基于虛擬實驗類教學資源支持物理信息化教學研究

摘 要 分析總結虛擬實驗類教學資源的特點及其支持初中物理實驗教學的優點和局限，正確處理真實實驗和虛擬實驗之間的關系，為企業設計、開發虛擬實驗類教學資源提供理論依據。

關鍵詞 虛擬實驗；實驗教學；教學資源；科學素養

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）07-0067-02

1 引言

信息技術的發展一日千里，技術自身以及應用方式都在日新月異地發生變化。在教育中，信息技術與教育教學的融合程度在不斷深入，信息技術帶給課堂教學的不僅僅是信息傳遞方式的變化，而是更深層次的教學模式的變化，這種變化在創新應用信息技術的過程中不斷地發展。

初中物理課程是一門注重實驗的自然科學基礎課程，強調以科學探究的學習方式提高學生的科學素養。實驗教學是初中物理教學的重要組成部分，是培養學生科學探究能力和動手實踐能力的重要途徑。教育部在2011年發布的《義務教育物理課程標準（2011年版）》[1]中將初中物理課程中所涉及的物理實驗分為學生實驗和演示實驗兩種。教師在教學過程中，利用虛擬實驗類教學資源所創建的虛擬仿真實驗環境，可以破解在傳統實驗教學過程中的一些難題，增強實驗教學效果，但同時也具有一定的局限性。

本文通過對虛擬實驗類教學資源的定義及其特點、利用虛擬實驗類教學資源支持初中物理教學的優點和局限性的分析，可以全面認識虛擬實驗類教學資源，利于教師正確處理真實實驗和虛擬實驗之間的關系，也可以為虛擬實驗類教學資源的設計、開發和利用提供支持。

2 虛擬實驗類教學資源的定義及特點

虛擬實驗類教學資源是指可以進行虛擬實驗操作的一類信息化教學資源。與其他信息化教學資源相比，虛擬實驗類教學資源具有虛擬性、實踐性、靈活性等特點[2]。

虛擬性特點 虛擬實驗類教學資源是通過計算機程序模擬真實的實驗環境中的實驗儀器和實驗設備，令使用者產生在真實實驗操作過程中的沉浸感。虛擬性是虛擬實驗類教學資源所具有的最重要的特點，也是其區別其他信息化教學資源的根本特點，令虛擬實驗類教學資源具有比擬真實實驗環境的仿真環境，也使得虛擬實驗類教學資源具有一些優勢，如節約資金、安全可靠、仿真環境、節省實驗空間、改善實驗條件等。

實踐性特點 利用虛擬實驗類教學資源所創建的虛擬仿真實驗環境，雖然與真實實驗環境的操作有所不同，但也可以觀察完整的實驗過程，提升使用者對實驗過程的認知，促進對實驗知識的理解，提高對實驗過程中產生的實驗數據進行分析的能力，提高實驗操作技能。

靈活性特點 在虛擬仿真實驗環境中，教師或學生可以隨時根據實驗設計對實驗環境、實驗儀器等實驗條件進行調整，通過觀察實驗過程中的變化，豐富感性認識，便于使用者對實驗假設和實驗數據進行分析。

3 虛擬實驗類教學資源支持初中物理實驗教學的優點

利用虛擬實驗類教學資源支持初中物理實驗教學是信息技術與教育教學深度融合的具體體現，也是實驗教學發展的必然趨勢。利用虛擬實驗類教學資源支持初中物理實驗教學的優點包括以下幾點。

簡化實驗準備工作 在真實實驗環境中，一個實驗的儀器藥品準備工作往往十分煩瑣，如果是大規模的學生實驗，往往又受到場地的大小、設備的多少等客觀條件的影響。利用虛擬實驗類教學資源，只要利用優盤或者網盤將資源下載拷貝到教室中的計算機上即可，準備工作簡化為將虛擬實驗類教學資源上傳到網盤或者拷貝到優盤中，大大節約了時間和精力。

提升實驗的可見度 真實環境中的物理實驗需要在實驗臺上完成，實驗過程和實驗現象需要近距離才能清晰地觀察，坐在教室后排的學生往往不能清晰完整地觀看到實驗現象和過程。如果教師利用虛擬實驗類教學資源進行實驗演示，實驗過程和實驗現象可以通過投影、電子白板或觸控電視清晰地展示給班級中的全體學生，從而提升實驗的可見度，顯著增強實驗教學效果。

簡化實驗操作 在傳統實驗環境中，如果某個實驗所需要的實驗儀器很多，并且操作過程很復雜，教師或學生就需要花費很多的精力和時間對實驗儀器進行組裝或者對實驗進行改造，會浪費課堂教學時間。在利用虛擬實驗類教學資源所創建的虛擬仿真實驗環境中，實驗操作過程簡化，復雜度大大降低，教師或學生能快速地完成操作。

拓展實驗范圍 某些物理實驗由于客觀條件限制，無法在教學中直接進行演示，而且學生也很難了解這些知識，導致教師無法通過語言表述將該實驗講解清楚，如液壓機、船閘等大型機械裝置和設備的工作過程。在利用虛擬實驗類教學資源所創建的虛擬仿真實驗環境中，可以拓展實驗范圍，具體包括兩方面：

1）對現實中存在的，由于主客觀條件限制無法或難以進行的實驗進行研究，如上面所說的液壓機、船閘等；

2）對歷史上曾經出現過，由于時過境遷已經不存在的對象進行模擬再現，可以提高學生對該事物的認識。

提升實驗的靈活性 教師或學生在利用虛擬實驗類教學資源創設的虛擬仿真環境中進行實驗操作時，可以根據實驗設計需要，隨時改變實驗條件觀察實驗結果，有利于豐富學生對實驗的感性認識，增強學生對實驗原理的理解。學生在進行實驗操作的過程中，可以不依據一種假設或理論，而且最終得出的實驗結果可以為一種理論或假設提供數據支持，這種探究方式可以極大地增強學生學習物理的興趣。

提高學生的科學探究能力和實驗操作技能 虛擬實驗類教學資源創造的實驗環境與真實實驗環境中的實驗儀器設備是相同的，學生可以進行實驗探究活動。在科學探究過程中，學生可以驗證實驗假設或猜想，觀察實驗現象，記錄實驗數據，分析實驗結果，提升科學素養。學生在虛擬實驗過程中的操作，既可以加深對實驗儀器、操作的了解，也可以提升對實驗過程的認識，提高實驗操作技能。

4 虛擬實驗類教學資源支持初中物理實驗教學的局限性

虛擬實驗類教學資源在支持初中物理實驗教學過程中雖然具有諸多優點，但也存在明顯的局限性，這種局限性體現在虛擬實驗無法替代真實實驗上。

無法探索未知的知識 實驗對于物理來說不是簡單地驗證已有的理論，更重要的意義在于探索未知的知識。真實的實驗需要在嚴格的實驗條件下才能產生預設或未知的實驗結果，而實驗條件的輕微變化往往會導致另一種實驗結果。虛擬實驗類教學資源創設的實驗環境均是依據已有的成熟的理論，利用計算機程序模擬的真實實驗過程，無法對未知的知識進行探索。

無法快速提高學生對真實實驗儀器設備操作的水平 利用虛擬實驗類教學資源所創建的虛擬仿真實驗環境，雖然可以提高學生對實驗過程和儀器設備的感知和對實驗知識的理解，但畢竟不是真實操作實驗儀器設備，限制了動手操作能力的培養。真實實驗環境具有一定的復雜性，而虛擬實驗大大簡化了這種復雜性，學生在沒有接觸過實驗儀器設備的情況下，雖然知道標準的操作要求，但仍不能在真實環境中完成標準操作，類似“站在岸上學游泳”，無法快速提高學生對真實實驗儀器設備操作的水平。

5 總結

虛擬實驗類教學資源具有簡化實驗準備工作、提升實驗可見度、簡化實驗操作、拓展實驗范圍、提升實驗靈活性、提高學生科學探究能力和實驗操作技能等優點，也具有無法探索未知知識、無法快速提高學生對真實實驗儀器設備操作水平的局限性。充分了解虛擬實驗類教學資源的優點和局限，可以全面、客觀地認識虛擬實驗類教學資源。教師應該正確處理真實實驗和虛擬實驗之間的關系，科學利用虛擬實驗類教學資源，不斷探索實驗教學的新模式，提高初中物理實驗教學水平。■

參考文獻

[1]教育部.義務教育物理課程標準（2011年版）[S/OL].[2016-10-07].http：//www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s8001/201404/167340.html.

[2]梁凱華.教師“整合”適應性專長及其發展研究[D].長春：東北師范大學，2013.

作者：趙美榮，鄂爾多斯市電化教育館教研員，中學高級教師，長期從事中小學實驗教學指導、培訓工作，研究方向為中小學理化生科學實驗教學管理、培訓、考試、教研等（017010）。

10.3969/j.issn.1671-489X.2017.07.069