運用虛擬實驗，提高初中物理實驗教學效率

武奇志

摘 要：隨著科學技術的迅速發展，計算機與網絡技術在教育領域的運用日益廣泛，使得教育領域飛躍式發展及全面的變革。而虛擬實驗就是時代的標志產物之一，其就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，達到了實驗教學的數字化。虛擬實驗的運用突破了傳統實驗的種種限制與困難，可以更加生動形象地完成所有實驗，這對于激發學生的學習興趣、突破教學中的重難點、提高學生實驗教學效率起到了重要的作用。

關鍵詞：虛擬實驗；實驗教學；教學效率

物理是一門以實驗為基礎的學科，其知識的產生、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處于重要的地位，因此，實驗是物理教學活動中一個至關重要的過程，它對于培養學生的實際操作能力和解決問題能力發揮著重要的作用。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、提高實驗教學效率的重要手段。

一、虛擬實驗常見的兩種形式

（一）動畫演示課件

動畫演示是科學技術用于教育體系最初級的表現形式，是科學技術和課程整合的最低層次，目前，很多老師都是采用這種形式和方法。老師可以使用現成的計算機輔助教學軟件或者多媒體素材庫，選擇其中較為合適的部分用在自己的課程教學中，也可以利用PowerPoint、Flash、幾何畫板、Authorware等軟件，綜合利用各種教學素材，將實驗過程或現象設計成模擬真實情況的演示文稿和多媒體課件，演示某些實驗現象，動態形象地展示理論模型和實驗過程，幫助學生更好地理解所學知識，從而實現常規教學無法實現的教學功能。

（二）虛擬仿真實驗

虛擬仿真實驗是利用計算機創建一個可視化的實驗操作環境，其中的任何一個仿真物體都代表著一種實驗儀器或設備，學生通過鼠標點擊或者拖曳動作，來操作這些虛擬的實驗儀器或設備，即可進行各種實驗，從而達到與真實實驗一致的教學要求和目的。虛擬仿真實驗是虛擬仿真技術、計算機技術和專業理論知識多方面結合的結晶。無論是學生還是教師都可以自由、無顧慮地隨時通過虛擬實驗來操作儀器進行各種實驗，為實驗教學的改革提供條件及技術支持。

二、虛擬實驗的優勢

（一）降低實驗成本，保證人身安全

傳統的物理實驗需要借助一定的實驗器材來完成，大部分實驗器材費用高，數量需求大，使用頻率強，儀器損壞率高，造成采購與維修都需要很多的資金。但虛擬實驗是通過仿真系統實現的，實現了實驗器材的數字化，可以說是一次性投入，并不存在上述問題，并且可以反復同時供多人使用，這使得教學成本大大降低。另一方面，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。虛擬實驗可以避免因操作失誤所帶來的危害，并且完成所有的實驗，更加具有安全性。

（二）激發學習興趣，實現快樂教學

想要提高教學效率，激發學生的學習興趣至關重要。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老師口述或者書本完成，異常單調枯燥，以至于學生的注意力不集中，思維不活躍。即便一些實驗可以真實實踐，也并不能激發學生的學習熱情。但虛擬實驗以計算機與互聯網技術為基礎，將學生帶入全新的仿真系統中，唯美的畫面、絢麗的色彩、鮮艷的文字、動聽的音樂，帶給學生強烈的感官沖擊，使得實驗更加生動形象，富有趣味性，能吸引學生的注意力，激活學生的思維，激發學生強烈的學習興趣。這樣使得學生不再是被動地機械灌輸知識，而是主動積極地參與，從而向有效的實驗教學邁出了堅實的一步。

（三）實現各種實驗，引導學生探索

物理實驗作為重要的教學內容，同時也是主要的研究方法與學習手段。但傳統的實驗教學中受各種因素的制約，并不能完成所有的實驗，不利于突破教學的重、難點，但通過虛擬實驗可以有效彌補這些不足。如，在教學“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，學生對此并沒有概念。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3匹增加到6匹、12匹、24匹，并配以相應的背景音樂，直至將兩個半球分開。通過這樣聲情并茂的模擬實驗，將學生帶入真實的實驗場景之中，可以使學生真切地感受大氣壓強的存在與巨大。此時對馬德堡半球實驗進行全面而細致的剖析與講解，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。

參考文獻：

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）.

·編輯 魯翠紅