初中物理虛擬實驗應用分析

摘要：在初中物理教學中，常用的虛擬實驗分析方法有利用動畫制作軟件制作的虛擬實驗演示課件、利用成套的虛擬實驗室軟件來演示仿真物理實驗兩種。虛擬實驗和實際實驗各有優勢，在運用虛擬實驗時，應該強化實驗過程的分析，突出學生的自主地位，促進學生綜合素質的提高。在運用虛擬物理實驗時，需要注意虛擬實驗不利于直接經驗的獲得、也不能代替實際操作。

關鍵詞：初中物理;虛擬;實驗

中圖分類號：G633.7? ?文獻標識碼：A? ?文章編號：1992-7711（2018）10-0065

隨著信息技術在教學中的應用與推廣，關于運用物理虛擬實驗的研究日益豐富，現在已經形成了較為成熟的應用理論和實踐技巧。但是人們對如何運用虛擬實驗依舊存在分歧。如學生只做虛擬實驗而不做實際物理實驗，學生能否準確抓住物理實驗的本質？虛擬實驗能否完成學生動手能力的培養？如何認識虛擬實驗的科學性？在此，筆者就以初中物理虛擬實驗的應用為話題，談談自己的認識。

一、初中物理虛擬實驗的兩種類型

在初中物理教學中，常用的虛擬實驗有以下兩種：

1. 利用動畫制作軟件制作的虛擬實驗演示課件

信息技術與學科教學整合的最基本形式就是動畫演示，利用動畫制作軟件來制作虛擬實驗演示課件也是目前許多教師采用的方式和方法。在教學中，教師既可以利用現成的教學輔助軟件來演示動畫，也可以利用Power Point、幾何畫板、Flash等軟件來將相關教學素材組織在一起。與實際物理實驗相比，這類虛擬實驗實現了實驗過程的動態呈現，更有助于學生形成定量的認識。

盡管利用動畫制作軟件制作的虛擬實驗具有一定的動態性，但是其演示結果并不是由物理計算得到的，都是由課件制作者預先設定好的，交互性較差，而且呈現模式較為固定，學生不能根據自己的意愿來進行操作。

2. 利用成套的虛擬實驗室軟件來演示仿真物理實驗

虛擬實驗室是利用計算機軟件編輯而成的、可視化的實驗操作環境。在虛擬實驗室中，學生可以通過鼠標點擊來選擇實驗儀器或設備，通過拖動完成儀器設備的安放，然后點擊開始按鈕即可獲得與真實實驗相接近的實驗效果。成套的虛擬實驗室軟件是虛擬仿真技術和物理專業理論知識相結合的產物，為師生提供了實驗演示和操作的全過程，使初中物理實驗教學改革具備了新的途徑。

虛擬仿真實驗室為師生提供了全新的實驗環境，突破了時空局限性。但是，在虛擬仿真實驗室中，所有的實驗儀器和設備都是虛擬的，只能用來進行預設的仿真實驗，卻難以讓學生進行探究性實驗研究。

二、虛擬實驗的教學模式

虛擬實驗和實際實驗各有優勢，在進行虛擬實驗時，教師應強化實驗過程的分析部分，突出學生的自主地位，促進學生綜合素質的提高。

1. 虛擬物理實驗的演示模式

運用這一模式，教師應熟練掌握多媒體課件的開發和應用。一般而言，虛擬實驗可以實現靜態事物的動態化、微小現象的可視化、抽象知識的形象化。在做好實際實驗的基礎上，做好虛擬演示實驗，將為學生由形象思維向抽象思維、由表象到內涵的認知提供便利。

其教學流程一般為：設疑激趣→演示實驗→模擬實驗→意義建構→應用創新。如在聲音傳播的實驗中，可用抽氣機抽氣，人們聽到的聲音就會逐漸減弱。但是由于不可能實現絕對的真空，無法達到“真空不能傳播聲音"的效果。在講清實驗的條件、過程，并做了真實實驗的基礎下，可以利用動畫課件來演示實驗，使學生完成知識的主動建構。

需要注意的是，在利用課件演示實驗時，不應只做演示播放，還應該根據教學目標，做好師生活動設計，以使課件演示實驗變成認知工具。

2. 虛擬實驗自主探究模式

虛擬仿真實驗室可為師生提供全方位、開放性的操作平臺。一方面，在虛擬實驗室中，學生完全不用考慮儀器的使用范圍，滿足學生的探求欲望;另一方面，虛擬實驗室可為師生提供更多的探究和分析空間，讓學生可以像科學家一樣自主發現問題、提出問題、分析問題和解決問題。

如，廣州市同實網絡科技有限公司的“同步實驗室”網絡平臺（網址為http：//www.312345.com），可為學生提供逼真的物理實驗室，并利用人工智能技術，對彈簧受力情況、杠桿力臂變化、滑輪組合等進行動態識別，獲得逼真的實驗效果，并且能呈現出受力分析示意圖。在這一軟件中，學生既可以做演示實驗和分組實驗，也可以做自主探究實驗，達到鞏固所學知識、培養和提高創新能力、探索精神的效果。

3. 學習包與主題學習網站模式

教師可以根據教學需要，以章節或單元為依據，把相關的課件、軟件、聲像等資源整理成為學習包或設計成主題學習網站，這樣，學生可以根據自己的學習需求，瀏覽學習包中或主題學習網站上的學習資源，讓他們在網絡教室中展示其學習成果，其余學生還可以提出新方案、新做法。教師則組織和指導學生完成探究活動，讓學生不斷受到啟發，從而使所學知識得到升華，思維變得更開闊。這種模式為學生開展自主分層學習提供了可行性，學生可以通過瀏覽學習包和主題學習網頁中的資源，根據自己的學習興趣和自己的學習基礎調整學習內容，使每位學生都學有所得。

三、運用虛擬物理實驗需要注意的問題

1. 虛擬實驗不利于直接經驗獲得

物理概念是抽象的，是在物理實驗操作過程中直接獲得的感性經驗;同時，學生通過實驗操作還要掌握物理實驗技能，這些就是強調初中生學習物理時要親手做實驗的原因。一般來說，虛擬物理實驗的應用情形有三種：一是學校不具備相應的實驗條件;二是教材中提供的實驗方案不能取得理想的實驗效果;三是需要對實驗進行拓展性的研究和分析。

如光的混合實驗看似簡單，但是想找到透明有色玻璃并不容易，而且白天做這個實驗，難以獲得理想的效果。如果利用虛擬實驗，雖然可以收到較好的實驗效果，卻不利于學生對光的混合原理的理解。對于這一實驗，可采用如下做法：首先選擇與三原色接近的塑料薄膜來代替有色玻璃，其次利用LED聚光手電來代替普通光源，學生在上課時看完教師演示虛擬實驗后，可以晚上回家自主做實驗，為學生提供親自動手的機會。

2. 虛擬實驗不能代替實際操作

物理實驗的最終目標是提高學生的物理實驗能力，并讓學生在實驗的基礎上掌握物理概念、建立物理模型、明晰物理規律。如前所述，虛擬實驗無論如何也不能代替實際實驗，否則學生將無法在實驗過程中形成感性經驗。相反，教師應該讓學生以實際物理實驗形成的感性認識為基礎，經歷抽象的分析過程，然后通過虛擬實驗來獲得更加明顯的實驗效果。初中生的抽象思維能力尚不成熟，完全依靠抽象思維來感知物理過程存在較大困難，而具有視聽交互功能的虛擬實驗則會給予學生更多的信息，建立更加清晰的物理模型。

如學生新手操作凸透鏡成像實驗，可以形成感性認識，但是卻難以從中抽象出物理規律;而在具有交互性的凸透鏡成像虛擬實驗中，學生通過拖動鼠標來改變蠟燭與透鏡之間的距離，軟件會直接顯示物距、像距和焦距之間的關系，更方便學生進行拓展性實驗。再如，人教版八年級物理教材下冊第44頁的實驗，可以讓學生根據課本上的實驗方案，讓紙自然下垂，而后從兩張紙中間由上向下吹氣，觀察兩張紙的運動情況，而后猜想兩張紙的運動與空氣流速的關系，形成感性認識;但是，該實驗并不能直接反映出空氣流速與壓強之間的關系，無法在空氣流速大小、方向和壓強大小之間建立對應關系。這時，則可以利用Flash制作虛擬演示課件，讓學生通過虛擬實驗來直接觀察氣體流動方向的變化、速度大小的變化對紙張運動所產生的不同影響，建立起液體壓強與流速關系的抽象物理模型。這樣，虛擬實驗與實際物理實驗結合起來，相互補充，就會突破實際物理實驗的局限性，突破時空的限制，更便于學生觀察。

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作者簡介：楊國雄（1968.7-）;籍貫廣東省茂名市;任教于廣東省茂名市電白區爵山中學;大專學歷;中學物理一級教師。

（作者單位：廣東省茂名市電白區爵山中學? ?525425）