虚拟现实技术在初中物理实验教学中的应用

肖晓珍

【摘 要】现代科学技术的发展使虚拟现实技术的运用更加广泛，作为第三种科学研究方法指引着其发展方向，在初中教学中的运用也从理论层面上升到实践运用阶段。虚拟现实技术在物理学科尤其在物理教学难点方面的运用取得了良好的效果。笔者结合虚拟现实技术的特征，探讨了在物理实验教学中构建虚拟实验的重要性。

【关键词】虚拟现实技术;虚拟实验;物理实验;初中;应用

初中物理课程的教学离不开实验，实验和理论是构成物理课程的两大重要部分，在教授学生物质知识的同时，提高其实践动手操作能力，实验也是初中物理教学的重要手段。通过实验，给学生创设物理知识的环境，提高学生学习物理课程的积极性，这也是中学物理新课改的要求。将虚拟现实技术运用到物理教学中可以摆脱实验受到时间和空间的限制，解决学校实验器材等问题。

一、虚拟现实技术在初中物理实验中的重要性

通过搭建虚拟现实技术平台能够给初中生学习物理创建良好的环境，摆脱时间和空间的限制，在开放式的实验环境，学生们可以自己选择实验要求，实验主题选择合适的仪器精心实验，改变了传统的教师灌输式教学手段，最大程度发挥学生的潜力。

第一，节约成本。初中学校一般办学规模比较小，资金有限，很多实验器材更新缓慢，通过建立虚拟的实验室，有效降低实验室的投入，实验器材的购买和使用，降低由于操作问题导致的器材损耗。第二，提高教学效果。学生利用好计算机就可以实现实验效果，再短时间内做到预习、操作实验、处理数据、分析结果等，例如，在光学实验中，受到观测精度的限制，如果器材调节不当很难得到理想效果。第三，提高实践能力。通过虚拟现实技术，学生能够根据需要改变实验参数，实验各种因素的影响。初中实验很多都是验证性的，缺乏创造性，运用虚拟实验可以创造性地改变实验过程，真正在短时间实践自己的实验，提高学生的创造性思维。

二、虚拟现实技术在物理实验中的应用

1.在演示型实验中的应用

演示型实验是物理教师常用的手段，通过演示可以引起初中生的兴趣，激发学生的探究兴趣，但是演示型实验在很大程度上受到实验室的限制，对实验环境要求比较高，例如，在演示光的反射时，一旦有条件不符合，那么实验可能会失败，影响物理知识的科学性，这时就可以运用虚拟现实技术，首先介绍光的基本概念，如，入射光线、反射光线等，然后建立光的反射设计模型，演示光的反射实验，然后教师可以要求学生在虚拟的实验平台上通过移动鼠标改变入射角的大小再观察光线的改变，这样能够引起学生主动探究的心理，对比入射角和反射角，得出结论，然后再有老师规范光的反射定理。

2.在探究型实验中的应用

探究型实验就是要求学生主动探究，总结实验现象所对应的规律，能够提高初中生的观察力和探究力，但是在探究的过程中会受到各方面条件的影响，导致探究结果的不准确，计划的实验过程实施受阻。运用虚拟现实技术就会保证探究实验的顺利进行。例如，在教师的指导下，探究凸透镜的成像的规律时，运用现实实验，学生很难总结成像的规律，最后只能死记硬背，运用虚拟现实技术，教师可以演示物体由远到近逐渐靠近凸透镜的过程，学生通过观察和呈现的想象总结成像的特征，提高学生创新的发散思维。然后，指导学生进行虚拟实验，使用鼠标拖动物体，由远及近，很容易操作，也便于观察，在观察的同时，做好成像的记录，总结特点，最后由教师规范成像规律。

3.在操作型实验中的应用

操作型实验就是在教师的指导下，根据已经具备的知识进行连接、安装和设计总结发现相应的规律。在实际的初中物理教学中，学生很少有机会真正进行操作，没有实现新课改的目标。借助虚拟现实技术可以提高学生操作训练的机会。例如，在研究电路短路的规律时，受到设备安全性的限制，学生基本不进行实际操作，这样不利于学生解决生活中的实际问题。教师可以首先了解电路短路的情况，通过演示展现给学生，然后指导学生在虚拟的实验平台上建立用导线连接电源两级的类似的闭合回路，通过拖动鼠标很容易实现，构成闭合电路，然后闭合开关，再观察电路现象。单击鼠标就能观察电流表串联到电路后闭合开关产生的现象。通过虚拟实验，学生可以任意实验自己的创造性想法，不会担心安全问题。

总之，物理实验的主要目的就是要求学生在掌握物理基本知识的基础上提高实验分析能力、动手操作能力及运用物理知识解决实际问题。借助虚拟现实技术，可以打破时间和空间的限制，帮助学生进行理想实验，将物理学科的科学性及严谨性体现出来，培养学生的科学精神。

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