趙德豐

隨著信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，大量的課件如雨后春筍般涌現(xiàn)出來(lái)。其中PPT課件由于制作相對(duì)容易，而非常廣泛地應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)。但PPT課件有很多缺點(diǎn)，比如學(xué)生在觀看幻燈片時(shí)似走馬觀花，不利于形成深刻印象，有教師認(rèn)為用這樣的課件還不如讓學(xué)生直接看教材。近幾年，虛擬仿真物理實(shí)驗(yàn)發(fā)展很快，比較具有代表性的是“nobook物理實(shí)驗(yàn)”和“吃掉物理實(shí)驗(yàn)”。“nobook物理實(shí)驗(yàn)”中的電學(xué)實(shí)驗(yàn)已比較完善，“吃掉物理實(shí)驗(yàn)”是一款三維立體的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，在力學(xué)實(shí)驗(yàn)方面做得很有特色。有了這樣好的虛擬實(shí)驗(yàn)工具，怎樣將其有效地應(yīng)用到初中物理教學(xué)中呢？筆者結(jié)合個(gè)人的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。虛擬物理實(shí)驗(yàn)具有生動(dòng)、直觀、形象等特點(diǎn)，有利于激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。除了課本上的探究實(shí)驗(yàn)之外，筆者還喜歡設(shè)計(jì)虛擬實(shí)驗(yàn)來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在“電磁繼電器”相關(guān)教學(xué)中，采用虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M電磁繼電器工作的原理，讓學(xué)生一目了然地觀察、理解和掌握，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的濃厚興趣，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)限次的練習(xí)，使學(xué)生把難以理解的知識(shí)進(jìn)一步弄懂、吃透。例如，在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，虛擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)鼠標(biāo)或白板操作就可輕松愉快地完成電路的連接，可以讓學(xué)生練習(xí)用單只電流表分別測(cè)干路電流和支路電流，練習(xí)改接導(dǎo)線等，直觀又高效。交互式的操作還可以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)物理的樂(lè)趣，讓學(xué)生更愿意做實(shí)驗(yàn)，更喜歡學(xué)物理。例如，在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，教師通過(guò)交互式的虛擬實(shí)驗(yàn)，一邊讓學(xué)生親自操作，一邊交流實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生迅速地明確了實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)探究效果好。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)比，虛擬實(shí)驗(yàn)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。物理是一門(mén)注重學(xué)生科學(xué)探究的自然科學(xué)，演示實(shí)驗(yàn)是初中物理教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。由于一些實(shí)驗(yàn)器材缺乏或?qū)嶒?yàn)具有危險(xiǎn)性，亦或無(wú)法達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果等客觀原因，有些實(shí)驗(yàn)無(wú)法讓學(xué)生親自操作、親身體驗(yàn)。例如，“推斷物體不受力時(shí)的運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)，由“阻力越小，小車(chē)前進(jìn)得越遠(yuǎn)”，推理得出“假設(shè)阻力為零，小車(chē)將已恒定不變的速度永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去”的結(jié)論。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無(wú)法達(dá)到理想效果，如果用三維虛擬實(shí)驗(yàn)便可以演示小車(chē)不受力時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的想象能力。再比如，“研究定滑輪和動(dòng)滑輪的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)，實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)因?yàn)橛欣K重和摩擦力以及動(dòng)滑輪重的影響，無(wú)法創(chuàng)造無(wú)摩擦的理想實(shí)驗(yàn)條件。而利用虛擬實(shí)驗(yàn)工具則可以從實(shí)際情況一直演示到理想狀況，使學(xué)生對(duì)理想實(shí)驗(yàn)的感受更加深刻。再比如，對(duì)于無(wú)法在現(xiàn)實(shí)中演示的“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（核裂變）”“核聚變”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生充滿好奇，對(duì)其真相都想一探究竟，利用信息技術(shù)虛擬這些實(shí)驗(yàn)，可以增強(qiáng)學(xué)生的直觀感受和體會(huì)，使學(xué)生加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。

傳統(tǒng)的電學(xué)分組實(shí)驗(yàn)有許多優(yōu)點(diǎn)，也存在一些不足。學(xué)生不僅要嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)操作章程，遵守實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度，也會(huì)面臨接觸高壓電的危險(xiǎn)，受場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)器材的限制，做實(shí)驗(yàn)次數(shù)和實(shí)踐都會(huì)受限，而電學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)軟件不受場(chǎng)地的限制，可實(shí)現(xiàn)多終端（平板、電腦、手機(jī)）運(yùn)行，學(xué)生通過(guò)游戲的手段即可完成對(duì)實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)。產(chǎn)生錯(cuò)誤操作時(shí)，例如將電流表直接接在電源的兩極上，電流表和電源均會(huì)被燒壞，虛擬實(shí)驗(yàn)可以將“毀表毀源實(shí)在慘”的情景發(fā)揮到極致，不僅顯示燒壞了，并且通過(guò)聲效增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的趣味性，使學(xué)生身臨其境，提高探究的熱情。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生在連接電路時(shí)需要接線、擰螺絲，“浪費(fèi)”了大量時(shí)間。虛擬實(shí)驗(yàn)不僅可以節(jié)省這部分時(shí)間，充分顯示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，而且還可以直觀地顯示電流的路徑，實(shí)現(xiàn)電路元件的任意移動(dòng)。教師可演示“將某電路元件移動(dòng)到恰當(dāng)位置”，以便使學(xué)生更加直觀地觀察電路的結(jié)構(gòu)，軟件甚至可自動(dòng)畫(huà)出電路圖，尤其在顯示電流路徑方面的功能是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無(wú)法達(dá)到的。虛擬實(shí)驗(yàn)在趣味性和實(shí)驗(yàn)效果等方面大大優(yōu)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，但是在實(shí)際教學(xué)中仍不能完全替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，教師在應(yīng)用過(guò)程中一定要結(jié)合教學(xué)實(shí)際，把握好時(shí)機(jī)和度，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)應(yīng)用。

通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)提高課堂效率。一堂初中物理課只有45分鐘，教師想在有限的時(shí)間內(nèi)將科學(xué)家經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)時(shí)間研究出來(lái)的科學(xué)成果呈現(xiàn)給學(xué)生，并讓學(xué)生理解和掌握甚至能夠應(yīng)用于實(shí)際，無(wú)疑是一件非常難的事情，若想將抽象的知識(shí)形象化，將復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單化，可以借助虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，不僅可以大大縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，還能讓高效課堂成為現(xiàn)實(shí)。

筆者在進(jìn)行“動(dòng)滑輪和定滑輪”相關(guān)教學(xué)時(shí)，在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析過(guò)程中應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)，不僅能顯示出力臂的大小，而且還增加了對(duì)理想滑輪的分析，高效地實(shí)現(xiàn)了與教材的吻合。在進(jìn)行“杠桿”相關(guān)教學(xué)時(shí)，學(xué)生在“探究影響杠桿的平衡因素”時(shí)很難從力的作用點(diǎn)和力的方向聯(lián)想到力臂，傳統(tǒng)教學(xué)中在黑板上畫(huà)力臂效率太低，此時(shí)筆者通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)顯示力臂的大小是如何影響杠桿的平衡的，使學(xué)生眼前一亮，當(dāng)事實(shí)的真相呈現(xiàn)在學(xué)生面前時(shí)，發(fā)現(xiàn)和總結(jié)規(guī)律就變得非常容易了。在進(jìn)行“液體壓強(qiáng)”相關(guān)教學(xué)時(shí)，通過(guò)交互式的互動(dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生置身于實(shí)驗(yàn)情景中，師生共同討論實(shí)驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)微小壓強(qiáng)計(jì)的探頭在同種液體里的不同深度，觀察U形管兩邊液面的高度差，在同一深度360度改變探頭的朝向，再次觀察U形管兩邊液面的高度差，實(shí)驗(yàn)過(guò)程清晰，同時(shí)又將各個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比，清晰地觀察到了異同。在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，“凸透鏡焦距的變化”是一個(gè)難點(diǎn)，虛擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)將凸透鏡變厚、再變薄來(lái)改變焦距，通過(guò)動(dòng)態(tài)演示焦距改變后的光路圖，使學(xué)生一目了然。

通過(guò)以上案例不難看出虛擬實(shí)驗(yàn)的優(yōu)越性，虛擬試驗(yàn)全面而快速地展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，使學(xué)生較容易地通過(guò)觀察到的現(xiàn)象得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，從而優(yōu)化了教學(xué)環(huán)節(jié)，提高了課堂效率。

編輯/王一鳴 E-mail：51213148@qq.com