何濤

摘 要：物理教學(xué)中的虛擬實(shí)驗(yàn)指的是用計(jì)算機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)各操作環(huán)節(jié)的硬件操作環(huán)境，所取得的效果等于或者優(yōu)于真實(shí)環(huán)境的實(shí)驗(yàn)。物理學(xué)科教學(xué)中的虛擬實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用，賦予了物理實(shí)驗(yàn)課堂新的載體。文章介紹虛擬實(shí)驗(yàn)在初中物理教學(xué)中的作用。

一、虛擬真實(shí)場(chǎng)景，把問(wèn)題深入淺出地剖析

以往教學(xué)當(dāng)中，有的演示實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)往往存在很大的誤差，這使得教學(xué)遇到一定的阻礙。有了虛擬實(shí)驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境，以往無(wú)法完成的實(shí)驗(yàn)都可以在學(xué)生面前展示，使得教學(xué)更有說(shuō)服力和針對(duì)性。

例如，晶體和非晶體熔化、凝固規(guī)律（如圖1）一直是初中物理分組操作實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)，因其操作難度較大，實(shí)驗(yàn)誤差率高，就算是教師反復(fù)做，成功率也極低，同時(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、現(xiàn)象效果差，往往一節(jié)課下來(lái)都無(wú)法引導(dǎo)學(xué)生完成，教師只好應(yīng)用一些枯燥的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)讓學(xué)生畫(huà)圖，通過(guò)分析得到實(shí)驗(yàn)規(guī)律，學(xué)生缺乏直觀的感受，更沒(méi)有實(shí)際參與實(shí)驗(yàn)過(guò)程。而通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生觀察到仿真度高的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，而且可以比實(shí)際實(shí)驗(yàn)觀察得更為真切、形象、生動(dòng)，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程獨(dú)立化，拉近學(xué)生個(gè)體能力的距離

傳統(tǒng)的電學(xué)實(shí)驗(yàn)（如圖2）中，一般以小組為單位，存在優(yōu)秀學(xué)生操作起來(lái)簡(jiǎn)單順暢，學(xué)困生受于能力所限成為“實(shí)驗(yàn)門(mén)外漢”現(xiàn)象，而對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果更是難以深化為知識(shí)。由于學(xué)生存在個(gè)體差異，分組實(shí)驗(yàn)并不是可以使每個(gè)學(xué)生都得到教科書(shū)般的知識(shí)果實(shí)。

而應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)后，可以重復(fù)在電腦上做實(shí)驗(yàn)，把實(shí)驗(yàn)當(dāng)中一些影響因素加以滲透，使學(xué)生把課本的知識(shí)重難點(diǎn)牢記在腦中。虛擬實(shí)驗(yàn)也可以由學(xué)生合作完成，讓大家出謀劃策，讓各類(lèi)學(xué)生都參與到知識(shí)結(jié)果形成過(guò)程中，把課堂變成學(xué)生的課堂，把知識(shí)學(xué)習(xí)變成每人都參與的快樂(lè)過(guò)程。

三、抓住實(shí)驗(yàn)時(shí)間變化的尾巴，不能一閃而過(guò)

在物理實(shí)驗(yàn)中，有的實(shí)驗(yàn)過(guò)程變化較快，用眼睛難以觀察。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果還是存在一定疑惑，這樣的實(shí)驗(yàn)操作不利于在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行知識(shí)傳授。而虛擬實(shí)驗(yàn)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)間做更為細(xì)致的分解，還可以重復(fù)播放，學(xué)生通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將知識(shí)內(nèi)化，把瞬間實(shí)驗(yàn)變成慢動(dòng)作片段。

例如，有關(guān)慣性的實(shí)例（如圖3），學(xué)生無(wú)法理解小車(chē)上木頭為何前傾和后傾的現(xiàn)象，不能準(zhǔn)確組織語(yǔ)言表達(dá)。而通過(guò)播放慢動(dòng)作的方法讓學(xué)生看到片斷運(yùn)動(dòng)，再將片斷式運(yùn)動(dòng)組織成完整的過(guò)程，學(xué)生就會(huì)加深對(duì)慣性的理解。教師將無(wú)形的物理知識(shí)生動(dòng)、形象地展示出來(lái)，可突破教學(xué)的重難點(diǎn)。

四、大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)可讓學(xué)生隨時(shí)學(xué)習(xí)和提升自我

課堂是物理學(xué)習(xí)的主陣地，但物理學(xué)習(xí)是無(wú)所不在的，采用虛擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以在學(xué)校、家庭等外部環(huán)境借助虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行物理探究活動(dòng)。充分利用大數(shù)據(jù)云平臺(tái)的強(qiáng)大功能，布置學(xué)習(xí)家庭作業(yè)，提供豐富的學(xué)習(xí)資源，學(xué)生可以根據(jù)自己的時(shí)間安排，自行開(kāi)展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力。

五、仿真虛擬實(shí)驗(yàn)效果更能讓師生享受實(shí)驗(yàn)成果

利用虛擬實(shí)驗(yàn)室技術(shù)，在多媒體計(jì)算機(jī)上建立虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)習(xí)者便可以身臨其境般地操作虛擬儀器，使得獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的途徑更安全便捷。虛擬實(shí)驗(yàn)不消耗器材，也不受場(chǎng)地等外界條件限制，減少了實(shí)驗(yàn)成本。同時(shí)可反復(fù)重現(xiàn)過(guò)程，直到得出滿(mǎn)意結(jié)果，顛覆了傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。虛擬實(shí)驗(yàn)不僅可以達(dá)到真實(shí)實(shí)驗(yàn)效果，還可以將實(shí)驗(yàn)中無(wú)法展示的現(xiàn)象根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)觀察。它能夠穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)剡_(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模_(dá)到教學(xué)目的。物理虛擬實(shí)驗(yàn)為物理課堂注入了新的活力元素，為學(xué)生物理學(xué)習(xí)過(guò)程架設(shè)了成功大道，在日后的科學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)中，可以有效提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生掌握物理學(xué)習(xí)方法，服務(wù)于所有學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐能力的提高。

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