中學物理虛擬課堂的設計與實現

朱和平

虛擬現實技術是利用計算機技術、仿真技術通過計算機創建一種逼真的課堂環境。本文利用虛擬現實技術設計中學物理虛擬課堂，并說明其應用與特點。該虛擬課堂可以運行于網絡環境 。

虛擬現實技術是利用計算機技術、仿真技術通過計算機創建一種逼真的課堂環境，讓用戶產生身臨其境的感覺，并可以實現用戶與該環境直接交互，并可能將一些因為人或環境的因素排除在外，大大提高物理教學的效果。中學物理虛擬課堂的應用，開創凱一種新的物理教學方式，打破李課堂時間、空間、儀器的限制，吸引了學生興趣，從而有效提高物理教學效果和教學質量。

1 虛擬課堂的通用性方案

虛擬課堂基本框架包括：普通用戶和管理員用戶如圖1，普通用戶只能使用不能修改，管理員用戶可以修改、增加、刪除里面任何一項內容如圖2。其中普通用戶包括：（1）教師版塊;（2）學生版塊;（3）理論版塊（4）查詢板塊;（5）交流板塊，如圖3。

為了更加貼近課程建設及學科教學的實際要求，我們將虛擬課堂的主要三部分（教師、學生、理論課堂）按照高中22章分開研究：如圖4

（1）教師版塊：側重于課程建設理論、案例范例等內容，起到教師展示作用;（2）學生版塊：主要是教材應用、單元教學、教學設計等生成性資源形成和應用的內容，起到學生自學的作用;（3）理論版塊：主要側重于學生利用信息資源進行自主探究的學習系統或平臺、鞏固、檢查學習內容的作用（4）查詢板塊：主要方便教師和學生自主選擇要利用的課堂。（5）互動版塊：主要是為校本實踐、區域教研、特色活動所進行的學教研多邊互動的虛擬學習社區。各版塊在內容和功能上可以相互滲透，相互補充，互為整體。如圖5

2 虛擬課堂環境下物理教學的優勢

2.1 虛擬課堂環境下提供外部刺激的多樣性有利于激發學生的學習興趣

虛擬課堂技術能使信息表現形式的多樣化，任何的教學內容都可以通過電腦的方法進行模擬，把本來最抽象的物理概念、物理規律、物理模型等看不見摸不著的抽象東西具體化、形象化。并且能通過音頻、視頻、動、靜、分、合相結合的方法，使學生更能直接地形成概念和認識規律。對學生視覺、聽覺、思維等都產生極大的沖擊，很容易激發學生強烈的學習欲望，從而形成學習的動機。

虛擬課堂課件則是可以實現學生按自己的思維方式和學習習慣“掌管”信息的輸出，積極主動的獲得相關的信息。實現由“要我學”到“我要學”的轉變。此外，虛擬課堂環境下的學習過程還不受時間與地域的限制，可以通過多媒體虛擬課堂技術將全國及全世界的同類教室相連，學生可以在自己的終端聽遠方教室中優秀教師的講課，可以同網上的專家、在線教師對話、討論問題，在網上查找看書所需要的資料，更好地體現了學生學習的主體性。

2.2 充分運用“學教并重”的教學設計提高教學質量

在虛擬課堂的教學模式中，強調學生的主體性，要求充分發揮學生在學習過程中的主動性、積極性和創造性。學生被看作知識建構過程的積極參與者，學習的許多目標和任務都要學生主動、有目的地獲取材料來實現。同時，教師是教學過程的組織者、指導者、促進者和咨詢者，教師的主導作用可以使教學過程更加優化，是教學活動中重要的一環。即“教師為主導、學生為主體”的教學結構。

2.3 能力培養和知識學習相結合的教學目標

學生利用信息技術解決問題的過程，是一個充滿想象、不斷創新的過程，同時又是一個科學嚴謹、有計劃的動手實踐過程，它有助于培養學生的創新精神和實踐能力，并且通過“任務驅動式”學習方式的不斷訓練，學生可以把這種解決問題的技能逐漸遷移到其他領域。借助“虛擬現實技術”使學習者“沉浸”在虛擬環境和情節里，在極富真實感的狀態下與電腦交互。充分發揮主動性和創造性的“在線教學”與“在線學習”的主陣地。

2.4 虛擬環境下提供了物理學習新方式“在線學習”

虛擬世界是一種全新的學習環境。隨著現代信息技術與物理教育一體化的不斷深入，物理課堂和物理教材的無限寬泛，以及計算機作為一種學習工具逐步被學生所掌握，最終必然呼喚并促使物理學習方式的革新，產生一種全新的學習方式。這是一種虛擬課堂環境下的信息時代特有的物理學習方式。只有這種學習方式的形成和發展，才能使學生更好地適應和駕馭現代信息技術與物理教育不斷一體化的物理學習情境。

3 單獨虛擬課堂環境下的教學的不足

3.1 課件的設計意圖，相關的物理思想難以在教學中體現出來

虛擬環境下學生常停留在比較誰做的動畫較果好，追求視覺或是聽覺的效果。有些虛擬環境下的教學課，則是老師操作演示課件就算了，而課件設計者的設計意圖，知識的體系，知識的連續性、各種現象中內含的物理的規律很難體現出來，物理課堂教學中教師的言傳身教、德育滲透變得難以體現和實施。

3.2 虛擬課堂環境下物理教學忽視了學生動手能力和實驗能力的培養

在多媒體技術中，物理現象、物體運動過程、以及物理實驗的模擬相當逼真，可以把某些實驗中的不確定的影響演示或實驗效果的因素排除在外，達到你想要的理想程度。在真實的物理小實驗、小制作、驗證性或是設計性物理實驗中，由于不可避免的外界因素會影響實驗的效果，實驗者就要從實驗過程中去分析原因所在，找出解決問題的辦法，從而不斷地改進實驗。虛擬現實模式”或純虛擬課堂物理教學的摸擬實驗，很容易達到你想要的條件從而弱化了學生動手能力和實驗能力的培養。

4 總結

綜上所述，網絡技術與物理教育的整合是物理教育現代化的必然趨勢，建構網絡環境下的物理教學模式是我們今后繼續努力的方向。基于網絡環境下教師的中心任務不再是讓學生“學會”，而是要讓學生“會學”，教給學生在信息社會獲取加工、分析處理信息和解決問題的能力，以便于自主學習和終身學習。課堂教學過程是一個系統的、開放的教學過程，課堂教學模式設計也是一復雜的、系統工程，涉及方方面面的知識和理論。

（作者單位：廣西欽州市第二中學）