摘 要 當(dāng)前，在中職物理課堂中，物理學(xué)科素養(yǎng)和綜合實(shí)踐能力的培養(yǎng)已經(jīng)成為一個(gè)熱門話題。文章以中職物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的“楞次定律”為例，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，從課前、課中、課后三個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)了本次物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。采用對(duì)照法，對(duì)實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班的前后測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了差異化分析。結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班兩班前測(cè)成績(jī)相當(dāng)?shù)那闆r下，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助教學(xué)的實(shí)驗(yàn)班后測(cè)平均分明顯高于對(duì)照班的后測(cè)平均分，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

關(guān)鍵詞 中職物理；電學(xué)；實(shí)驗(yàn)；虛擬現(xiàn)實(shí)；楞次定律

中圖分類號(hào)：G712 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.08.004

Research on the Application of Virtual Reality Technology in Secondary

Vocational School Physics Electrical Experiments

ZHU Zhongfei

（Shangyu Technical School， Shaoxing， Zhejiang 312300）

Abstract Currently， the cultivation of physics literacy and comprehensive practical ability has become a hot topic in vocational physics classrooms. The article takes the \"Lenz's Law\" in vocational physics and electrical experiments as an example， and based on virtual reality technology， designs the teaching of this physics and electrical experiment from three aspects： pre class， in class， and post class. Differential analysis was conducted on the pre-test and post-test results between the experimental group and the control group using a comparative method. The results showed that in the case where the pre-test scores of the experimental class and the control class were comparable， the average post test score of the experimental class using virtual reality technology assisted teaching was significantly higher than that of the control class， and the difference was statistically significant.

Keywords secondary vocational school physics; electrical studies; experiments; virtual reality; Lenz's Law

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)憑借其獨(dú)特的沉浸式體驗(yàn)、高度的交互性和生動(dòng)的可視化展示等特點(diǎn)，為物理教學(xué)領(lǐng)域開辟了新的可能性。特別是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)教學(xué)方法常常遭遇一些難以克服的難題，如實(shí)驗(yàn)室資源匱乏、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的微觀和抽象性，以及實(shí)驗(yàn)操作流程的復(fù)雜性等，這些問題都可能對(duì)學(xué)生理解物理知識(shí)和提升實(shí)驗(yàn)技能造成障礙。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入，為解決這些傳統(tǒng)教學(xué)難題提供了新的途徑。通過創(chuàng)建一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，模擬出各種所需的實(shí)驗(yàn)條件和場(chǎng)景，以一種逼真的方式呈現(xiàn)給學(xué)生，讓他們?cè)谔摂M的實(shí)驗(yàn)情境中進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)生能夠清晰地觀察到實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)細(xì)節(jié)和操作步驟，實(shí)時(shí)地看到實(shí)驗(yàn)過程中各種物理量的變化，從而將原本抽象的物理概念轉(zhuǎn)化為直觀的視覺和觸覺體驗(yàn)。這種教學(xué)方式極大地促進(jìn)了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的理解力，幫助他們更好地掌握實(shí)驗(yàn)原理和操作技巧。基于這樣的認(rèn)識(shí)，本文將以“楞次定律”為例，探討如何結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來設(shè)計(jì)中職物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)，旨在為中等職業(yè)學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一種新的視角和實(shí)踐參考。

1" 教材與學(xué)情分析

1.1" 教材分析

楞次定律是中職物理電磁板塊的核心內(nèi)容，不僅是對(duì)磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)等知識(shí)的深化與拓展，也有利于學(xué)生更好地理解后續(xù)知識(shí)。教材以實(shí)驗(yàn)引出楞次定律的原理，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象掌握感應(yīng)電流和磁通量的關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)重點(diǎn)注重對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，如改變控制變量、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和記錄，使學(xué)生理解“楞次定律”的理論基礎(chǔ)，在實(shí)踐中體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，培養(yǎng)其邏輯思維和解決問題的能力。

1.2" 學(xué)情分析

在本節(jié)課前，學(xué)生已經(jīng)對(duì)電路、電流、磁場(chǎng)等基本的電學(xué)概念有了一定程度的了解，具備了初步的電學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)。然而，電磁感應(yīng)現(xiàn)象相對(duì)抽象，中職學(xué)生的思維發(fā)展水平和抽象思維能力還沒有完全成熟，在理解楞次定律和實(shí)驗(yàn)操作時(shí)可能存在一定的困難。在教學(xué)過程中，教師需要充分考慮學(xué)生的學(xué)情特點(diǎn)，采取直觀、生動(dòng)、具有啟發(fā)性的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，幫助其克服學(xué)習(xí)過程中遇到的困難，提升其學(xué)習(xí)效果。

2" 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的“楞次定律”實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)策略的整體規(guī)劃涵蓋三個(gè)階段：課前準(zhǔn)備、課堂講授、課后復(fù)習(xí)。在課前準(zhǔn)備階段，教師構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，學(xué)生通過計(jì)算機(jī)或移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行預(yù)習(xí)，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供反饋報(bào)告，教師隨后據(jù)此調(diào)整教學(xué)計(jì)劃。課堂講授階段，教師展示實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景以引入課題，學(xué)生回顧預(yù)習(xí)內(nèi)容并思考，隨后分組進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行操作。課后復(fù)習(xí)階段包括教師發(fā)布虛擬作業(yè)、學(xué)生完成作業(yè)并就遇到的問題向AI助教咨詢、系統(tǒng)生成反饋報(bào)告，最后教師依據(jù)反饋提供個(gè)性化習(xí)題和資源。

2.1" 課前預(yù)習(xí)

楞次定律實(shí)驗(yàn)難度較大，充分的預(yù)習(xí)能夠使學(xué)生對(duì)楞次定律的基本概念、實(shí)驗(yàn)原理和操作步驟有初步的理解，增強(qiáng)學(xué)生的自信心，使其積極參與課堂教學(xué)。

為了提升學(xué)生的預(yù)習(xí)質(zhì)量，教師可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，創(chuàng)建虛擬的實(shí)驗(yàn)教學(xué)空間，并在虛擬教學(xué)空間調(diào)用本次實(shí)驗(yàn)所需的器材，在步驟選項(xiàng)位置編輯預(yù)習(xí)任務(wù)。學(xué)生利用計(jì)算機(jī)或手機(jī)可以自行進(jìn)行預(yù)習(xí)，在虛擬空間完成預(yù)習(xí)任務(wù)，如了解實(shí)驗(yàn)原理、認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)器材、理解磁通量和感應(yīng)電流、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)猜想等，初步嘗試實(shí)驗(yàn)操作，觀察楞次定律的現(xiàn)象，提前熟悉實(shí)驗(yàn)流程和步驟，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升其自主探究能力，進(jìn)而為后續(xù)課堂學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。學(xué)生完成預(yù)習(xí)任務(wù)后，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)過程生成反饋報(bào)告，分析學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，教師按照分析結(jié)果調(diào)整備課方案，以確保授課內(nèi)容符合大部分學(xué)生的學(xué)情，使其更好地參與課堂教學(xué)。

2.2" 課中授課

在授課環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的導(dǎo)入模式為教師通過黑板繪制示意圖或口頭講解，介紹楞次定律的相關(guān)應(yīng)用場(chǎng)景。通過課堂提問，引導(dǎo)學(xué)生說出其對(duì)楞次定律的理解和認(rèn)識(shí)，進(jìn)而引出本次課的重點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)探究階段，學(xué)生分組進(jìn)行傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作，使用實(shí)驗(yàn)器材，如線圈、磁鐵、電流表等，按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作和記錄。然而，由于實(shí)驗(yàn)器材的局限性和操作的復(fù)雜性，學(xué)生可能無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果，對(duì)結(jié)果的認(rèn)知和理解不夠深入。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生主要依靠教師的指導(dǎo)和自身的觀察進(jìn)行操作和記錄，小組之間的交流較少，團(tuán)隊(duì)合作能力無法得到鍛煉。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師會(huì)通過提問的形式，讓學(xué)生描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和匯報(bào)數(shù)據(jù)，并在黑板上板書記錄，通過分析有限的數(shù)據(jù)總結(jié)楞次定律，但由于課程內(nèi)容抽象，學(xué)生理解困難，授課效果不理想。

為了提升課中授課質(zhì)量，教師可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，向?qū)W生展示與“楞次定律”相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，如電磁阻尼現(xiàn)象、變壓器的工作原理等，激發(fā)學(xué)生的興趣，引出此次實(shí)驗(yàn)的課題，而后引導(dǎo)學(xué)生回顧課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)操作流程，并提出“虛擬實(shí)驗(yàn)過程中，磁鐵運(yùn)動(dòng)方式發(fā)生改變時(shí)，感應(yīng)電流的方向和大小是如何變化的？可能的原因是什么？”進(jìn)而讓學(xué)生思考感應(yīng)電流方向可能受到的影響。學(xué)生帶著問題分組進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，使用參數(shù)不同的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行操作，并觀察感應(yīng)電流和磁通量的變化關(guān)系。教師會(huì)在關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)置提示，輔助學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作，如改變線圈匝數(shù)、磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度等，引導(dǎo)學(xué)生思考影響因素。學(xué)生在虛擬環(huán)境中與組內(nèi)同學(xué)共享實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過討論分析，確定最佳的數(shù)據(jù)并展示。教師將不同小組的數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維模型，展示磁場(chǎng)的分布變化，將抽象的規(guī)律以直觀的形式展示出來，幫助學(xué)生更好地理解磁通量、磁通量和感應(yīng)電流的關(guān)系，理解“阻礙”的含義，進(jìn)而推理能量守恒轉(zhuǎn)化，總結(jié)楞次定律。

2.3" 課后復(fù)習(xí)

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，課后教師通常會(huì)布置書面作業(yè)，如習(xí)題、總結(jié)等，內(nèi)容較為單一，主要側(cè)重于對(duì)課堂知識(shí)的記憶或公式的運(yùn)用。學(xué)生在完成作業(yè)的過程中，遇到問題時(shí)主要通過翻閱教材、筆記或請(qǐng)教同學(xué)等方式解決。在遇到難度較大的問題時(shí)，學(xué)生可能無法及時(shí)得到解答，容易積累知識(shí)盲點(diǎn)。批改作業(yè)時(shí)，教師會(huì)總結(jié)作業(yè)中存在的問題并統(tǒng)一講解，但是學(xué)生個(gè)體學(xué)情不同，可能無法完全理解解答的內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不均衡。

為了鞏固課中授課的效果，教師可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬考核情境，發(fā)布針對(duì)本次實(shí)驗(yàn)的虛擬作業(yè)，包括實(shí)驗(yàn)步驟回顧、數(shù)據(jù)分析、現(xiàn)象解釋等多種題型，全面考查學(xué)生對(duì)楞次定律的掌握情況，如要求學(xué)生在虛擬環(huán)境中再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄不同實(shí)驗(yàn)條件下的電流方向和大小，解釋其與磁通量變化的關(guān)系，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，幫助學(xué)生理解楞次定律的內(nèi)容。在學(xué)生完成作業(yè)時(shí)，如果遇到問題，可以向AI助教提問，AI助教可以為學(xué)生提供指導(dǎo)和提示，幫助學(xué)生解決遇到的問題，深入理解課程內(nèi)容。例如，當(dāng)學(xué)生對(duì)感應(yīng)電流的方向判斷存在疑問時(shí)，AI助教可以引導(dǎo)學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)原理，分析相關(guān)的物理量變化情況，減少其在學(xué)習(xí)過程中可能遇到的挫折感。學(xué)生完成作業(yè)后，系統(tǒng)自動(dòng)生成反饋報(bào)告，分析學(xué)生的知識(shí)掌握情況，指出學(xué)生在知識(shí)理解和實(shí)驗(yàn)方面存在的問題。教師根據(jù)反饋報(bào)告的內(nèi)容，針對(duì)不同學(xué)情的學(xué)生，推送符合其學(xué)習(xí)能力的習(xí)題和資源，如針對(duì)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生推送基礎(chǔ)知識(shí)的習(xí)題和資料；對(duì)于已熟練掌握知識(shí)的學(xué)生，推送拓展習(xí)題和資料，以差異化教學(xué)，幫助其在適合的學(xué)習(xí)路上不斷進(jìn)步。

3" 教學(xué)效果分析

3.1" 實(shí)驗(yàn)前檢測(cè)成績(jī)的差異分析

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，對(duì)實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)前的測(cè)試，對(duì)前測(cè)成績(jī)平均分進(jìn)行獨(dú)立樣本分析。實(shí)驗(yàn)班42人，平均分61.867分，標(biāo)準(zhǔn)差19.245；對(duì)照班44人，平均分61.558分，標(biāo)準(zhǔn)差17.917；值為-0.075，值為0.942。按照測(cè)試結(jié)果，實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班的平均分相當(dāng)，差異小，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，兩班的基礎(chǔ)相當(dāng)，具有可比性。

3.2" 實(shí)驗(yàn)后檢測(cè)成績(jī)的差異分析

在實(shí)驗(yàn)班利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建虛擬的教學(xué)情境，在對(duì)照班通過傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，在此次實(shí)驗(yàn)完成后，對(duì)實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班進(jìn)行后測(cè)測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容為此次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。對(duì)后測(cè)成績(jī)進(jìn)行樣本分析。實(shí)驗(yàn)班42人，平均分70.429分，標(biāo)準(zhǔn)差16.057；對(duì)照班44人，平均分60.955分，標(biāo)準(zhǔn)差18.77；值為2.511，值為0.012。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)班的后測(cè)平均分明顯高于對(duì)照班，差異明顯，說明此次實(shí)驗(yàn)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助的方式，有利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

4" 結(jié)語

本文選取了中等職業(yè)學(xué)校物理課程中的一個(gè)電學(xué)實(shí)驗(yàn)——“楞次定律”作為研究對(duì)象，深入探討了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。特別關(guān)注如何將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括課前的準(zhǔn)備、課中的實(shí)際操作以及課后的復(fù)習(xí)鞏固階段。通過設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)情境，學(xué)生能夠在虛擬環(huán)境中模擬實(shí)驗(yàn)過程，不僅增強(qiáng)了他們的學(xué)習(xí)興趣，也提高了其實(shí)驗(yàn)操作的熟練度。

為了驗(yàn)證虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助教學(xué)的有效性，同步進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)前后測(cè)成績(jī)的對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)開始前，兩個(gè)班級(jí)的學(xué)生在相關(guān)知識(shí)的掌握程度上是相當(dāng)?shù)模瑳]有顯著差異。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生在后測(cè)中的平均成績(jī)顯著高于對(duì)照班的學(xué)生。這一結(jié)果表明，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于學(xué)生掌握課程內(nèi)容、提升學(xué)習(xí)效果以及增強(qiáng)實(shí)踐能力具有積極的影響。通過這種創(chuàng)新的教學(xué)方式，學(xué)生能夠更加直觀地理解物理概念，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的認(rèn)識(shí)，從而在學(xué)習(xí)和實(shí)踐方面取得更好的成績(jī)。

此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入還促進(jìn)了學(xué)生之間的互動(dòng)與合作。在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，學(xué)生可以共同參與實(shí)驗(yàn)，相互討論，共同解決問題，不僅提高了他們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，也激發(fā)了他們對(duì)物理學(xué)科深入探索的興趣。實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生普遍反映，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助的學(xué)習(xí)體驗(yàn)更加生動(dòng)有趣，有助于他們更好地記憶和理解復(fù)雜的物理概念。因此，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于中職物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅能夠提高教學(xué)效率，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，是一種值得推廣的教學(xué)模式。

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