蔣智恒

虛擬實(shí)驗(yàn)是一種區(qū)別于現(xiàn)實(shí)的，以現(xiàn)實(shí)情境為基礎(chǔ)的信息化虛擬呈現(xiàn)方式．虛擬實(shí)驗(yàn)主要借助信息技術(shù)和虛擬平臺(tái)進(jìn)行，需要在專業(yè)的實(shí)驗(yàn)軟件和硬件上開展．我國高中階段的物理學(xué)科涉及多種學(xué)習(xí)內(nèi)容，需要教師在課堂上為學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)，需要學(xué)生在實(shí)驗(yàn)參與和探究中掌握物理知識(shí)，解決物理問題．但是受教學(xué)條件的限制和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的限制，大部分實(shí)驗(yàn)無法直接完成．信息技術(shù)與教育的結(jié)合為學(xué)生提供了良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了便利的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，幫助學(xué)生全面而深刻地了解更多實(shí)驗(yàn)，對(duì)信息技術(shù)的使用和操作更加得心應(yīng)手．教師在教學(xué)中要發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生在物理知識(shí)學(xué)習(xí)中突破難點(diǎn)，提升能力．

１ 高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題和困境

１．１ 實(shí)驗(yàn)時(shí)間無法保證

在高中物理有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)教師需要通過前期知識(shí)的講解引導(dǎo)學(xué)生掌握物理理論知識(shí)，了解物理實(shí)驗(yàn)的器材、實(shí)驗(yàn)條件和結(jié)果等內(nèi)容，經(jīng)常發(fā)生學(xué)生剛開始實(shí)驗(yàn)或者實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到一半就下課的情況．在復(fù)習(xí)課上，教師關(guān)注的也主要是理論知識(shí)的講解和習(xí)題的訓(xùn)練，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)少之又少．

１．２ 實(shí)驗(yàn)條件的缺失

進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)需要實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、設(shè)備的支持，但是在實(shí)際教學(xué)中，物理實(shí)驗(yàn)室的器材經(jīng)過長久的使用已經(jīng)出現(xiàn)了損壞現(xiàn)象．部分實(shí)驗(yàn)需要的條件較為嚴(yán)苛，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室不能滿足實(shí)驗(yàn)需求，容易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，一些高危實(shí)驗(yàn)也無法在課堂上進(jìn)行．有限的教學(xué)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)設(shè)備不能滿足所有學(xué)生實(shí)驗(yàn)的需求，綜上種種原因?qū)е聦W(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ粡?qiáng)．

２ 高中物理虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性

隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，教育技術(shù)變革的進(jìn)程也實(shí)現(xiàn)了快速推進(jìn)，大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)等層出不窮的新技術(shù)為新的教學(xué)應(yīng)用模式提供了“新武器”，一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足．

２．１ 打破時(shí)空的限制

虛擬實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)課堂教學(xué)時(shí)間和空間的限制，傳統(tǒng)教學(xué)中只能進(jìn)行一遍的實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在可以無限次操作、播放和觀看，學(xué)生可以在課前、課中、課后，在教室、家里、圖書館等地隨時(shí)實(shí)踐、觀看，在反復(fù)實(shí)踐和觀看中熟悉實(shí)驗(yàn)流程，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，掌握物理原理和知識(shí)，提升自主學(xué)習(xí)效率．

２．２ 進(jìn)行個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)室包含許多實(shí)驗(yàn)器材，學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗(yàn)室隨意選擇需要的實(shí)驗(yàn)器材，完成實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置，為實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備，在虛擬實(shí)驗(yàn)室中完成實(shí)驗(yàn)操作，獲得創(chuàng)造能力的提升．物理思維是高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，在虛擬實(shí)驗(yàn)操作中，學(xué)生的科學(xué)思維能力、科學(xué)探究能力得到發(fā)展，對(duì)物理觀念的形成更加直觀有效、深刻持久，在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中能熟練掌握和應(yīng)用物理知識(shí)．

２．３ 安全高效、趣味可視化

高中物理中包含著一些微觀或危險(xiǎn)性較大、對(duì)實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境要求較高的實(shí)驗(yàn)，虛擬實(shí)驗(yàn)可以滿足這些微觀、高危實(shí)驗(yàn)的所有必備條件．在虛擬實(shí)驗(yàn)中，這些實(shí)驗(yàn)也可以以更加簡(jiǎn)單的方式呈現(xiàn)，捕捉轉(zhuǎn)瞬即逝的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，增添實(shí)驗(yàn)的趣味性．在設(shè)置好的實(shí)驗(yàn)參數(shù)輔助下，學(xué)生可以多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，精確調(diào)控實(shí)驗(yàn)參數(shù)，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，降低實(shí)驗(yàn)成本，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間．

２．４ 線上學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)利器

對(duì)于物理這樣的實(shí)驗(yàn)學(xué)科，線上教學(xué)時(shí)學(xué)生只能通過視頻認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)器材，熟悉實(shí)驗(yàn)步驟，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，缺少實(shí)踐，不利于學(xué)生相關(guān)物理觀念的形成．虛擬實(shí)驗(yàn)以其強(qiáng)大的功能為線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了一定幫助．

３ 高中物理虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用策略

３．１ 利用虛擬實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在高中物理新課講解過程中，教師要第一時(shí)間抓住學(xué)生的視線，通過教學(xué)設(shè)計(jì)、情境創(chuàng)設(shè)吸引學(xué)生，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)效率．虛擬實(shí)驗(yàn)在新課教學(xué)中的應(yīng)用將物理知識(shí)轉(zhuǎn)化為趣味性實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生在直觀的實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)中掌握物理規(guī)律，感受到物理知識(shí)學(xué)習(xí)的趣味性．教師在利用虛擬實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)知識(shí)的過程中也要圍繞物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)問題，通過問題設(shè)計(jì)引入新知識(shí)，做好新知識(shí)講解的鋪墊和準(zhǔn)備．

如在“牛頓第一定律”教學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)知道牛頓第一定律的主要內(nèi)容，也了解到是在伽利略的理想實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)的．教師可以借助虛擬實(shí)驗(yàn)軟件為學(xué)生演示小球沿著斜面下滑的全過程．在實(shí)驗(yàn)中，教師可以通過斜面摩擦參數(shù)的設(shè)置減小小球運(yùn)動(dòng)中的空氣阻力和摩擦力，盡可能還原實(shí)驗(yàn)過程．學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中觀察到小球在經(jīng)過斜坡之后保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并產(chǎn)生疑問．這時(shí)教師順勢(shì)引入牛頓第一定律相關(guān)內(nèi)容，解答學(xué)生的疑惑，加深學(xué)生對(duì)力的認(rèn)識(shí)．這樣在物理課堂上引入虛擬實(shí)驗(yàn)，同以往的現(xiàn)場(chǎng)操作實(shí)驗(yàn)相比顯得更為直觀與形象，把一些微觀的物理現(xiàn)象給呈現(xiàn)出來，變得具體，引發(fā)學(xué)生的好奇心與質(zhì)疑心理，激發(fā)他們參與新課的興趣，為學(xué)習(xí)牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律做好鋪墊工作．

３．２ 利用虛擬實(shí)驗(yàn)突破物理教學(xué)重難點(diǎn)

高中階段的物理知識(shí)研究的內(nèi)容比初中更加深入和復(fù)雜，相對(duì)抽象的物理概念和物理公式對(duì)學(xué)生造成較大壓力．教師在教學(xué)中可以借助虛擬實(shí)驗(yàn)將抽象的知識(shí)具體化、形象化，讓學(xué)生在直觀的實(shí)驗(yàn)中突破重難點(diǎn)知識(shí)，掌握物理知識(shí)的本質(zhì)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)深度，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自信心．

如在“萬有引力定律”教學(xué)中，萬有引力的知識(shí)在航空航天中的應(yīng)用十分廣泛，如航天器的變軌問題就是萬有引力的應(yīng)用和體現(xiàn)．由于航天器與學(xué)生的生活相距較遠(yuǎn)，學(xué)生對(duì)航天器的變軌工作和參數(shù)變化的理解存在較大問題．教師在教學(xué)中通過模擬航天器的軌道運(yùn)行引導(dǎo)學(xué)生觀察航天器在近地軌道、橢圓軌道、遠(yuǎn)地軌道的運(yùn)行過程中點(diǎn)火和關(guān)火的幾種情況，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解航天器的變軌知識(shí)．如此，在高中物理教學(xué)中，利用虛擬實(shí)驗(yàn)可以把抽象的、不易接觸的物理知識(shí)呈現(xiàn)出來，輔助他們對(duì)理論知識(shí)的理解，使其順利突破疑難障礙．

３．３ 利用虛擬實(shí)驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)過程錯(cuò)誤原因

在真實(shí)實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中，教師和學(xué)生除了需要提前準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)器材，調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)等，還需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力完成實(shí)驗(yàn)操作．如果實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)錯(cuò)誤，學(xué)生就需要重新開始．虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用能夠幫助學(xué)生快速了解出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方和原因，縮短學(xué)生實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，提升實(shí)驗(yàn)效率．在分析和解決實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤的過程中，學(xué)生的探究能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫教嵘?/p>

如在“用多用電表測(cè)量電學(xué)量”教學(xué)中，涉及電流、電阻、電源、電壓等多個(gè)瑣碎知識(shí)點(diǎn)，需要學(xué)生在綜合應(yīng)用知識(shí)的過程中完成探究和測(cè)量．為了避免學(xué)生損壞實(shí)驗(yàn)器材，教師可先引導(dǎo)學(xué)生利用虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)操作，并且在實(shí)驗(yàn)過程中引導(dǎo)學(xué)生交流和探討，為學(xué)生留出獨(dú)立思考的空間．在交流和討論中，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行反思和總結(jié)，在與其他學(xué)生的交流中發(fā)現(xiàn)自己實(shí)驗(yàn)中存在的問題，聽取同學(xué)的建議，虛心改正．在不斷的反思中，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程逐漸規(guī)范化、科學(xué)化，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也更加精確．虛擬實(shí)驗(yàn)的使用不僅保證了學(xué)生的安全，也為學(xué)生開展真實(shí)實(shí)驗(yàn)提供了準(zhǔn)備，從而提升學(xué)生的實(shí)踐操作能力．

綜上所述，在高中物理教學(xué)中，虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜇灤┰谡n前、課堂和課后整個(gè)過程，能根據(jù)高中物理課程的內(nèi)容和形式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，滿足教師和學(xué)生的多樣化需求，提升課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量．在虛擬實(shí)驗(yàn)的演示中，學(xué)生能夠全方位觀看實(shí)驗(yàn)，通過調(diào)整實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等方式分析實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、解決問題．在虛擬實(shí)驗(yàn)的直觀和趣味性呈現(xiàn)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到提升，課堂氛圍也更加活躍．虛擬實(shí)驗(yàn)的滲透是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的補(bǔ)充和創(chuàng)新，是對(duì)學(xué)生知識(shí)構(gòu)建和核心素養(yǎng)提升的促進(jìn)．教師在教學(xué)中要善于使用信息技術(shù)資源，豐富課堂教學(xué)形式，提升課堂教學(xué)質(zhì)量．

（本文系福建省福州市教育信息技術(shù)研究２０２１年度立項(xiàng)課題：“３３６”混合式教學(xué)模式在高中物理虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐研究（課題編號(hào)：ＦＺＤＪ２０２１Ａ２０）成果之一．）

（完）