結(jié)合虛擬實(shí)驗(yàn)優(yōu)化初中物理教學(xué)

趙丹丹

【摘 要】隨著多媒體技術(shù)與信息技術(shù)的快速發(fā)展，以動(dòng)畫制作軟件等構(gòu)成的虛擬實(shí)驗(yàn)演示課件為學(xué)生學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)提供了一個(gè)新的路徑，在輔助學(xué)生理解物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)。本文基于初中物理教學(xué)，重點(diǎn)就如何利用虛擬實(shí)驗(yàn)優(yōu)化教學(xué)進(jìn)行了重點(diǎn)探討，旨在為虛擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中應(yīng)用的相關(guān)研究與應(yīng)用提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】初中;物理;虛擬實(shí)驗(yàn);應(yīng)用對(duì)策

實(shí)驗(yàn)作為初中物理教學(xué)的重要組成部分，是夯實(shí)學(xué)生物理知識(shí)功底，提升他們實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作能力的重要保障。但是在當(dāng)下的實(shí)際物理教學(xué)中，許多教師常常沒有時(shí)間帶領(lǐng)學(xué)生親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，影響了學(xué)生的理解效果。而虛擬實(shí)驗(yàn)的誕生與應(yīng)用，則可以有效地解決上述初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，在提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性方面具有重要的作用，強(qiáng)化虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的專項(xiàng)研討意義重大。

1.巧用虛擬實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)入教學(xué)新知

初中物理是學(xué)生首次接觸物理知識(shí)的階段，這個(gè)時(shí)期的物理知識(shí)學(xué)習(xí)效果會(huì)對(duì)他們的物理思維模式以及核心素養(yǎng)形成產(chǎn)生直接影響，加強(qiáng)該階段的教學(xué)指導(dǎo)是各項(xiàng)物理教學(xué)工作的重中之重。在初中生的現(xiàn)實(shí)生活中，處處存在著有關(guān)物理的現(xiàn)象，但是也有一些初中生不常遇到的物理知識(shí)或現(xiàn)象，尤其是對(duì)那些抽象性與繁雜性比較強(qiáng)的物理公式或?qū)嶒?yàn)結(jié)果，學(xué)生理解起來比較困難，容易降低學(xué)生學(xué)習(xí)的效率與興趣。如果初中生采取死記硬背的記憶方式，那么學(xué)習(xí)效率低，也無法有效發(fā)展他們的物理核心素養(yǎng)。特別是在新課標(biāo)下，初中生是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體，此時(shí)教師必須要更加積極主動(dòng)地去引導(dǎo)學(xué)生，使他們可以自主獲取與體驗(yàn)物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)形成的過程，最終使他們?cè)谡莆瘴锢韺?shí)驗(yàn)知識(shí)與技能的同時(shí)，不斷提升自身的學(xué)習(xí)效果。然而，由于初中生的物理知識(shí)和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)積累度不足，在面對(duì)新學(xué)習(xí)的物理定義與公式的過程中常常會(huì)陷入學(xué)習(xí)瓶頸，不理解它們真實(shí)的含義與作用。而此時(shí)如果教師可以靈活地運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)來優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)新知導(dǎo)入教學(xué)環(huán)節(jié)，那么可以顯著提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)效果。

例如，在學(xué)習(xí)“串并聯(lián)電路”部分知識(shí)期間，許多初中生可能由于初步接觸該抽象性比較強(qiáng)的電學(xué)物理知識(shí)而陷入學(xué)習(xí)瓶頸，不理解這些串并聯(lián)知識(shí)的真實(shí)含義與作用，尤其是在遇到后續(xù)復(fù)雜的電路后更加不知道該如何做。針對(duì)這部分物理新知識(shí)的導(dǎo)入，物理教師可以先為學(xué)生提供圖1所示的電路圖，并詢問學(xué)生：“在圖1的電路圖中，點(diǎn)A、點(diǎn)B和點(diǎn)C三處的電流具有何種關(guān)系？”。在該探究性實(shí)驗(yàn)問題的啟發(fā)下，可以引導(dǎo)學(xué)生自主思考和大膽假設(shè)。然后教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用虛擬實(shí)驗(yàn)的相關(guān)軟件自主去設(shè)計(jì)電路，通過閉合電路開關(guān)去驗(yàn)證自己剛才的想法。由此可知，通過有效地運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)，可以有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能動(dòng)性，有利于深化他們對(duì)串聯(lián)電路性質(zhì)的理解與認(rèn)識(shí)，更為重要的是可以有效地鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)操作能力，發(fā)展他們的物理核心素養(yǎng)，這是其他教學(xué)模式所無法比擬的巨大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，大大提升了物理新知的導(dǎo)入效果。

2.巧用虛擬實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

相較于課堂真實(shí)演示實(shí)驗(yàn)或?qū)嶋H的實(shí)驗(yàn)操作而言，虛擬實(shí)驗(yàn)的一大優(yōu)勢(shì)就是實(shí)驗(yàn)器材豐富，并且學(xué)生可以隨意使用，并且不需要擔(dān)心自己實(shí)驗(yàn)操作步驟或原理錯(cuò)誤而損壞實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備，或者因?yàn)閷?shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤而誘發(fā)實(shí)驗(yàn)安全事故，并且虛擬實(shí)驗(yàn)的便捷性操作也可以有效地滿足初中生學(xué)習(xí)物理知識(shí)過程中的好奇心、探索欲與求知欲，非常有利于激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。因此，在開展初中物理教學(xué)過程中，教師可以結(jié)合物理教學(xué)的具體內(nèi)容，靈活地運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)輔助學(xué)生理解物理知識(shí)，這樣可以顯著提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果。但是在引導(dǎo)學(xué)生使用各種仿真實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，教師要首先為他們講解一些使用仿真實(shí)驗(yàn)軟件的基本操作要領(lǐng)和注意事項(xiàng)，提高他們應(yīng)用這些軟件的能力。此外，為了可以提升虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的效果，教師還需要使全體學(xué)生意識(shí)到實(shí)驗(yàn)操作的具體目標(biāo)，使他們可以通過虛擬實(shí)驗(yàn)操作而有所得。比如針對(duì)光學(xué)等涉及到比較多物理概念等知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容，物理教師都可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的興趣，同時(shí)也可以以此輔助學(xué)生理解與掌握所學(xué)物理知識(shí)，提升了物理知識(shí)教學(xué)的整體效果。

例如，在學(xué)習(xí)“平面鏡成像”部分光學(xué)物理知識(shí)期間，由于涉及到比較多的物理知識(shí)點(diǎn)，它們之間的聯(lián)系性比較強(qiáng)，所以增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。針對(duì)這種情況，物理教師可以利用虛擬實(shí)驗(yàn)的靈活運(yùn)用，幫助學(xué)生探究物體在平面鏡中成像位置與大小等之間的關(guān)系，利用生動(dòng)、直觀、形象的物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果幫助學(xué)生深刻地理解與掌握必要的物理知識(shí)。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作中，教師可以引導(dǎo)和鼓勵(lì)初中生自主動(dòng)手設(shè)計(jì)驗(yàn)證性物理實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證自己的假設(shè)與猜想，借助這種虛擬的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)幫助學(xué)生可以牢固地掌握必要的物理知識(shí)點(diǎn)。比如，在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作方案設(shè)計(jì)期間，教師可以指導(dǎo)他們選擇一塊平面玻璃，并在其前方位置處放置一只點(diǎn)燃的蠟燭，這時(shí)候蠟燭會(huì)在玻璃中呈現(xiàn)出一個(gè)圖像。然后教師可以指導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手前后移動(dòng)蠟燭，使蠟燭與鏡中的像可以保持完全重合，并相應(yīng)地對(duì)這兩個(gè)蠟燭的具體位置進(jìn)行記錄。通過反復(fù)開展該種虛擬實(shí)驗(yàn)操作，可以最終使學(xué)生得出必要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了他們的假設(shè)與猜想。如此一來，通過有效地利用虛擬實(shí)驗(yàn)，可以有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的興趣，同時(shí)利用虛擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證他們猜想與假設(shè)的過程中可以輔助他們理解復(fù)雜的物理知識(shí)，這對(duì)提升他們的學(xué)習(xí)效果會(huì)產(chǎn)生積極影響。

3.巧用虛擬實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化學(xué)生記憶

在當(dāng)下的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，許多學(xué)生在理解相關(guān)方面物理知識(shí)的時(shí)候可能會(huì)采取強(qiáng)制性背誦實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果的方式，這樣就失去了物理實(shí)驗(yàn)開展的真正意義，影響了學(xué)生學(xué)習(xí)效果，同時(shí)已經(jīng)記憶的物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)很快就會(huì)遺忘，記憶效果不佳。而如果可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以靈活地運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生通過自主操作得出必要的物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生全面記憶物理實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程，而不單單是物理實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果，否則會(huì)直接影響他們的學(xué)習(xí)效果。針對(duì)這種情況，物理教師在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)難度比較大的物理知識(shí)期間，可以引導(dǎo)他們結(jié)合自己以往親自參與的物理實(shí)驗(yàn)方面的知識(shí)，而不是僅僅利用相關(guān)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，否則會(huì)影響學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的效果。

例如，在學(xué)習(xí)“機(jī)械效率的影響因素”部分物理知識(shí)期間，物理教師可以引導(dǎo)學(xué)生自主利用虛擬實(shí)驗(yàn)的方式去理解與記憶物理實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。物理教師可以首先指導(dǎo)初中生運(yùn)用小木塊將一個(gè)木質(zhì)平板的一端墊高，以此形成一個(gè)具有一定角度的斜面。在這個(gè)斜面上依次地鋪設(shè)幾層不同粗糙程度的材料，之后保持斜面傾斜角度不變，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量拉著同一小木塊勻速上升的測(cè)值讀數(shù)。同理，教師可以指導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)保持斜面所用的材料保持不變，通過改變斜面的角度來相應(yīng)地讀出彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)。最后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合上述的虛擬試驗(yàn)結(jié)果去思考影響機(jī)械效率的因素，這樣可以深化學(xué)生對(duì)所學(xué)物理知識(shí)的理解，強(qiáng)化他們的記憶。

綜上所述，虛擬實(shí)驗(yàn)為初中生學(xué)習(xí)物理知識(shí)以及提升他們實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ峁┝艘粋€(gè)良好的媒介。在實(shí)際的教學(xué)中，物理教師可以靈活虛擬實(shí)驗(yàn)，將其應(yīng)用于導(dǎo)入物理新知，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和加強(qiáng)學(xué)生記憶等環(huán)節(jié)中，力求有效利用虛擬實(shí)驗(yàn)提升初中物理教學(xué)的質(zhì)量。

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（江蘇省南通市啟秀市北學(xué)校，江蘇 南通 226000）