虚拟现实技术在初中物理实验教学中的应用

2016-05-09张士荣

中国教育技术装备 2016年3期

关键词：短路虚拟现实实验教学

◆张士荣

虚拟现实技术在初中物理实验教学中的应用

◆张士荣

通过对虚拟现实技术在初中物理实验教学中的应用，探讨虚拟现实技术对提高物理实验教学质量的重要作用。

虚拟现实技术；初中物理；实验教学

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.03.148

1　前言

物理实验教学是物理学科教学的一个重要的组成部分，也是学好物理的基础。在物理教学中运用实验可以培养学生的动手实践能力，并在操作中形成物理的科学精神和品质。因此，物理教师在物理实验中要运用科学的教学手段，提高物理实验教学的质量。

2　虚拟实验技术的内涵和在实验教学中的优势

虚拟现实技术是随着计算机技术发展起来的新型的综合实验技术，它使用模拟的方式为实验者营造一个逼真的实验场景，让实验者可以直接参与到实验环境的变化中［1］。虚拟实验是利用计算机技术的图形功能，应用虚拟技术来仿真实际物理实验过程，从而达到实验的目的。但它和传统的实物实验不同，虚拟实验是对虚拟物体的操作，因而在实验过程中的工具和对象也是虚拟的。

虚拟现实技术在物理实验教学中应用，使教学方法灵活有趣，能够吸引学生的兴趣，调动学生参与物理实验的积极性，可以实现教学资源的优化配置和共享。与传统的实物实验相比，虚拟现实技术不需要仪器仪表的齐全，实验的参数也可以任意设定，而且可以应用在物理的各个实验当中［2］。这种实验对器材的消耗小，不受实验器材种类和数量的限制，降低了实验的成本。虚拟现实技术应用现代计算机技术，实现实验的高效操作，因此实验的速度快、效率高，对物理针对性和综合性的实验容易展开，学生在物理实验中能够体会到成功喜悦，更有利于学生积极性的提高［3］。实验所获得的数据和图形可以直接使用打印机进行打印，直观地向学生展示。在物理实验教学中运用现代化的教育手段，能够在实验课堂中营造一种轻松活跃的教学氛围，学生学习的积极性和实验探究的兴趣得到大大提高，有利于素质教育目标的实现。

3　虚拟现实技术在物理实验中的应用

虚拟现代技术在演示型实验中的应用在物理实验中比较常见的是演示型实验，而实验课上教师的成功演示可以有效地提高学生对于实验的兴趣和注意力，提高实验课堂的效率。学生可以跟随教师演示增强探讨物理科学的勇气和信心，激发学生对物理科学知识的探究兴趣。演示型实验很大程度受实验室环境的影响，如果实验室条件不佳，会影响实验的结果，失去物理实验的科学性。在光的反射实验中，教师通过对实验演示，增加学生对光的反射定律的印象和原理的掌握。但在学校现实条件下，光的反射会受到多个方面的影响，光的反射效果不佳，会直接影响实验成功。教师可以借助虚拟实验技术弥补现实实验条件的限制。

因此，教师在实验前要先介绍几个基本光的概念，包括入射光线、反射光线、法线、入射角、反射角，让学生在掌握基本概念的基础上对光的反射进行初步认识。然后运用平面镜和平行光源对光的反射原理设计相应的模型，对光的反射现象进行模拟演示，吸引学生实验的兴趣。引导学生进行自主探究，并从实验中得出自己的实验结论和光的反射原理以及规律。然后教师在虚拟实验平台上让学生拖动鼠标随机增加入射角的大小，观察光线的变化情况，并对不同角度的入射角和反射角进行记录，进行两者间的比较。最后，教师总结出规范性的光的反射定理。

虚拟现实技术在探究型实验中的应用探究型实验是让学生自主探究一些实验现象，总结出物理规律。探究型实验可以培养学生的观察能力和自主探究的能力。探究型实验要在真实的现实中应用，但会受到外界各种因素的影响而阻碍实验的顺利进行，因此，教师可以在实验中借助虚拟现代技术进行虚拟实验，保障实验方案的顺利进行。

如在探究凸透镜成像规律时，现实实验受到光线的影响而无法正常进行，对规律总结不利，因此可以采取虚拟现代技术进行实验。首先，教师使用实物进行实验演示，将物体由远及近逐渐靠近凸透镜。在实验过程中让学生观察物体的成像特点，并针对出现的现象提出相应的问题：物体距离凸透镜的远近是否会影响凸透镜的成像特点，并引导学生发散思维，调动学生探究的欲望。其次，引导学生进行虚拟实验。先要创设虚拟实验平台，让学生把物体放置在离凸透镜较远的位置，并拖动鼠标进行操作，让物体逐渐靠近凸透镜，观察物体成像的特点，并进行记录。最后总结出凸透镜成像的特点，教师给予规范化的成像描述。

虚拟现代技术在操作型实验中的应用操作型物理实验是按照学生已有的物理知识进行实际连接、安装和设计，最后得出物理规律，发现物理问题。在大多数的中学物理实验课中，学生没有这样的机会进行实际的操作训练，达不到知识和实践相结合的教学目的。因此，教师在物理实践操作型实验中要加强学生的操作实践能力，让学生在实践中获得物理知识的学习，总结物理规律，积累物理经验。

如在“探究电路短路问题”时要考虑到教学设备的安全问题，因此多数教师采取讲解的方式，而学生不能亲手操作，导致对短路问题理解比较肤浅，在面临实际问题时无法进行有效解决。在物理实验中，教师往往采用演示的方式向学生展示物理现象，学生缺少动手实践经验；如果实验使用虚拟现实技术，学生不但可以亲手操作，还能亲自体验短路现象，探究出短路的原因，避免实验发生不安全事件，优化了教学的组织形式，也提高了教学的质量。

教师首先将电线短路分解成不同的任务，让学生自主探究。让学生先了解电源短路的现象，知道什么是短路。让学生在虚拟操作平台上建立一个用导线连接电源两极或者用导线将电源和开关连接起来的闭合电路，在连接电路时使用鼠标拖动相应的元件到相应的位置，组成电路，闭合开关，观察电路现象；然后点击鼠标，将电流表串联到电路再闭合开关，观察发生的现象。学生通过该次实验操作，了解到电源短路的有关知识以及产生的后果，得出电源短路会导致电流过大而烧毁电器，造成不安全事件的发生。

通过探究并联电路中的短路现象，探究电路的问题。让学生操作鼠标将两个灯泡并联，开关与其中的一个灯泡并联，观察闭合开关时发生的物理现象，并观察操作多盏灯并联，其中一盏被短路时发生的物理现象。学生通过自主操作，当闭合开关时，并联的灯全部熄灭，保险丝被烧坏。让学生记录每次实验的结果，并得出自己实验操作的结论。

利用虚拟实验，学生可以安全地进行操作和探究物理问题，教师在实验中起到指导作用，学生可以体验到电路短路的问题和电路短路会发生的事故。这种实验会调动学生学习的积极性和科学实验的兴趣，又对学生的安全不造成任何影响，不但保障了实验的效果，还保障了教学的效率。