摘要：在初中物理教學(xué)中，常用的虛擬實(shí)驗(yàn)分析方法有利用動(dòng)畫制作軟件制作的虛擬實(shí)驗(yàn)演示課件、利用成套的虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件來(lái)演示仿真物理實(shí)驗(yàn)兩種。虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)際實(shí)驗(yàn)各有優(yōu)勢(shì)，在運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程的分析，突出學(xué)生的自主地位，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。在運(yùn)用虛擬物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要注意虛擬實(shí)驗(yàn)不利于直接經(jīng)驗(yàn)的獲得、也不能代替實(shí)際操作。

關(guān)鍵詞：初中物理;虛擬;實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G633.7? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?文章編號(hào)：1992-7711（2018）10-0065

隨著信息技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用與推廣，關(guān)于運(yùn)用物理虛擬實(shí)驗(yàn)的研究日益豐富，現(xiàn)在已經(jīng)形成了較為成熟的應(yīng)用理論和實(shí)踐技巧。但是人們對(duì)如何運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)依舊存在分歧。如學(xué)生只做虛擬實(shí)驗(yàn)而不做實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能否準(zhǔn)確抓住物理實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)？虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裢瓿蓪W(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)？如何認(rèn)識(shí)虛擬實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性？在此，筆者就以初中物理虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用為話題，談?wù)勛约旱恼J(rèn)識(shí)。

一、初中物理虛擬實(shí)驗(yàn)的兩種類型

在初中物理教學(xué)中，常用的虛擬實(shí)驗(yàn)有以下兩種：

1. 利用動(dòng)畫制作軟件制作的虛擬實(shí)驗(yàn)演示課件

信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)整合的最基本形式就是動(dòng)畫演示，利用動(dòng)畫制作軟件來(lái)制作虛擬實(shí)驗(yàn)演示課件也是目前許多教師采用的方式和方法。在教學(xué)中，教師既可以利用現(xiàn)成的教學(xué)輔助軟件來(lái)演示動(dòng)畫，也可以利用Power Point、幾何畫板、Flash等軟件來(lái)將相關(guān)教學(xué)素材組織在一起。與實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)相比，這類虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)，更有助于學(xué)生形成定量的認(rèn)識(shí)。

盡管利用動(dòng)畫制作軟件制作的虛擬實(shí)驗(yàn)具有一定的動(dòng)態(tài)性，但是其演示結(jié)果并不是由物理計(jì)算得到的，都是由課件制作者預(yù)先設(shè)定好的，交互性較差，而且呈現(xiàn)模式較為固定，學(xué)生不能根據(jù)自己的意愿來(lái)進(jìn)行操作。

2. 利用成套的虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件來(lái)演示仿真物理實(shí)驗(yàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)室是利用計(jì)算機(jī)軟件編輯而成的、可視化的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生可以通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊來(lái)選擇實(shí)驗(yàn)儀器或設(shè)備，通過(guò)拖動(dòng)完成儀器設(shè)備的安放，然后點(diǎn)擊開始按鈕即可獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相接近的實(shí)驗(yàn)效果。成套的虛擬實(shí)驗(yàn)室軟件是虛擬仿真技術(shù)和物理專業(yè)理論知識(shí)相結(jié)合的產(chǎn)物，為師生提供了實(shí)驗(yàn)演示和操作的全過(guò)程，使初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革具備了新的途徑。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室為師生提供了全新的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，突破了時(shí)空局限性。但是，在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室中，所有的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備都是虛擬的，只能用來(lái)進(jìn)行預(yù)設(shè)的仿真實(shí)驗(yàn)，卻難以讓學(xué)生進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)研究。

二、虛擬實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式

虛擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)際實(shí)驗(yàn)各有優(yōu)勢(shì)，在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師應(yīng)強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程的分析部分，突出學(xué)生的自主地位，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

1. 虛擬物理實(shí)驗(yàn)的演示模式

運(yùn)用這一模式，教師應(yīng)熟練掌握多媒體課件的開發(fā)和應(yīng)用。一般而言，虛擬實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)事物的動(dòng)態(tài)化、微小現(xiàn)象的可視化、抽象知識(shí)的形象化。在做好實(shí)際實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，做好虛擬演示實(shí)驗(yàn)，將為學(xué)生由形象思維向抽象思維、由表象到內(nèi)涵的認(rèn)知提供便利。

其教學(xué)流程一般為：設(shè)疑激趣→演示實(shí)驗(yàn)→模擬實(shí)驗(yàn)→意義建構(gòu)→應(yīng)用創(chuàng)新。如在聲音傳播的實(shí)驗(yàn)中，可用抽氣機(jī)抽氣，人們聽到的聲音就會(huì)逐漸減弱。但是由于不可能實(shí)現(xiàn)絕對(duì)的真空，無(wú)法達(dá)到“真空不能傳播聲音"的效果。在講清實(shí)驗(yàn)的條件、過(guò)程，并做了真實(shí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)下，可以利用動(dòng)畫課件來(lái)演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生完成知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)。

需要注意的是，在利用課件演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，不應(yīng)只做演示播放，還應(yīng)該根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，做好師生活動(dòng)設(shè)計(jì)，以使課件演示實(shí)驗(yàn)變成認(rèn)知工具。

2. 虛擬實(shí)驗(yàn)自主探究模式

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室可為師生提供全方位、開放性的操作平臺(tái)。一方面，在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生完全不用考慮儀器的使用范圍，滿足學(xué)生的探求欲望;另一方面，虛擬實(shí)驗(yàn)室可為師生提供更多的探究和分析空間，讓學(xué)生可以像科學(xué)家一樣自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。

如，廣州市同實(shí)網(wǎng)絡(luò)科技有限公司的“同步實(shí)驗(yàn)室”網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)（網(wǎng)址為http：//www.312345.com），可為學(xué)生提供逼真的物理實(shí)驗(yàn)室，并利用人工智能技術(shù)，對(duì)彈簧受力情況、杠桿力臂變化、滑輪組合等進(jìn)行動(dòng)態(tài)識(shí)別，獲得逼真的實(shí)驗(yàn)效果，并且能呈現(xiàn)出受力分析示意圖。在這一軟件中，學(xué)生既可以做演示實(shí)驗(yàn)和分組實(shí)驗(yàn)，也可以做自主探究實(shí)驗(yàn)，達(dá)到鞏固所學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)和提高創(chuàng)新能力、探索精神的效果。

3. 學(xué)習(xí)包與主題學(xué)習(xí)網(wǎng)站模式

教師可以根據(jù)教學(xué)需要，以章節(jié)或單元為依據(jù)，把相關(guān)的課件、軟件、聲像等資源整理成為學(xué)習(xí)包或設(shè)計(jì)成主題學(xué)習(xí)網(wǎng)站，這樣，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)需求，瀏覽學(xué)習(xí)包中或主題學(xué)習(xí)網(wǎng)站上的學(xué)習(xí)資源，讓他們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)教室中展示其學(xué)習(xí)成果，其余學(xué)生還可以提出新方案、新做法。教師則組織和指導(dǎo)學(xué)生完成探究活動(dòng)，讓學(xué)生不斷受到啟發(fā)，從而使所學(xué)知識(shí)得到升華，思維變得更開闊。這種模式為學(xué)生開展自主分層學(xué)習(xí)提供了可行性，學(xué)生可以通過(guò)瀏覽學(xué)習(xí)包和主題學(xué)習(xí)網(wǎng)頁(yè)中的資源，根據(jù)自己的學(xué)習(xí)興趣和自己的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容，使每位學(xué)生都學(xué)有所得。

三、運(yùn)用虛擬物理實(shí)驗(yàn)需要注意的問(wèn)題

1. 虛擬實(shí)驗(yàn)不利于直接經(jīng)驗(yàn)獲得

物理概念是抽象的，是在物理實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中直接獲得的感性經(jīng)驗(yàn);同時(shí)，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作還要掌握物理實(shí)驗(yàn)技能，這些就是強(qiáng)調(diào)初中生學(xué)習(xí)物理時(shí)要親手做實(shí)驗(yàn)的原因。一般來(lái)說(shuō)，虛擬物理實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用情形有三種：一是學(xué)校不具備相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件;二是教材中提供的實(shí)驗(yàn)方案不能取得理想的實(shí)驗(yàn)效果;三是需要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展性的研究和分析。

如光的混合實(shí)驗(yàn)看似簡(jiǎn)單，但是想找到透明有色玻璃并不容易，而且白天做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，難以獲得理想的效果。如果利用虛擬實(shí)驗(yàn)，雖然可以收到較好的實(shí)驗(yàn)效果，卻不利于學(xué)生對(duì)光的混合原理的理解。對(duì)于這一實(shí)驗(yàn)，可采用如下做法：首先選擇與三原色接近的塑料薄膜來(lái)代替有色玻璃，其次利用LED聚光手電來(lái)代替普通光源，學(xué)生在上課時(shí)看完教師演示虛擬實(shí)驗(yàn)后，可以晚上回家自主做實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生提供親自動(dòng)手的機(jī)會(huì)。

2. 虛擬實(shí)驗(yàn)不能代替實(shí)際操作

物理實(shí)驗(yàn)的最終目標(biāo)是提高學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，并讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上掌握物理概念、建立物理模型、明晰物理規(guī)律。如前所述，虛擬實(shí)驗(yàn)無(wú)論如何也不能代替實(shí)際實(shí)驗(yàn)，否則學(xué)生將無(wú)法在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中形成感性經(jīng)驗(yàn)。相反，教師應(yīng)該讓學(xué)生以實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)形成的感性認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，經(jīng)歷抽象的分析過(guò)程，然后通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)獲得更加明顯的實(shí)驗(yàn)效果。初中生的抽象思維能力尚不成熟，完全依靠抽象思維來(lái)感知物理過(guò)程存在較大困難，而具有視聽交互功能的虛擬實(shí)驗(yàn)則會(huì)給予學(xué)生更多的信息，建立更加清晰的物理模型。

如學(xué)生新手操作凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)，可以形成感性認(rèn)識(shí)，但是卻難以從中抽象出物理規(guī)律;而在具有交互性的凸透鏡成像虛擬實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過(guò)拖動(dòng)鼠標(biāo)來(lái)改變蠟燭與透鏡之間的距離，軟件會(huì)直接顯示物距、像距和焦距之間的關(guān)系，更方便學(xué)生進(jìn)行拓展性實(shí)驗(yàn)。再如，人教版八年級(jí)物理教材下冊(cè)第44頁(yè)的實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生根據(jù)課本上的實(shí)驗(yàn)方案，讓紙自然下垂，而后從兩張紙中間由上向下吹氣，觀察兩張紙的運(yùn)動(dòng)情況，而后猜想兩張紙的運(yùn)動(dòng)與空氣流速的關(guān)系，形成感性認(rèn)識(shí);但是，該實(shí)驗(yàn)并不能直接反映出空氣流速與壓強(qiáng)之間的關(guān)系，無(wú)法在空氣流速大小、方向和壓強(qiáng)大小之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。這時(shí)，則可以利用Flash制作虛擬演示課件，讓學(xué)生通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)直接觀察氣體流動(dòng)方向的變化、速度大小的變化對(duì)紙張運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的不同影響，建立起液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的抽象物理模型。這樣，虛擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，相互補(bǔ)充，就會(huì)突破實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)的局限性，突破時(shí)空的限制，更便于學(xué)生觀察。

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作者簡(jiǎn)介：楊國(guó)雄（1968.7-）;籍貫廣東省茂名市;任教于廣東省茂名市電白區(qū)爵山中學(xué);大專學(xué)歷;中學(xué)物理一級(jí)教師。

（作者單位：廣東省茂名市電白區(qū)爵山中學(xué)? ?525425）