虛擬實驗應用于初中物理教學中的探討

冉洪軒

摘 要 實驗是物理學立命安身之本，其概念的形成、規律的發現、原理的形成無一不是通過科學實驗得到的。學生在實驗中掌握科學的探究方法，形成科學的思維方式，也感受到科學家們探索科學的艱辛。虛擬實驗能彌補傳統實驗教學的不足，為學生提供豐富的實驗平臺，以拓展學生思維，培養學生實踐探究能力。本文主要從測量型、演示型、探究型、設計型、操作型實驗的角度闡述初中物理教學的有效策略。

關鍵詞 初中物理 信息技術 虛擬實驗 探究

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A

在當前教學中，教師難以跨越應試的樊籬，實驗開出率不高，主要集中在實驗考查的重點實驗內容；教師為提速增效，重實驗結論而輕方法滲透，先講后做，學生依葫蘆畫瓢，在模仿中機械記憶結論；實驗內容單一，以測量、演示、操作等驗證性實驗為主，缺少探究型實驗，不利于學生探究性能力的培養。

基于計算機技術的虛擬實驗能彌補傳統實驗教學的不足，為學生提供了豐富的實驗平臺，不囿于教材，充實了實驗內容，讓物理教學走向生活。

1虛擬實驗在測量型實驗中的應用

測量型實驗較為簡單，學生借助于實驗設備即可輕松獲得。對一些比較抽象、難以理解的測量型實驗，在真實環境下費力耗時，而借助于虛擬實驗，在教師引導下抽絲剝繭，讓學生掌握測量的方法，形成解決問題的意識。如在“伏安法測電阻”實驗中，教師以模擬教學、演示教學為主要方式，分三階段進行實驗教學。第一階段，教師講解、演示與學生剖析實驗原理；第二階段，學生根據實驗原理，利用虛擬實驗室嘗試實驗，連接實驗電路圖，用鼠標拖動變阻器，記錄電壓、電流，繪制小燈泡的電阻伏安性圖，感受電阻隨電壓的增大而增大。引發學生的思考探究，并將小燈泡換成定值電阻，再次拖動滑動變阻器，記錄電壓與電流值，繪制定值電阻伏安特性圖，分析其曲線，發現定值電阻阻值不變，對小燈泡的阻值在變化產生疑惑。第三階段，教師針對學生遇到的問題答疑，為學生提供相應材料，讓學生發現鎢絲的阻值隨溫度升高而增大的特性。

2虛擬實驗在演示型實驗中的應用

教師在演示實驗時，由于班級生數眾多，學生難以全面觀察到實驗現象，導致學生對物理學習缺少興趣。學生借助于虛擬的實驗，可以擺脫環境等因素的制約，清晰地再現實驗過程。如在學習光的反射現象時，學生雖對反射現象有一定的了解，但也僅限于生活中的一些簡單現象，缺少深度。教師要采用集體授課與個別教學相結合的方式進行教學，一是講解實驗原理，以平行光源、平面鏡設計反射定理模型，讓學生了解入射與反射光線，入射角與反射角、法線等基本概念。二是師生互動，學生用量角器測量入射角與反射角的度數，師生共同歸納光的反射定理。三是驗證，學生借助于虛擬平臺，改變入射角的大小，記錄入射角與反射角的大小，并進行比較、驗證。

3虛擬實驗在探究型實驗中的應用

學生在動手探究中透過現象，探求規律，提高發現問題的意識。在真實實驗中，因外界因素的干擾，學生難以獲得準確的結論，而虛擬實驗的引入，能突破外界因素的影響。如在凸透鏡成像的規律探究實驗時，受實驗室光線等因素的影響，學生難以準確地觀察實驗現象，也就談不上規律的總結。教師先提出問題，讓學生由遠及近觀察透鏡，引發他們的好奇心，讓他們大膽提出凸透鏡成像與物距大小是否有關的問題。接著，在虛擬平臺中，學生把物體放在較遠的地方，逐漸靠近凸透鏡，在移動中觀察成像特點，記錄像發生變化時的物距。學生就會不難發現，當物距大于兩倍焦距時，成縮小、倒立的實像；當達到兩倍焦距時，成等大、倒立的實像；繼續靠近透鏡，處于一倍焦距與兩倍焦距之間，物體繼續變大，成放大、倒立的實像；再往透鏡靠近時，像開始變虛，由倒立變為正立。當處于一倍焦距之內時，像為放大、正立的虛像。教師與學生共同總結凸透鏡成像的規律，學生會發現物距的大小是影響了凸透鏡成像的特點，并根據自己的猜想設計實驗方案，在實踐中記錄數據、總結規律。

4虛擬實驗在設計型實驗中的應用

在生活實際中，學生會遇到各種各樣的問題，他們會選擇合適的工具去解決問題。在物理學習中也需如此，當學生不理解物理現象，需在借助實驗平臺去解決。如牛頓第一定律，描述了力與運動的關系，對初學者而言有些抽象，教師要通過摩擦力對物體運動的影響實驗讓學生理解牛頓第一定律的內容，但摩擦力較難控制，實驗效果也不明顯。教師讓學生通過搓手、搓臉等活動讓學生感知摩擦力，讓學生認識到摩擦力對物體的運動有影響。

5虛擬實驗在操作型實驗中的應用

在電學實驗中，教師常在講桌上操作實驗，前排學生尚能勉強看到，而后排學生聽得云里霧里。教師借助于虛擬實驗，讓學生清晰地觀察實驗過程。如在探究“電阻的連接方法”教學中，教者讓學生串聯、并聯兩個相同阻值的電阻，通過數字歐姆表計算出總電阻，學生會發現串聯后阻值增大，而并聯后阻值反減小了，學生會提出猜想：“當兩個相同電阻串聯，總等于兩電阻之和；兩個相同電阻并聯，總電阻等于兩電阻之和的一半。”通過與數字歐姆表的對比，證實自己的猜想是正確的。接著教者將兩個不同阻值的電阻構建并聯、串聯電路，讓學生探討總電阻的求法。

總之，虛擬實驗是信息技術發展的產物，有其獨特的技術優勢，讓很多探究設計型實驗成為可能。但虛擬實驗不能達到高度逼真，也存在自身的缺陷，這就需要我們進一步優化教學，避免缺陷，以達到良好的教學效果。