劉厚波

實驗是物理學基本研究方法之一，既是學生理解概念和規(guī)律的基礎(chǔ)，又是培養(yǎng)學生思維能力、實驗?zāi)芰暗赖滤仞B(yǎng)、科學素養(yǎng)的重要途徑。然而真實實驗仍有不盡如人意的地方，受到教學空間、時間或現(xiàn)實條件的限制，實驗的觀察和操作有時無法達到教學要求。如：物理現(xiàn)象微弱，可見度小，呈現(xiàn)時間不足，現(xiàn)象稍縱即逝；微觀、宇觀現(xiàn)象根本無法進行實驗；學生實驗因操作不當損壞器材甚至造成不安全事故等。虛擬實驗就是在這樣的背景下應(yīng)運而生的。虛擬實驗是指利用多媒體軟件模擬真實物理環(huán)境，展現(xiàn)似真實的實驗裝置及實驗現(xiàn)象的一種方法，它是信息技術(shù)與實驗整合的產(chǎn)物。它可以將真實現(xiàn)象通過多種方式展示給學生，彌補了真實實驗的不足，增強了學生的感性認識。

虛擬實驗在物理教學中有著非常重要的作用。

1 激發(fā)興趣，調(diào)動學生學習的積極性和主動性

將學生不易看到或根本無法看到的現(xiàn)象通過虛擬實驗動態(tài)地展示出來，給學生帶來視覺上的沖擊，情感上的感染，展示物理世界的神奇與奧妙，同時又激發(fā)了學生的好奇心和求知欲，調(diào)動了學生學習的積極性和主動性。如講“原子結(jié)構(gòu)”時，播放虛擬實驗，讓學生看到粒子是怎樣穿過原子的，從而激發(fā)興趣展開想象，主動探求原子結(jié)構(gòu)的奧秘。

2 有利于培養(yǎng)學生的各種能力

2.1 培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力

虛擬實驗可將運動過程縮短或變化的瞬間延時，再現(xiàn)物理過程，有利于幫助學生觀察現(xiàn)象，分析歸納，抽象概括出物理概念或規(guī)律，從而培養(yǎng)學生分析問題的能力。如在“簡諧運動”教學中，通過Flash動畫展示彈簧振子的運動過程，為學生分析現(xiàn)象、探究規(guī)律創(chuàng)造有利條件：一方面可整體把握運動特征（周期往復性）；另一方面可以通過暫停鍵控制其動態(tài)變化，設(shè)計箭頭，幫助學生分析振子運動過程中物理量的大小、方向變化趨勢，通過協(xié)商、交流、討論、歸納，總結(jié)振動規(guī)律。

2.2 培養(yǎng)空間想象能力，加深對知識的理解

有很多物理現(xiàn)象抽象、不直觀，無形中增加了學生理解知識的難度，通過虛擬實驗課有效解決這些問題。如電場線、磁感線的描繪，可將靜態(tài)描述動態(tài)化、平面圖形立體化。設(shè)計三維立體動畫，讓學生看到不同方位場線走向如何，疏密怎樣，幫助學生構(gòu)建立體場線圖景，加深理解場線的空間分布規(guī)律，再完成從形象到抽象的轉(zhuǎn)化。

2.3 有利于學生實驗技能的提高

物理實驗中有關(guān)儀器操作規(guī)范、方法、讀數(shù)等知識，用實驗會帶來很多問題，如重復操作浪費材料，不當操作損壞儀器，有些高危險性實驗不易操作或演示（如短路實驗等）。這些問題對學生實驗技能的提高帶來了不良影響，而且還不能及時反饋、校正錯誤。用虛擬實驗可以給學生創(chuàng)設(shè)逼真的實驗環(huán)境，有效克服上述弊端，為學生實驗技能的提高，提供了平臺。如“游標卡尺螺旋測微器的使用”的教學，課前制作課件，界面分為結(jié)構(gòu)、原理、分度值、練習、測試等幾個欄目，然后將課件發(fā)表到校園網(wǎng)上。上課時，先讓學生通過課件了解兩尺結(jié)構(gòu)，弄懂原理及讀數(shù)方法，進行自主學習、練習操作及讀數(shù)。學生通過”練習”欄目設(shè)定的反饋程序及時了解操作、讀數(shù)是否正確，再通過“測試”欄目的測試可隨時了解自己掌握的程度。如果操作或讀數(shù)錯誤，可通過同學間的協(xié)作交流共同解決，教師也可以隨時給予幫助。最后由教師小結(jié)，強調(diào)使用方法。有了這樣的仿真訓練，學生的操作及讀數(shù)技能有了很大的提高，在以后的實驗中再用實物操作、讀數(shù)，會收到事半功倍的效果。

3 加大課堂容量，提高課堂效率

物理習題教學是培養(yǎng)學生解決實際問題的重要環(huán)節(jié)。在習題課中，由計算機展示問題途徑，通過動態(tài)模擬問題情景中包含的物理過程及物理模型，幫助學生建立正確的物理圖景，抓住問題核心，理解解題思路，這樣可以大大提高習題課教學效率。如“動量守恒定律”設(shè)計中，充分發(fā)揮多媒體運用于教學的優(yōu)勢，與傳統(tǒng)板書相比較，它能夠演示連續(xù)的物理過程，使習題問題形象化；與純粹的實驗教學相比，能使運動過程便于觀察、分析，快速地使運動過程重復實現(xiàn)，更有助于分析過程、理解知識、培養(yǎng)能力。

盡管虛擬實驗在物理教學中有非常重要的作用，但可信度低，它僅僅適用于彌補真實實驗的不足。所以要應(yīng)用得當，不可濫用，不能用虛擬實驗代替真實實驗。宏觀物理現(xiàn)象要堅持實物演示，給學生提供真實的感性材料?？茖W研究必須尊重事實，以事實為基礎(chǔ)。只有將真實實驗與虛擬實驗有機結(jié)合，優(yōu)勢互補，才能使物理課堂豐富多彩，魅力無窮。

收稿日期：2016-09-20