虚拟实验室在高中物理教学实践中的应用思考 .pdfVIP

虚拟实验室在高中物理教学实践中的应

用思考

摘要:高中物理实验是物理学习的重要基础，《普通高中物理课程标准》

明确提出需要将信息技术与教学相融合。但是在实际教学中由于实验设备短缺、

实验难度大等问题，很难很好地满足实现课程标准的要求。本文从虚拟实验室的

虚拟呈现功能和微观可视化视频两个方面，开展对虚拟实验室应用于高中物理实

验教学的研究，结合虚拟实验室教学案例，分析虚拟实验室在高中物理教学中的

应用方式。

关键词:虚拟实验室;虚拟呈现;可视化教学;物理教学

中学物理是一门以实验为基础的学科，但目前中学的物理实验教学现状的分

析主要有以下不足：一是各校实验课的开展率比较低；二是大部分学校的实验室

均存在实验设备陈旧、更新慢、损毁率高，学生以及教师的负担过重，从而导致

教师不敢经常用，再加上实验室资源较少，学生难以接触实验器材，以致最终无

法达到预期教学目标；三是教师缺乏对物理教学资源开发的积极性。大多数教师

在应试教育的压力下，更注重培养学生对于物理知识的掌握，大部分教师通过讲

授教材以及讲解试题的方式来提升学生成绩，对物理教学资源开发，尤其是虚拟

实验的开发积极性较弱。四是忽视学生对物理科学探究能力的培养。当前，中学

物理实验教学过于注重知识与技能的讲解，并未提升学生对物理科学的探究精神。

有些教师看中传统讲授，而忽视了学生实验能力的培养，这样的教学对中学生在

逻辑思维和实验能力方面的培养是欠缺的，也是不符合新课程标准的。

如果物理教学中能从实际需要出发，引入、创造或创设与教学内容相适应的

具体场景或氛围，充分调动学生的视、听、触等多重感官的体验，重点是学生亲

身经历、感受或者是动手实践过的体验，才能帮助学生迅速而正确地理解教学内

容。

虚拟实验室是在原有基础上借助图形、图像、仿真和虚拟现实技术，在计算

机上创建一个可视化虚拟现实环境，可以高度模拟仿真实验室的仪器设备和实验

效果。该实验室支持多终端跨平台访问——电子白板、台式机、一体机、平板

电脑等终端均可使用，Windows、IOS、Android全平台适应。虚拟实验不仅支持

任意组装实验、不用受实验步骤限制，而且所有实验操作均可呈现准确的实验数

据以及逼真的实验现象。

与传统基础实验相比，虚拟实验室的虚拟呈现功能具有以下特点：

(1)安全性：虚拟实验室可以部分代替那些有危险的实验，通过计算机直观

生动地把实验现象再现在学生面前。

(2)经济性：虚拟实验室可以大幅度地降低实验的材料费用，大大降低成本，

能实现实验成本过高的实验一人一组进行，因而虚拟实验室增加了学生实验的机

会，提高了实验教学的质量。

(3)互动性:虚拟实验室通过交互，在学生可能困惑的地方提出问题，或者

是实验做错了，屏幕就会指出错误及提示如何改正。这种教与学的灵活交互，提

高了学生学习的兴趣和效率，实现了教与学的双向交流。

(4)效率性：虚拟实验室能在有限时间里安排更多的实验，在不增加实验课

总学时的情况下，提高实验教学的课堂容量。

(5)解决教学重难点：虚拟实验室可以把原本无法用传统实验手段直接观察

到的实验现象模拟出来，例如电磁波的传播等，把传统实验中一些不易看到或较

难讲清的实验难点化难为易。

在物理实验中，很多物理实验现象是转瞬即逝、甚至是无法用肉眼直接观察

到的，我们只能观察到其作用的结果。传统教学模式通常只能对这些实验现象进

行口头上的讲解或视频、图片等方式的演示，使得学生对于这些抽象的知识无法

很好地理解。但是，运用虚拟实验室的微观可视化视频，就可以模拟演示出这些

无法被肉眼直接观察到的物理现象、实验过程，帮助学生更好地理解实验背后的

物理原理。总结来说，微观可视化视频具有以下这些特点：

(1)交互性强：微观可视化视频可以根据实验者的操作对实验过程和实验结

果进行真实模拟，从而完成对应的实验计划和实验目标。

(2)仿真性强：微观可视化视频可以模拟真实实验过程中肉眼难以观察到、

或抽象不易理解的实际物理现象，设计出完整的三维可视化实验模型，如光线、

电场、磁场等，可以进行微观、假想虚拟形式的辅助呈现(电场、磁场、光路)。

(3)直观性强：微观可视化视频可以将实验现象、实验内容进行直观的、形

象的可视化展示，从而协助学生构建微观认知，培养学生的抽象思维能力、认识

物质及其变化规律、减轻学生记忆负担。

以“带电粒子在磁场中的运动”教学过程为例：