結合虛擬實驗優化初中物理教學

王燕

(貴州省桐梓縣第四中學,貴州遵義 563200)

物理實驗一般分為測量型實驗、演示型實驗、探究型實驗、設計型實驗以及操作型實驗，不同實驗的具體實驗過程不同，應用的實驗理論也不同，對學生的實驗能力要求也存在一定的差異。在傳統的實驗教學過程中，初中物理教師往往側重操作演示型實驗，實驗教學過程比較枯燥，學生的參與感不強。雖然在實驗的過程中，物理教師可結合課本內容，并講解實驗重點和難點，但受限于教學設備和教學資源，教師往往不能完整地演示操作較為復雜或者實驗材料要求較高的實驗，導致實驗操作性不強，實驗現象不明顯，影響物理實驗教學效果。基于計算機技術和大數據技術以及虛擬現實技術的虛擬實驗可優化初中物理實驗教學過程，彌補傳統實驗資源有限、實驗現象不明顯的缺點，從而在豐富實驗內容的同時，也使實驗形式多元化，提高了學生的實驗活動參與感。

一、虛擬實驗在初中物理教學中的應用作用分析

（一）提高實驗數據準確度和實驗操作成功率

在物理教學中，由于一些物質或者實驗原理與學生的常識不符，導致學生在學習此類物質或者觀察此類實驗時，往往存在一些認知類問題。雖然教師可利用物理實驗，為學生展示此類物質的物理性質，但往往由于實驗難度大、實驗現象不明顯或者實驗數據準確等因素，導致實驗成功率低，影響實驗教學的整體效果。例如，在講解晶體與非晶體的物理性質時，物理教師往往會通過分組實驗的操作，演示晶體和非晶體熔化、凝固的過程，但由于此實驗的操作難度比較大，實驗操作誤差比較明顯，即使教師可在實驗資源的支持下反復實驗，整體的實驗成功率也較低。學生在未觀察到比較明顯的實驗現象前提下，便不能很好地理解此類物質的性質變化規律，最終也只能機械地記憶課本中的物質性質，不能對晶體和非晶體的物理性質形成較為立體的印象。在應用了虛擬實驗后，物理教師可直接在虛擬實驗平臺中演示具體的實驗操作，精確控制實驗數據，進而可直接得到較為完整的實驗現象和實驗曲線，從而使物理實驗過程更生動、更形象，也更具體，同時提高了物理實驗的成功率，使物理實驗具備了一定的可控性。

（二）提高學生實驗參與感和實驗公平性

在傳統的物理實驗教學中，物理教師往往依據班級學生的認知和物理實驗室的格局，將學生分為不同的小組，要求小組同學合作完成具體的實驗任務。但由于學生對基礎實驗知識的掌握程度不同，物理實驗操作能力存在較為明顯的差異，導致一些學生在參與小組類型的實驗教學活動時“插不上手”，沒有實驗參與感，影響學生參與實驗活動的興趣和動力。在應用虛擬實驗后，教師可結合學生的實際情況，為學生選擇獨立實驗或者小組實驗。即使是在獨立實驗的情況下，學生也可在虛擬實驗平臺獲得較為充足的實驗資源，甚至可得到較為完整的實驗提示，從而使基礎不好、操作能力差的學生也可在自己的“小舞臺”，隨意練習和操作，進而在比較輕松、自由的實驗操作過程中，不斷摸索正確的實驗辦法，強化自身實驗操作能力。針對適合小組實驗的同學，初中物理教師也可利用虛擬實驗平臺開展小組實驗教學活動，要求學生根據實驗任務要求完成不同的數據操作，進而使學生在合作中探究實驗現象，在虛擬平臺的支持下，更自由地分工、更全面地記錄，從而使實驗活動的內容更豐富，公平性更好。

（三）提高實驗教學適應性和實驗內容拓展性

首先，從實驗教學適應性的角度分析，初中物理實驗教學的內容和形式需要符合初中生的認知能力和生活經驗積累水平，但是這種適應性的發揮并不能一蹴而就，需要教師結合學生日常生活中相對數字的事物，選擇特定的角度進行分析，才能引導學生正確地認知初中物理實驗內容。這種適應性教學的過程是相對漫長的，并且存在教學內容和教學資源應用層面的問題。借助虛擬化的實驗教學平臺，教師除了可以根據學生的實際情況和實驗教學的基本要求靈活選擇實驗開展的基本形式，還可以針對學生的個性化問題進行總結和分析，進而在實驗流程層面進行優化。尤其是在實驗教學引導性層面，教師可以選擇不同的虛擬實驗教學情境，針對學生的實驗學習興趣以及實驗探究需求進行實驗資源層面的優化和部署，從而強化初中物理實驗的教育教學引導性；其次，從物理實驗教學內容拓展性的角度分析，這種資源拓展的實際形式和實際效果與物理實驗的具體形式相關。在實際的物理實驗中，若想引導學生從整體上對物理實驗的目的以及具體的實驗形成產生具體、深刻以及正確的認知，則需要拓展學生的物理實驗視野。這種物理實驗視野可以是上文中提到過的數據層面的對比視野，也可以是一種資源應用層面的形式化變通視野。更為關鍵的是，在虛擬實驗平臺的支持下，這種資源的靈活應用以及實驗內容的有效拓展變得可能，并且會對初中生的實驗探究動力產生積極影響。

二、虛擬實驗在初中物理教學中的應用方法分析

（一）虛擬實驗在初中物理測量實驗中的應用方法分析

針對一些實驗操作比較簡單的測量型實驗，物理教師可直接利用真實的實驗設備進行演示，此類實驗的實驗可控性較好，實驗現象往往也比較明顯。但如果測量型實驗涉及的實驗器材較多，實驗操作較為復雜，則此時教師應使用虛擬物理實驗教學平臺，提高實驗現象的可視化程度。例如，在開展“伏安法測量電阻”實驗教學活動時，教師應在虛擬實驗平臺上完成模擬實驗教學、演示實驗教學，并為學生講解電阻的伏安特性曲線。此間，首先，教師可利用教學PPT為學生講解實驗的基本原理，分析實驗操作的關鍵點和難點；其次，在虛擬實驗平臺中，物理教師可依據實驗原理和實驗電路圖連接實驗電路，并用鼠標拖動滑動變阻器的劃片，改變滑動變阻器的阻值，同時記錄電路中電壓、電流的數值（電壓、電流數值會同步顯示在虛擬實驗平臺中），繪制燈泡的伏安變化特性曲線，分析在改變電阻值的同時，電路電壓、電流的改變規律；再次，物理實驗教學可在此基礎上，引導學生思考如果將電路中的小燈泡換成定值電阻，在改變滑動變阻器阻值的情況下，定值電阻端電壓和電流的變化規律。此時，物理教師可利用虛擬實驗平臺，進行對應的實驗操作，并記錄定值電阻的電壓和電流數據，繪制伏安變化特性曲線。在完成實驗基本操作的基礎上，教師可引導學生觀察小燈泡伏安特性曲線和定值電阻伏安特性曲線的相同點和不同點，進而使學生通過觀察具體的實驗現象和具體的伏安特性曲線，了解溫度變化對燈泡內阻和定值電阻實際阻值的影響，從而進一步掌握燈泡或者定值電阻的伏安變化規律。

（二）虛擬實驗在初中物理演示型實驗中的應用方法分析

受限于大班授課模式，初中物理教師在開展演示實驗教學活動時，往往不能照顧到班級中的所有學生，導致學生很難清晰地觀察到實驗現象，對實驗原理的體會也不夠深刻，甚至影響學生參與實驗活動的興趣和積極性。為此，初中物理教師可將虛擬實驗與物理教學結合起來。例如，在演示平面鏡成像原理的實驗時，首先，在授課過程中，物理教師可為學生講解進行實驗需用到的具體實驗工具，并在班級中講解實驗原理以及實驗過程涉及的平行光源、入射角反射角以及法線、平面鏡反射定理等基本物理概念；其次，在實驗過程中，教師可為學生演示入射角和發射角的變化規律，并要求學生手動測量入射角和反射角的大小，同時做好實驗數據記錄工作，進而提升演示實驗的互動性；再次，在此基礎上，初中物理教師可利用虛擬實驗教學平臺，要求學生切身參與到實驗活動中，通過改變入射角的大小，記錄反射角的變化趨勢，進而明確在平面鏡反射光線的特點，從而進一步掌握平面鏡的光線反射規律。此間，為了發揮虛擬實驗教學平臺的教學優勢，物理教師可引導學生自行完成物理演示實驗，選擇正確的實驗操作步驟，切身體會實驗現象，探索試驗規律，進而使演示實驗也具有探究型實驗的意味，提高學生的實驗參與感和實驗獲得感。

（三）虛擬實驗在初中物理探究型實驗中的應用方法分析

由于探究型實驗對實驗環境的要求往往比較高，對實驗器材或者實驗材料的質量也有一定的要求，導致學生在參與自主探究型物理實驗活動時，往往在實驗環境的干擾下，不能得到明確的實驗現象，進而無法準確記錄數據，得不到正確的實驗結論。在參與探究型物理實驗時，通過應用虛擬實驗教學平臺，學生可規避外界環境因素的影響，并應用理想的實驗資源，得到較為準確的實驗數據或者觀察到較為明顯的實驗現象。例如，在開展凸透鏡成像規律的探究實驗活動時，首先，物理教師可利用真實的凸透鏡，引導學生觀察凸透鏡的物理形態特點，并為學生講解凸透鏡的組成材料；其次，物理教師可借助虛擬實驗平臺，引導學生自行改變物體與凸透鏡之間的距離，并要求學生在探究過程中，觀察虛擬實驗平臺中物體成像的特點，從大小、形態觀察虛擬平臺中物體的形態特點，并總結物體形態變化規律；再次，為了強化學生課堂學習的主體性，提高學生在物理實驗探究活動的參與感，初中物理教師在實驗教學過程中，應結合實驗具體內容和成像特點，引導學生思考影響凸透鏡成像各類現象的原因。例如，教師可引導學生自主探究縮小、倒立的實像與等大、倒立的虛像的成像距離，并利用鼠標靈活變化物體的位置，記錄物距與物體成像效果之間的關系，從而使學生在自主探究過程中，在切身的實驗操作體驗下，可真實感受物理實驗現象，在提高了實驗探究性的同時，也直接提升了學生參與物理實驗的獲得感[1-3]。

（四）虛擬實驗在初中物理操作型實驗中的應用方法分析

操作型物理實驗往往出現在電學知識模塊中，包含電路連接實驗、電阻串并聯關系操作實驗等。在傳統的實驗教學過程中，初中物理教師往往通過在教學中實際演示電路的具體連接過程，為學生講解串并聯電路阻值的變化規律。但此過程的可視性并不好，教室前排學生可能觀察得比較清晰，但大部分學生并沒有仔細觀察實驗現象的機會，導致學生的實驗參與感不強。在應用虛擬實驗教學平臺時，學生可利用鼠標和鍵盤直接設定電路中的阻值和電路的具體連接方式，并在近距離觀察下，了解阻值與電路連接形式之間的關系，利用虛擬歐姆表，方便、快捷地測量電路的阻值，明確串并聯電路阻值的一般計算方法。此間，教師可提問學生具體的實驗問題，類如串聯電路電阻和并聯電路電阻之間的關系如何等問題，進而為學生建立具體的實驗操作目標，避免學生盲目進行實驗操作。由于在此過程中，學生往往借助虛擬實驗平臺獨立完成實驗操作任務，一些基礎較差的學生可能無法很好地完成實驗操作。因此，教師可結合學生的具體情況，對學生進行適當的指導，提高虛擬實驗教學平臺的應用效能[4-8]。

三、結束語

總之，本文在分析了虛擬實驗在初中物理教學中的應用作用的基礎上，進一步分析了虛擬實驗在初中物理教學中的應用方法，主要針對測量型實驗、演示型實驗、探究型實驗以及操作型實驗進行了具體分析。此間，不同類型的實驗對教師的實驗教學要求不同，其實際的實驗表現形式也存在差異。在這個過程中，教師應積極積累與實驗教學相關的經驗，并將這種經驗與學生的個性化表現問題結合起來，從而提高實驗教學的整體針對性。另外，教師也需要合理控制實驗教學節奏，進而從整體上適應初中實驗教學的基本要求。實際上，實驗教學節奏的控制過程也是實驗教學難度的控制過程，也只有在這種相對合適的教學節奏下，學生的實驗學習體驗感才會更好，其實驗教學的積極性也會更強。希望廣大初中物理教師可結合班級學生的實際情況以及初中物理實驗教育教學的一般要求，合理選擇虛擬實驗教學平臺的具體應用方法，并將這種虛擬實驗教學平臺的應用辦法與初中物理實驗教學的基本要求結合起來，提高此類實驗教學方法的適應性，從而使初中物理教學在虛擬實驗的支持下，可具有更好的教學效果和更高的教學質量。