn)知與深刻理解。但在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中受各種因素的影響，并不能完成所有的實(shí)驗(yàn)，不利于教學(xué)重難點(diǎn)的突破。而通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)可以有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，化抽象為形象，化靜態(tài)為動(dòng)態(tài)，化微觀為宏觀，這樣更加利于學(xué)生對(duì)抽象知識(shí)的深刻理解。如在學(xué)習(xí)“馬德堡半球?qū)嶒?yàn)”時(shí)，教師可以通過(guò)抽掉合在一起的兩個(gè)馬德堡半球里面的空氣后無(wú)法拉開來(lái)證明大氣壓強(qiáng)的存在，但大氣壓強(qiáng)有多大，學(xué)生并沒(méi)有真切的感受。為此教師可以運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)，向?qū)W生真實(shí)地再現(xiàn)300多年前的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)，將兩邊的馬匹由2匹增加到4匹、8匹、16匹，并配以相應(yīng)的背景音樂(lè)，直到將兩個(gè)半球分開。通過(guò)這樣的聲情并茂的模擬實(shí)驗(yàn)，可以將學(xué)生帶入真實(shí)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景之中，讓學(xué)生從中真切地感受大氣壓強(qiáng)的存在與巨大。此時(shí)再運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)馬德堡半球隊(duì)進(jìn)行全面而細(xì)致的剖析與講解，這樣就可以讓學(xué)生深刻地認(rèn)識(shí)到來(lái)自于四面八方的大氣施壓給半球，這樣使得學(xué)生對(duì)于大氣壓強(qiáng)這一節(jié)知識(shí)的理解更為深刻，從 而有效地突出了重點(diǎn)，突破了難點(diǎn)，這正是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所難以取得的效果。

3.提供自主操作空間，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。在以往真實(shí)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，由于怕發(fā)生危險(xiǎn)，怕弄壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備，學(xué)生在操作時(shí)往往畏首畏尾，有太多的顧慮而并不能完全地依據(jù)自己的思考方式來(lái)展開。虛擬實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生徹底消除這些不安與顧慮，為學(xué)生提供了一個(gè)更為自由而寬廣的平臺(tái)，學(xué)生可以按照自己個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)方案來(lái)展開，這樣不僅可以激起學(xué)生更大的實(shí)驗(yàn)熱情，讓學(xué)生體會(huì)到實(shí)驗(yàn)探究的樂(lè)趣，同時(shí)為學(xué)生提供了更為寬廣的學(xué)習(xí)空間，利于增強(qiáng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)掌握基本的物理知識(shí)，提高實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的創(chuàng)新水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]李琨.虛擬實(shí)驗(yàn)室在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2012（6）.

[2]馬發(fā)輝等.初中物理虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2010.

[3]張秀敏.仿真實(shí)驗(yàn)室在初中物理虛擬實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2015（11）.

（責(zé)編 趙建榮）