虛擬實驗室在物理課堂教學中有效應用的研究

黃偉元

（福州第四十中學）

摘 要：物理學是研究物質世界最基本的結構、最普遍的相互作用、最一般的運動規律及所使用的實驗手段和思維方法的自然科學。初中物理學主要探討和學習的內容還是一些基礎的物理現象，但是由于有的現象研究是不能還原真實情景的，因此將虛擬實驗室和物理教學結合在一起十分有必要。虛擬實驗室和物理課堂教學的有效結合，有利于學生更加直觀地理解物理現象，加強學生的動手實踐能力。

關鍵詞：虛擬實驗室；初中物理；有效應用

虛擬實驗室是現代計算機技術、VR虛擬現實技術、Web技術發展的產物。在物理學科中很多的現象和原理是無法還原真實的情景的，比如電路檢測、家庭電路問題等，這就需要借助虛擬實驗室。將虛擬實驗室和物理教學結合，是傳統教育的巨大進步。從實驗過程來說，虛擬實驗室中學生實驗的過程和真實的實驗室是沒有多大區別的，還能夠有效突破實驗室硬件條件的束縛，真正實現每位同學都有一個專屬的小“實驗室”。

一、虛擬實驗室的內涵與意義

虛擬實驗室是教學實驗室的數字化和虛擬化。虛擬實驗室由虛擬實驗臺、虛擬器材庫和開放式實驗室管理系統組成。虛擬實驗室為開設各種虛擬實驗課程提供了全新的教學環境。在虛擬實驗臺上，學生可以自己動手配置、連接、調節和使用實驗儀器設備。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驗。老師上課時通過開放式的實驗管理系統，給學生講解實驗，擺脫傳統大課堂上老師一個實驗展示給所有同學看的缺點，每個同學通過虛擬實驗室可以清楚地了解實驗的過程。并且通過開放式的實驗室管理系統老師還能清楚地了解每一個同學的實驗情況。隨著計算機的普及和智能手機的全面發展，虛擬實驗室為初中學生學習物理提供了把實驗室搬回家的可能，虛擬實驗室不僅僅可以安裝到電腦上，甚至有專屬于手機的虛擬實驗室，學生可以把物理實驗當做一種娛樂，隨時隨地進行場景模擬，開展物理實驗，這是虛擬實驗室和傳統實驗室相比一個突出的優勢。除此之外，虛擬實驗室有效降低了對學校硬件設施的要求，只要一個計算機機房，一個虛擬實驗室系統，基本上就可以滿足所有自然科學學科的實驗要求，不只包括物理，還有化學和生物的實驗也可以在虛擬實驗室中進行，成功實現資源的優化配置。

總之，對學生而言，虛擬實驗室突破了時間和空間的局限，有利于學生單個隨時隨地展開實驗，培養學生的創造力和探究能力。對老師而言，虛擬實驗室系統有利于教學的開展，有利于增強教學的趣味性，及時了解學生的實驗情況，提升教學效果。對學校而言，虛擬實驗室降低了學校在實驗室器材方面的投入，多學科實驗室資源整合，達到了資源優化配置的效果，并且虛擬實驗室還規避了一些實驗給學生人身安全可能帶來的危險和損害。所以，虛擬實驗室是自然科學教學中的重要革新。

二、虛擬實驗室在物理教學中的具體應用

虛擬實驗室在實際教學中是如何應用的？老師如何通過虛擬實驗室達到有效教學的目的？學生如何利用虛擬實驗室達到提高學習效率的目的？下面我會以簡單的例子來說明。比如，探究導體影響電阻大小的因素時。學生首先需要設計實驗，思考實驗需要哪些器材才能得出實驗結果，然后到虛擬實驗室的器材庫中選擇，再進行實驗，觀察實驗結果，得出結論，這是一個探究問題的過程。傳統教學中，老師往往先告訴學生答案，然后做實驗給學生看，或者告訴學生實驗需要哪些器材，在現實實驗室中提前準備好器材，讓學生來驗證已經得出的實驗結果。這樣的教學模式導致的結果就是學生普遍動手能力差、探究能力差、問題思維弱。虛擬實驗室教學中，學生看到問題以后，能夠有效參與整個問題的解決過程，是對學生問題思維和解決問題能力的綜合開發。虛擬實驗室能夠實現一些危險性實驗教學，比如，探究熔絲熔斷的原因，這部分在傳統教學中老師一般是不會讓學生做這個實驗的，因為存在一定的危險，但是在虛擬實驗室中則不同，虛擬實驗室極大模擬和還原真實了實驗情景，但是又對學生身體安全沒有造成威脅。在探究凸透鏡成像的規律時，傳統教學中，老師實驗展示的現象是不容易觀察的，但是虛擬實驗室則不同，蠟燭的成像特點是很明顯也很容易觀察，這樣就有助于學生了解知識點，擺脫死記硬背的情況。

三、虛擬實驗室的缺陷

虛擬實驗室雖然有很多好處，但是虛擬和現實始終是有差距的。模仿的過程中出現失真也是不可避免的。長期使用虛擬器材，會使學生對現實器材感到陌生，在以后接觸更深層次物理研究時，還是需要使用真實的實驗室，并且虛擬實驗室已經是經過研究整合以后的一個實驗系統，很多成果已經錄入其中，對一些有新的實驗想法或者新問題的同學來說，其實還是一種無形的束縛。現實實驗室，是對學生聽覺、視覺、嗅覺等知覺的綜合調動，虛擬實驗室會導致其中一部分知覺無法調動。

綜上所述，老師在教學中還是不能完全依賴虛擬實驗室，應當在條件允許的情況下把虛擬和現實實驗室有效結合在一起。

參考文獻：

邢如玲.虛擬實驗在初中物理實驗教學中的應用策略研究[D].東北師范大學，2011.

編輯 高 瓊