虛擬現實技術在初中物理實驗教學中的應用

肖曉珍

【摘 要】現代科學技術的發展使虛擬現實技術的運用更加廣泛，作為第三種科學研究方法指引著其發展方向，在初中教學中的運用也從理論層面上升到實踐運用階段。虛擬現實技術在物理學科尤其在物理教學難點方面的運用取得了良好的效果。筆者結合虛擬現實技術的特征，探討了在物理實驗教學中構建虛擬實驗的重要性。

【關鍵詞】虛擬現實技術;虛擬實驗;物理實驗;初中;應用

初中物理課程的教學離不開實驗，實驗和理論是構成物理課程的兩大重要部分，在教授學生物質知識的同時，提高其實踐動手操作能力，實驗也是初中物理教學的重要手段。通過實驗，給學生創設物理知識的環境，提高學生學習物理課程的積極性，這也是中學物理新課改的要求。將虛擬現實技術運用到物理教學中可以擺脫實驗受到時間和空間的限制，解決學校實驗器材等問題。

一、虛擬現實技術在初中物理實驗中的重要性

通過搭建虛擬現實技術平臺能夠給初中生學習物理創建良好的環境，擺脫時間和空間的限制，在開放式的實驗環境，學生們可以自己選擇實驗要求，實驗主題選擇合適的儀器精心實驗，改變了傳統的教師灌輸式教學手段，最大程度發揮學生的潛力。

第一，節約成本。初中學校一般辦學規模比較小，資金有限，很多實驗器材更新緩慢，通過建立虛擬的實驗室，有效降低實驗室的投入，實驗器材的購買和使用，降低由于操作問題導致的器材損耗。第二，提高教學效果。學生利用好計算機就可以實現實驗效果，再短時間內做到預習、操作實驗、處理數據、分析結果等，例如，在光學實驗中，受到觀測精度的限制，如果器材調節不當很難得到理想效果。第三，提高實踐能力。通過虛擬現實技術，學生能夠根據需要改變實驗參數，實驗各種因素的影響。初中實驗很多都是驗證性的，缺乏創造性，運用虛擬實驗可以創造性地改變實驗過程，真正在短時間實踐自己的實驗，提高學生的創造性思維。

二、虛擬現實技術在物理實驗中的應用

1.在演示型實驗中的應用

演示型實驗是物理教師常用的手段，通過演示可以引起初中生的興趣，激發學生的探究興趣，但是演示型實驗在很大程度上受到實驗室的限制，對實驗環境要求比較高，例如，在演示光的反射時，一旦有條件不符合，那么實驗可能會失敗，影響物理知識的科學性，這時就可以運用虛擬現實技術，首先介紹光的基本概念，如，入射光線、反射光線等，然后建立光的反射設計模型，演示光的反射實驗，然后教師可以要求學生在虛擬的實驗平臺上通過移動鼠標改變入射角的大小再觀察光線的改變，這樣能夠引起學生主動探究的心理，對比入射角和反射角，得出結論，然后再有老師規范光的反射定理。

2.在探究型實驗中的應用

探究型實驗就是要求學生主動探究，總結實驗現象所對應的規律，能夠提高初中生的觀察力和探究力，但是在探究的過程中會受到各方面條件的影響，導致探究結果的不準確，計劃的實驗過程實施受阻。運用虛擬現實技術就會保證探究實驗的順利進行。例如，在教師的指導下，探究凸透鏡的成像的規律時，運用現實實驗，學生很難總結成像的規律，最后只能死記硬背，運用虛擬現實技術，教師可以演示物體由遠到近逐漸靠近凸透鏡的過程，學生通過觀察和呈現的想象總結成像的特征，提高學生創新的發散思維。然后，指導學生進行虛擬實驗，使用鼠標拖動物體，由遠及近，很容易操作，也便于觀察，在觀察的同時，做好成像的記錄，總結特點，最后由教師規范成像規律。

3.在操作型實驗中的應用

操作型實驗就是在教師的指導下，根據已經具備的知識進行連接、安裝和設計總結發現相應的規律。在實際的初中物理教學中，學生很少有機會真正進行操作，沒有實現新課改的目標。借助虛擬現實技術可以提高學生操作訓練的機會。例如，在研究電路短路的規律時，受到設備安全性的限制，學生基本不進行實際操作，這樣不利于學生解決生活中的實際問題。教師可以首先了解電路短路的情況，通過演示展現給學生，然后指導學生在虛擬的實驗平臺上建立用導線連接電源兩級的類似的閉合回路，通過拖動鼠標很容易實現，構成閉合電路，然后閉合開關，再觀察電路現象。單擊鼠標就能觀察電流表串聯到電路后閉合開關產生的現象。通過虛擬實驗，學生可以任意實驗自己的創造性想法，不會擔心安全問題。

總之，物理實驗的主要目的就是要求學生在掌握物理基本知識的基礎上提高實驗分析能力、動手操作能力及運用物理知識解決實際問題。借助虛擬現實技術，可以打破時間和空間的限制，幫助學生進行理想實驗，將物理學科的科學性及嚴謹性體現出來，培養學生的科學精神。

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