運用虛擬實驗，提高初中物理實驗教學效率

張 偉（河北省固安縣第二中學065500）

運用虛擬實驗，提高初中物理實驗教學效率

張 偉（河北省固安縣第二中學065500）

隨著現代技術的發展，計算機與網絡技術日益廣泛地運用于教育教學領域，帶來了教學領域的全面變革與飛躍發展。網絡虛擬實驗實現了計算機仿真技術與傳統實驗教學的有機結合，可以突破種種限制與困難生動形象地完成所有實驗。這對于激發學生學習興趣，突破教學重難點，提高學生實驗技能具有重要作用。

物理實驗教學虛擬實驗優勢運用

物理是一門以實驗為基礎的科學，知識的產生、定理的形成都是在大量實驗的基礎上得出的，實驗在整個物理體系中占有非常重要的地位，起著非常重要的作用。但在以往的教學中，教師并不重視實驗教學，以講實驗、畫實驗代替做實驗，實驗是可有可無的。隨著新課程改革的推進，對實驗教學更加重視，雖然在觀念上很重視，但是由于學校實驗器材短缺、實驗條件不充分等一些實驗無法完成，還有一些實驗盡管可以在現實條件下完成但實驗現象不明顯，一直制約著實驗教學效益。隨著計算機技術的發展與網絡的普及，虛擬實驗應運而生，具有重要的教學優勢，而被廣泛地運用于物理教學中。

所謂虛擬實驗主要包括虛擬仿真實驗室和Flash課件，是利用計算機的仿真技術、多媒體技術和網絡技術來模擬實驗全過程，實現了計算機虛擬現實技術與實驗教學的有機結合，整個實驗過程完全依托計算機的仿真系統來完成，實現了實驗教學的數字化。在初中物理教學中運用虛擬實驗是現代科技迅猛發展下教育信息化的產物，是深化物理教學改革的必要趨勢，是激發學生學習興趣，提高實驗教學效益的重要手段。

一、虛擬實驗的優勢

1.降低實驗成本。傳統實驗需要借助一定的實驗器材來完成，而大部分實驗器材費用較高，而且器材供全校師生使用，在使用的過程容易出現損壞，其采購與維修都需要很多的資金。而虛擬實驗實現了實驗器材的數字化，整個實驗是通過仿真系統實現的，可以說其投入是一次性的，并不存在損壞、磨損等現象，可以反復同時供多人使用，這使得教學成本大大降低，更能實現實驗教學的全面化與全體化。

2.突破時空限制。傳統實驗受時間與空間上的限制，由于學校實驗器材有限，一次不能容納很多的學生來操作實驗，全校各班需要輪流進行，即使這樣也并不能滿足實驗教學的實際需求。虛擬實驗更具開放性，不受時間與空間的限制，只要教學需要，師生就可以隨時隨地進入虛擬實驗室網站來完成相應的實驗。

3.控制實驗節奏。在傳統教學中我們并不能控制實驗的節奏，往往難以觀察到一些瞬間產生的實驗現象。而虛擬實驗更具可控性，我們可以根據不同的實驗來控制其節奏，如將快速過程緩慢化、緩慢過程快速化，以便于學生更好地觀察實驗現象，記錄實驗數據。同時還可以根據實際需要來將截取實驗過程中的某一片斷，以供學生更好地進行操作與思考。

4.保證人身安全。一些實驗危險系數較高，如果操作失誤會對操作者帶來危害，抑或是一些實驗本身就具有危險性，在現實條件下無法完成，這些在傳統實驗教學中不能完成。而虛擬實驗可以排除這些安全隱患，可以完成所有的實驗，并且可以避免因操作失誤所帶來的危害，更加具有安全性。

二、虛擬實驗的作用

1.激發學生學習興趣，實現學生快樂學習。成功的教學所依賴的不是強制，而是激發學生的學習興趣。而在傳統實驗教學中教學手段單一，教學氛圍枯燥，對于大部分實驗是通過黑板與粉筆來呈現，通過閱讀教材來完成，教師在上面滔滔不絕的講，而大多學生只是在下面應付，注意力不集中，思維不活躍，實驗教學效益低下。即使是一些學生可以操作的實驗，也并不能激發學生的參與熱情。而虛擬實驗以學生所感興趣的計算機與互聯網技術為依托，將學生帶入全新的仿真系統之中，這使得實驗教學更具有現代技術的氣息，唯美的畫面、絢麗的色彩、鮮艷的文字、動聽的音樂，都可以帶給學生以強烈的感官沖擊，使得整個實驗更加生動形象，富有趣味性，更能達到集中學生注意力，激活學生思維，激發學生強烈的參與動機的效果。這樣學生不再是機械而被動的操作，而是主動而活躍的參與，從而為向有效的實驗教學邁出了堅實的第一步。

2.模仿各種實驗現象，引導學生主動探究。實驗是重要的教學內容，同時也是主要的研究方法與學習手段。不管是演示性實驗還是探究性實驗，都可以引導學生展開主動探究，從而讓學生在思考與思維的基礎上達到對這些抽象知識的形象認知與深刻理解。但在以往的實驗教學中受各種因素的影響，并不能完成所有的實驗，不利于教學重難點的突破。而通過虛擬實驗可以有效地彌補傳統實驗教學的不足，化抽象為形象，化靜態為動態，化微觀為宏觀，這樣更加利于學生對抽象知識的深刻理解。如在學習馬德堡半球實驗時，教師可以通過抽掉合在一起的兩個馬德堡半球里面的空氣后無法拉開來證明大氣壓強的存在，但大氣壓強有多大，學生并沒有真切的感受。為此教師可以運用虛擬實驗，向學生真實地再現300多年前的馬德堡半球實驗，將兩邊的馬匹由2匹增加到4匹、8匹、16匹，并配以相應的背景音樂，直到將兩個半球分開。通過這樣的聲情并茂的模擬實驗，可以將學生帶入真實的實驗場景之中，讓學生從中真切地感受大氣壓強的存在與巨大。此時再運用虛擬實驗對馬德堡半球隊進行全面而細致的剖析與講解，這樣就可以讓學生深刻地認識到來自于四面八方的大氣施壓給半球，這樣使得學生對于大氣壓強這一節知識的理解更為深刻，從而有效地突出了重點，突破了難點，這正是傳統實驗教學所難以取得的效果。

3.提供自主操作空間，培養學生創新能力。在以往真實的實驗活動中，由于怕發生危險，怕弄壞實驗設備，學生在操作時往往畏首畏尾，有太多的顧慮而并不能完全地依據自己的思考方式來展開。虛擬實驗可以讓學生徹底消除這些不安與顧慮，為學生提供了一個更為自由而寬廣的平臺，學生可以按照自己個性化的實驗方案來展開，這樣不僅可以激起學生更大的實驗熱情，讓學生體會到實驗探究的樂趣，同時為學生提供了更為寬廣的學習空間，利于增強學生的問題意識，培養學生的創新能力。讓學生通過實驗來掌握基本的物理知識，提高實驗技能，培養學生的創新精神，提高學生的創新水平。

[1]李琨.虛擬實驗室在中學物理實驗中的應用[J].中國教育技術裝備，2012（6）.

[2]馬發輝.初中物理虛擬實驗教學模式研究[J].中國信息技術教育，2010.

[3]張秀敏.仿真實驗室在初中物理虛擬實驗中的應用[J].中國教育技術裝備，2015（11）.

（責編 趙建榮）