虚拟实验在高中物理教学中的应用

摘 要：实验探究作为物理学科的核心素养，学生实验能力的培养自然也就成为教师重点关注的问题。在高中物理学科教学中，实验教学也因此得到了广大物理教师的关注。其中，虚拟实验的应用最为广泛，并取得了一定的实践效果，不仅改善了高中物理实验教学的质量，还在一定程度上锻炼和培养了学生的物理能力，提升了学生的物理学科素养。在本文中，我便结合实际教学案例谈谈虚拟实验在高中物理实验教学中的实际应用。

关键词：虚拟实验；高中物理；应用研究

所谓虚拟实验，就是指教师借助于多媒体、VR或者仿真实验软件给学生们提供传统实验的模拟环境，虚拟实验能够辅助或全部替代传统的实验操作，同时又能带给学生较为真实的实验体验，获得更加有效的实验效果。以下我将从高中物理虚拟实验在学生物理学习兴趣的调动、学生物理探究欲望的激发以及物理实验教学质量的提高等方面分析虚拟实验在高中物理教学中的实际应用。

一、 借助虚拟实验调动学生物理学习兴趣

众所周知，物理在高中生眼中是一门极为抽象难懂的理科学科，具有较大的学习难度。因此，高中生对物理知识的学习往往缺乏较为浓厚的兴趣，对物理实验更是比较排斥。在这种情况下，如何设计安排物理实验教学则显得至关重要。就我以往的教学经验来看，教师可以在实际教学中安排一些虚拟实验的讲解，一方面能够较好地模拟物理实验场景，营造物理实验氛围，另一方面也能够降低传统物理实验带给学生的乏味感，同时调动学生们对物理学习的兴趣。

例如，在教学“描绘小电珠的伏安特性曲线”这一实验时，由于这个实验并不能按照传统的实验流程来完成，需要借助虚拟工具、虚拟器材以虚拟实验的方式进行，所以我便借助VR虚拟现实进行了一次虚拟实验。首先我让学生戴上VR眼镜，然后依次连接好实验电路，然后多次测量出小电珠两端的电压和通过小电珠的电流，然后将这些数据记录下来，最后再利用虚拟实验得到的数据绘制出小电珠伏安特性曲线图。相对于传统的物理实验而言，这个虚拟实验既新颖又安全，能够有效地激发学生的物理学习兴趣，同时也能够高效率地完成实验任务，得到相应的实验结果。可见，虚拟实验的引入一方面可以有效提高物理实验教学质量，锻炼学生的物理实验探究能力，另一方面也可以增大物理学科对学生们的吸引力，使得学生更加热衷于做物理实验。

二、 借助虚拟实验引发学生对物理问题深层次探究

探究型实验是虚拟实验最典型的设计，同时也是高中物理实验教学中极为重要的实验教学类型。在实际教学中，物理探究型实验往往通过两种形式来开展，其一是针对实验探究问题，教师引导学生独立设计相应的探究方案，然后通过小组合作完成；其二是教师针对实验探究问题设计出相应的实验方案，而学生只需按照方案的步骤逐步完成操作即可。在虚拟实验的辅助下，教师还可以借助虚拟的实验现象来引发学生对物理问题进行深层次的研究，从而提高学生的物理实验探究能力。

例如，在实验探究“动能定理”的实验中我首先让同学们完成平衡摩擦力的操作，然后将小车放在木板的A端，并在该段和小车之间绑上橡皮筋，而在木板的另一端B端則放置一个打点计时器，将小车从A端拉到B端，小车后面的纸条通过打点计时器，释放小车同时启动B端的打点计时器，当小车从B端滑到A端的时候，纸条上便打出了相应的点，之后再将A端的橡皮筋数量增加至两条、三条、四条……以同样的步骤完成计时器的打点操作，便得到一系列的数据，按要求将得出的实验数据并展示出来。

接下来，我让同学们思考在摩擦力平衡不足或者平衡过度时的情况，还有如果橡皮筋规格有差异或者老化的情况。在同学们充分讨论后，我借助教室多媒体播放了相应的flash实验视频，视频播放结束，学生再进行总结，这样一个动能定理的探究实验就完成得比较全面了。

在这个实验过程中，学生能够有两方面的收获，一方面，学生通过动手实验能够获得较为客观的实验数据，为实验科学性奠定基础。另一方面，学生在观看虚拟实验视频的同时拥有足够的时间来思考相应的物理问题，进而提高学生学习效率，锻炼了他们的物理思辨能力。

三、 借助虚拟实验提升物理实验教学质量

众所周知，高中物理中存在很多不可实现的理想型实验，在传统的物理教学中，教师对于理想型实验的教学往往只是通过口述实验原理、实验过程和实验现象完成的。显然，这种形式的物理实验教学并不能达到理想的实验教学状态，并且容易造成学生对物理实验内容理解上的困难。为了增进理想型实验的教学效果，教师可以以虚拟实验的形式来教学这些物理理想型实验，进而弥补理想实验不可实现的不足，提高物理实验教学质量。

例如，在教学“点电荷”的相关知识点时，我便借助VR完成了一次虚拟实验，并让学生轮流上台进行实验操作。首先，我给学生们戴上VR虚拟眼镜，然后在虚拟的情景下将极性为正的点电荷放在虚拟的平面上，然后在点电荷的周围便出现了密密麻麻向四周发散的虚拟电场线，接着学生再将一个负的点电荷慢慢靠近正的点电荷，在这个过程中，电场线逐渐发生变化，并在两个点电荷之间形成了相应的闭合曲线。当学生完成这个虚拟实验的操作之后，我便问学生们：“你们在操作的过程中感受如何？”学生回答：“感觉点电荷变得触碰可及了，而不是一件虚无缥缈的东西，并且在操作的时候感觉虚拟的电场线就像一根根可以看得见摸得着的线一样，非常的真实，这种物理实验的感觉实在太妙不可言了。”显然，在这个虚拟实验过程中，学生不仅获得了物理理想实验的体验，还能够从中领略到物理实验的乐趣，并学到相应的物理知识，可见，虚拟实验的开展可以在一定程度上提高物理实验教学的质量，促进学生物理实验能力的锻炼与培养。

四、 结语

总而言之，在高中物理教学中，虚拟实验具有较为深远的应用前景，作为一名高中物理教师，我们应当从实际教学内容和学生的实际情况出发，有选择性地将虚拟实验应用于高中物理教学之中，在提高物理实验教学质量的同时激活学生的物理学习兴趣和物理探究欲望，从而锻炼学生的物理能力，并全面提升学生的物理素养。

参考文献：

[1] 李雪彬.高中物理教学中建立与运用网络虚拟实验室初探[J].学周刊（下旬刊），2015（3）.

[2] 徐长祥.虚拟实验在高中物理教学中的应用[J].中学生数理化（教与学），2014（11）.

作者简介：蔡忠坤，福建省宁德市，福建省霞浦第一中学。