运用虚拟实验，提高初中物理实验教学效率

张俊年

摘要：随着现代技术的发展，计算机与网络技术日益广泛地运用于教育教学领域，带来了教学领域的全面变革与飞跃发展。网络虚拟实验实现了计算机仿真技术与传统实验教学的有机结合，可以突破种种限制与困难生动形象地完成所有实验。这对于激发学生学习兴趣，突破教学重难点，提高学生实验技能具有重要作用。

关键词：物理实验教学 虚拟实验 优势 运用

DOI：

10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.01.122

物理是一门以实验为基础的科学，知识的产生、定理的形成都是在大量实验的基础上得出的，实验在整个物理体系中占有非常重要的地位，起着非常重要的作用。但在以往的教学中教师并不重视实验教学，以讲实验、画实验代替做实验，实验是可有可无的。随着新课程改革的推进，对实验教学更加重视，虽然在观念上很重视，但是由于学校实验器材短缺、实验条件不充分等一些实验无法完成，还有一些实验尽管可以在现实条件下完成但实验现象不明显，一直制约着实验教学效益。随着计算机技术的发展与网络的普及，虚拟实验应运而生，具有重要的教学优势，而被广泛地运用于物理教学中。

所谓虚拟实验主要包括虚拟仿真实验室和Flash课件，是利用计算机的仿真技术、多媒体技术和网络技术来模拟实验全过程，实现了计算机虚拟现实技术与实验教学的有机结合，整个实验过程完全依托计算机的仿真系统来完成，实现了实验教学的数字化。在初中物理教学中运用虚拟实验是现代科技迅猛发展下教育信息化的产物，是深化物理教学改革的必要趋势，是激发学生学习兴趣，提高实验教学效率的重要手段。

一、虚拟实验的优势

1.降低实验成本。传统实验需要借助一定的实验器材来完成，而大部分实验器材费用较高，而且器材供全校师生使用，在使用的过程容易出现损坏，其采购与维修都需要很多的资金。而虚拟实验实现了实验器材的数字化，整个实验是通过仿真系统实现的，可以说其投入是一次性的，并不存在损坏、磨损等现象，可以反复同时供多人使用，这使得教学成本大大降低，更能实现实验教学的全面化与全体化。

2.突破时空限制。传统实验受时间与空间上的限制，由于学校实验器材有限，一次不能容纳很多的学生来操作实验，全校各班需要轮流进行，即使这样也并不能满足实验教学的实际需求。虚拟实验更具开放性，不受时间与空间的限制，只要教学需要，师生就可以随时随地进入虚拟实验室网站来完成相应的实验。

3.控制实验节奏。在传统教学中我们并不能控制实验的节奏，往往难以观察到一些瞬间产生的实验现象。而虚拟实验更具可控性，我们可以根据不同的实验来控制其节奏，如将快速过程缓慢化、缓慢过程快速化，以便于学生更好地观察实验现象，记录实验数据。同时还可以根据实际需要来将截取实验过程中的某一片断，以供学生更好地进行操作与思考。

4.保证人身安全。一些实验危险系数较高，如果操作失误会对操作者带来危害，抑或是一些实验本身就具有危险性，在现实条件下无法完成，这些在传统实验教学中不能完成。而虚拟实验可以排除这些安全隐患，可以完成所有的实验，并且可以避免因操作失误所带来的危害，更加具有安全性。

二、虚拟实验的作用

1.激发学生学习兴趣，实现学生快乐学习。成功的教学所依赖的不是强制，而是激发学生的学习兴趣。而在传统实验教学中教学手段单一，教学氛围枯燥，对于大部分实验是通过黑板与粉笔来呈现，通过阅读教材来完成，教师在上面滔滔不绝地讲，而大多学生只是在下面应付，注意力不集中，思维不活跃， 实验教学效率低下。即使是一些学生可以操作的实验，也并不能激发学生的参与热情。而虚拟实验以学生所感兴趣的计算机与互联网技术为依托，将学生带入全新的仿真系统之中，这使得实验教学更具有现代技术的气息，唯美的画面、绚丽的色彩、鲜艳的文字、动听的音乐，都可以带给学生以强烈的感官冲击，使得整个实验更加生动形象，富有趣味性，更能达到集中学生注意力，激活学生思维，激发学生强烈的参与动机的效果。这样学生不再是机械而被动的操作， 而是主动而活跃的参与，从而向有效的实验教学迈出了坚实的第一步。

2.模仿各种实验现象，引导学生主动探究。实验是重要的教学内容，同时也是主要的研究方法与学习手段。不管是演示性实验还是探究性实验，都可以引导学生展开主动探究，从而让学生在思考与思维的基础上达到对这些抽象知识的形象认知与深刻理解。但在以往的实验教学中受各种因素的影响，并不能完成所有的实验，不利于教学重难点的突破。而通过虚拟实验可以有效地弥补传统实验教学的不足，化抽象为形象，化静态为动态，化微观为宏观，这样更加利于学生对抽象知识的深刻理解。如在学习“马德堡半球实验”时，教师可以通过抽掉合在一起的两个马德堡半球里面的空气后无法拉开来证明大气压强的存在，但大气压强有多大，学生并没有真切的感受。为此教师可以运用虚拟实验，向学生真实地再现300多年前的马德堡半球实验，将两边的马匹由2匹增加到4匹、8匹、16匹，并配以相应的背景音乐，直到将两个半球分开。通过这样的声情并茂的模拟实验，可以将学生带入真实的实验场景之中，让学生从中真切地感受大气压强的存在与巨大。此时再运用虚拟实验对马德堡半球队进行全面而细致的剖析与讲解，这样就可以让学生深刻地认识到来自于四面八方的大气施压给半球，这样使得学生对于大气压强这一节知识的理解更为深刻，从 而有效地突出了重点，突破了难点，这正是传统实验教学所难以取得的效果。

3.提供自主操作空间，培养学生创新能力。在以往真实的实验活动中，由于怕发生危险，怕弄坏实验设备，学生在操作时往往畏首畏尾，有太多的顾虑而并不能完全地依据自己的思考方式来展开。虚拟实验可以让学生彻底消除这些不安与顾虑，为学生提供了一个更为自由而宽广的平台，学生可以按照自己个性化的实验方案来展开，这样不仅可以激起学生更大的实验热情，让学生体会到实验探究的乐趣，同时为学生提供了更为宽广的学习空间，利于增强学生的问题意识，培养学生的创新能力。让学生通过实验来掌握基本的物理知识，提高实验技能，培养学生的创新精神，提高学生的创新水平。

参考文献：

[1]李琨.虚拟实验室在中学物理实验中的应用[J].中国教育技术装备，2012（6）.

[2]马发辉等.初中物理虚拟实验教学模式研究[J].中国信息技术教育，2010.

[3]张秀敏.仿真实验室在初中物理虚拟实验中的应用[J].中国教育技术装备，2015（11）.

（责编 赵建荣）