3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用研究

江輔星

【摘 要】物理教學(xué)出臺了新領(lǐng)域的挑戰(zhàn)，通過教學(xué)方式和手段變化不斷提高教學(xué)質(zhì)量。3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的開展為新物理教學(xué)拉開了新領(lǐng)域。在教學(xué)上通過分析3D虛擬技術(shù)對教育產(chǎn)生的影響與3D虛擬技術(shù)的應(yīng)用來解決部分教學(xué)問題。所以本文將研究物理教學(xué)中3D增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用問題，促進(jìn)物理改革進(jìn)程，培養(yǎng)學(xué)生物理模型的建立。

【關(guān)鍵詞】物理模型; 3D虛擬技術(shù) ;物理實驗

【中圖分類號】G642 ??????【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）09-0231-01

一、引言

新教育改革的出臺，確立了改革方向與目標(biāo)。教學(xué)新領(lǐng)域前所未有的挑戰(zhàn)——虛擬現(xiàn)實技術(shù)的開放與實施。物理教學(xué)中，教師可以通過3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)展開教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，豐富教學(xué)情景，應(yīng)用到實際問題當(dāng)中。用新的教育信息去帶動物理課堂，讓教育走向現(xiàn)代化，突破教育問題與難點。確立物理觀念和科學(xué)思維，在新課程改革的大框架下開辟新的領(lǐng)域，突出物理學(xué)科的教學(xué)質(zhì)量與價值。讓學(xué)生去重視科學(xué)探究與實際的關(guān)系，結(jié)合想象得出結(jié)論。

二、3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)在物理教學(xué)中的應(yīng)用

1.物理教學(xué)該如何使用3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)。

3D虛擬增強(qiáng)技術(shù)是一種新興技術(shù)。其通過計算機(jī)的顯示和新興網(wǎng)絡(luò)的跟蹤技術(shù)來定位科技 ，真實場景的模擬將虛擬信息疊加通過計算機(jī)程序代碼的交流，計算機(jī)大腦的運轉(zhuǎn)以對現(xiàn)實世界的想象進(jìn)行填充改編。在教育場景上使學(xué)生通過物理建模，感受在視覺上聽覺上和觸覺上現(xiàn)實的變化，讓學(xué)生通過虛實結(jié)合在物理課堂上應(yīng)用，在教育領(lǐng)域中3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)為學(xué)生在物理課堂上呈現(xiàn)出全息圖像、虛擬實驗和虛擬環(huán)境相結(jié)合的環(huán)境。目前學(xué)生對虛擬技術(shù)的認(rèn)知度不高，教師在課堂教育上應(yīng)逐步的引入此技術(shù)虛實結(jié)合以假亂真。讓學(xué)生通過虛擬技術(shù)獲得虛擬體驗，來解決物體的運動規(guī)律問題。物理模型通過計算機(jī)構(gòu)建模擬，使重力加速度這個物理名詞不失真。計算機(jī)構(gòu)建模型來完成物理教學(xué)，虛擬模型與自然環(huán)境的聯(lián)系來完成信息反饋，然后通過信息反饋作為參考研究，提出新的教育方式，改變教育頻率。

3D虛擬增強(qiáng)技術(shù)不單單是通過圖形，聲音，超文本來實現(xiàn)的，它作為新媒體技術(shù)的一大突破，還可以讓學(xué)生通過實時生成的擬現(xiàn)實聲像，觸覺信息還有運動感知等等來實現(xiàn)新時代教育目標(biāo)。讓學(xué)生身臨其境，在課堂上通過老師講的情景構(gòu)建相互融合，在物理實驗利用3D虛擬增強(qiáng)技術(shù)來構(gòu)建虛擬的場景開展物理實驗。可以輸入物理實驗所用到的參數(shù)觀察運行演化的過程。學(xué)生可以通過VR訓(xùn)練場和實驗臺進(jìn)行操作訓(xùn)練，讓實際物體變成物理模型通過操作VR，操作方式可以隨著學(xué)生思維邏輯的變化而改變，設(shè)計的細(xì)節(jié)也可以發(fā)生改變。老師應(yīng)該告訴學(xué)生怎樣處理學(xué)習(xí)對象去控制轉(zhuǎn)化。例如在研究天體運動時，老師可以利用3D虛擬增強(qiáng)技術(shù)來重新建立物理模型，引導(dǎo)學(xué)生建立一個初概念，在VR下觀察天體運動碰撞物體，能量的轉(zhuǎn)化，將抽象思維轉(zhuǎn)化虛擬現(xiàn)實進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，這種應(yīng)用技能就要求計算機(jī)運算系統(tǒng)性能高。

通過3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)，彌補現(xiàn)有物理教學(xué)中的不足，滿足教育需求，選擇合適的設(shè)備去解決物理問題，創(chuàng)立一些逼真的教學(xué)環(huán)境，提高學(xué)生的互動能力。

2.為物理實驗奠定基礎(chǔ)。

物理作為一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，一些定理規(guī)律都是通過實驗來驗證得到的。物理是以科學(xué)為基礎(chǔ)的學(xué)科，培養(yǎng)學(xué)生動手思考的能力，提升科學(xué)素養(yǎng)。物理實驗在教學(xué)內(nèi)容里必不可少，現(xiàn)有課堂的局限性比較大很多的實驗是無法表現(xiàn)出來與無法完成的，但是可以利用VR來彌補這方面的不足，讓學(xué)生更能直觀的，細(xì)致的體驗到物理的奧秘。在學(xué)習(xí)熱機(jī)時一般的物理教學(xué)就是通過一些簡單的演示模型，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能通過汽油機(jī)和柴油機(jī)演示模型，來表現(xiàn)做功過程，可以通過VR來觀察吸氣、做功、壓縮 、排氣的做功過程，打開汽油機(jī)或者柴油機(jī)的蓋子，通過現(xiàn)實模型無法表達(dá)建立虛擬模型，讓學(xué)生更好的認(rèn)知物理過程。在物理教學(xué)中有些實驗存在偶然性，就需要通過3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)來幫助實驗的完成度，它可以通過虛擬現(xiàn)實無數(shù)次的重復(fù)過去演繹的場景，就可以去返回重新研究認(rèn)識，讓學(xué)生自主的完成實驗課題，探究物理運動，去完成體驗式的學(xué)習(xí)，可以虛擬物體的運動軌跡圖，將其變得更加直觀有效，將速度，位移，加速度直觀的演繹，讓學(xué)生展開物理研究。

3.關(guān)于平拋運動的問題研究。

VR為教學(xué)的突破革新提供了技術(shù)要求，它改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式的弊端。在探究平拋運動的運動特點和運動規(guī)律時，普通的教學(xué)模式利用化曲為直的思想等效替代來處理物理問題將自由落體運動和勻速直線運動相結(jié)合，老師可以通過VR讓學(xué)生不在使用邏輯思維去抽象的想象，幻想無法全面的建立物理模型，無法明確一些實驗現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)果不清楚 探究問題不明不白。雖然學(xué)生已經(jīng)有了一定的邏輯思維能力，但是能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上事實變化，傳統(tǒng)的教學(xué)不利于學(xué)生對物理實驗的研究。在物理教學(xué)中老師可以采用3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)來完成對平拋運動的教學(xué)設(shè)計，完善實驗的環(huán)境，理想環(huán)境是沒有空氣阻力，沒有摩擦，使用三個質(zhì)量相等大小相等的平滑小球，在支架上同時放置三個小球球，一起釋放，觀察到運動的小球分別做平拋運動，水平豎直方向分別做勻速直線運動和自由落體運動運動，同學(xué)們可以通過回放，去觀察每一個小球的運動并且屈曲分析物體的加速度變化。通過VR技術(shù)，解決學(xué)生在物理實驗認(rèn)知的困難利用等效替代的模型去解決問題。

總結(jié)

3D虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)去完善教育的不足，使用新興手段讓教師更加方便課堂，提升教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生能認(rèn)識到新世紀(jì)的大門，科技改變生活。增強(qiáng)學(xué)生的思維空間推理能力，讓學(xué)生慢慢的去適應(yīng)虛擬現(xiàn)實，獨立自主的去思考，提升學(xué)生愛學(xué)習(xí)的能力，通過VR與未來實現(xiàn)互動，有效學(xué)習(xí)，豐富知識構(gòu)建，提升科學(xué)素養(yǎng)，讓物理學(xué)不再枯燥，讓每一個孩子能喜歡使用VR獲取知識。

參考文獻(xiàn)

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