黃偉元

（福州第四十中學(xué)）

摘 要：物理學(xué)是研究物質(zhì)世界最基本的結(jié)構(gòu)、最普遍的相互作用、最一般的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及所使用的實(shí)驗(yàn)手段和思維方法的自然科學(xué)。初中物理學(xué)主要探討和學(xué)習(xí)的內(nèi)容還是一些基礎(chǔ)的物理現(xiàn)象，但是由于有的現(xiàn)象研究是不能還原真實(shí)情景的，因此將虛擬實(shí)驗(yàn)室和物理教學(xué)結(jié)合在一起十分有必要。虛擬實(shí)驗(yàn)室和物理課堂教學(xué)的有效結(jié)合，有利于學(xué)生更加直觀地理解物理現(xiàn)象，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：虛擬實(shí)驗(yàn)室；初中物理；有效應(yīng)用

虛擬實(shí)驗(yàn)室是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、Web技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。在物理學(xué)科中很多的現(xiàn)象和原理是無法還原真實(shí)的情景的，比如電路檢測、家庭電路問題等，這就需要借助虛擬實(shí)驗(yàn)室。將虛擬實(shí)驗(yàn)室和物理教學(xué)結(jié)合，是傳統(tǒng)教育的巨大進(jìn)步。從實(shí)驗(yàn)過程來說，虛擬實(shí)驗(yàn)室中學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過程和真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室是沒有多大區(qū)別的，還能夠有效突破實(shí)驗(yàn)室硬件條件的束縛，真正實(shí)現(xiàn)每位同學(xué)都有一個(gè)專屬的小“實(shí)驗(yàn)室”。

一、虛擬實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)涵與意義

虛擬實(shí)驗(yàn)室是教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化和虛擬化。虛擬實(shí)驗(yàn)室由虛擬實(shí)驗(yàn)臺、虛擬器材庫和開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)組成。虛擬實(shí)驗(yàn)室為開設(shè)各種虛擬實(shí)驗(yàn)課程提供了全新的教學(xué)環(huán)境。在虛擬實(shí)驗(yàn)臺上，學(xué)生可以自己動(dòng)手配置、連接、調(diào)節(jié)和使用實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。教師可以利用虛擬器材庫中的器材自由開展任意合理的典型實(shí)驗(yàn)。老師上課時(shí)通過開放式的實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)，給學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)，擺脫傳統(tǒng)大課堂上老師一個(gè)實(shí)驗(yàn)展示給所有同學(xué)看的缺點(diǎn)，每個(gè)同學(xué)通過虛擬實(shí)驗(yàn)室可以清楚地了解實(shí)驗(yàn)的過程。并且通過開放式的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)老師還能清楚地了解每一個(gè)同學(xué)的實(shí)驗(yàn)情況。隨著計(jì)算機(jī)的普及和智能手機(jī)的全面發(fā)展，虛擬實(shí)驗(yàn)室為初中學(xué)生學(xué)習(xí)物理提供了把實(shí)驗(yàn)室搬回家的可能，虛擬實(shí)驗(yàn)室不僅僅可以安裝到電腦上，甚至有專屬于手機(jī)的虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以把物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)做一種娛樂，隨時(shí)隨地進(jìn)行場景模擬，開展物理實(shí)驗(yàn)，這是虛擬實(shí)驗(yàn)室和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相比一個(gè)突出的優(yōu)勢。除此之外，虛擬實(shí)驗(yàn)室有效降低了對學(xué)校硬件設(shè)施的要求，只要一個(gè)計(jì)算機(jī)機(jī)房，一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，基本上就可以滿足所有自然科學(xué)學(xué)科的實(shí)驗(yàn)要求，不只包括物理，還有化學(xué)和生物的實(shí)驗(yàn)也可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，成功實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。

總之，對學(xué)生而言，虛擬實(shí)驗(yàn)室突破了時(shí)間和空間的局限，有利于學(xué)生單個(gè)隨時(shí)隨地展開實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和探究能力。對老師而言，虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)有利于教學(xué)的開展，有利于增強(qiáng)教學(xué)的趣味性，及時(shí)了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，提升教學(xué)效果。對學(xué)校而言，虛擬實(shí)驗(yàn)室降低了學(xué)校在實(shí)驗(yàn)室器材方面的投入，多學(xué)科實(shí)驗(yàn)室資源整合，達(dá)到了資源優(yōu)化配置的效果，并且虛擬實(shí)驗(yàn)室還規(guī)避了一些實(shí)驗(yàn)給學(xué)生人身安全可能帶來的危險(xiǎn)和損害。所以，虛擬實(shí)驗(yàn)室是自然科學(xué)教學(xué)中的重要革新。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)室在物理教學(xué)中的具體應(yīng)用

虛擬實(shí)驗(yàn)室在實(shí)際教學(xué)中是如何應(yīng)用的？老師如何通過虛擬實(shí)驗(yàn)室達(dá)到有效教學(xué)的目的？學(xué)生如何利用虛擬實(shí)驗(yàn)室達(dá)到提高學(xué)習(xí)效率的目的？下面我會(huì)以簡單的例子來說明。比如，探究導(dǎo)體影響電阻大小的因素時(shí)。學(xué)生首先需要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，思考實(shí)驗(yàn)需要哪些器材才能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，然后到虛擬實(shí)驗(yàn)室的器材庫中選擇，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論，這是一個(gè)探究問題的過程。傳統(tǒng)教學(xué)中，老師往往先告訴學(xué)生答案，然后做實(shí)驗(yàn)給學(xué)生看，或者告訴學(xué)生實(shí)驗(yàn)需要哪些器材，在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室中提前準(zhǔn)備好器材，讓學(xué)生來驗(yàn)證已經(jīng)得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這樣的教學(xué)模式導(dǎo)致的結(jié)果就是學(xué)生普遍動(dòng)手能力差、探究能力差、問題思維弱。虛擬實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中，學(xué)生看到問題以后，能夠有效參與整個(gè)問題的解決過程，是對學(xué)生問題思維和解決問題能力的綜合開發(fā)。虛擬實(shí)驗(yàn)室能夠?qū)崿F(xiàn)一些危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，比如，探究熔絲熔斷的原因，這部分在傳統(tǒng)教學(xué)中老師一般是不會(huì)讓學(xué)生做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的，因?yàn)榇嬖谝欢ǖ奈ｋU(xiǎn)，但是在虛擬實(shí)驗(yàn)室中則不同，虛擬實(shí)驗(yàn)室極大模擬和還原真實(shí)了實(shí)驗(yàn)情景，但是又對學(xué)生身體安全沒有造成威脅。在探究凸透鏡成像的規(guī)律時(shí)，傳統(tǒng)教學(xué)中，老師實(shí)驗(yàn)展示的現(xiàn)象是不容易觀察的，但是虛擬實(shí)驗(yàn)室則不同，蠟燭的成像特點(diǎn)是很明顯也很容易觀察，這樣就有助于學(xué)生了解知識點(diǎn)，擺脫死記硬背的情況。

三、虛擬實(shí)驗(yàn)室的缺陷

虛擬實(shí)驗(yàn)室雖然有很多好處，但是虛擬和現(xiàn)實(shí)始終是有差距的。模仿的過程中出現(xiàn)失真也是不可避免的。長期使用虛擬器材，會(huì)使學(xué)生對現(xiàn)實(shí)器材感到陌生，在以后接觸更深層次物理研究時(shí)，還是需要使用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室，并且虛擬實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)是經(jīng)過研究整合以后的一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，很多成果已經(jīng)錄入其中，對一些有新的實(shí)驗(yàn)想法或者新問題的同學(xué)來說，其實(shí)還是一種無形的束縛。現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室，是對學(xué)生聽覺、視覺、嗅覺等知覺的綜合調(diào)動(dòng)，虛擬實(shí)驗(yàn)室會(huì)導(dǎo)致其中一部分知覺無法調(diào)動(dòng)。

綜上所述，老師在教學(xué)中還是不能完全依賴虛擬實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)當(dāng)在條件允許的情況下把虛擬和現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室有效結(jié)合在一起。

參考文獻(xiàn)：

邢如玲.虛擬實(shí)驗(yàn)在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用策略研究[D].東北師范大學(xué)，2011.

編輯 高 瓊