虚拟实验的优势及其在初中物理教学中的应用

赵德丰

随着信息技术的蓬勃发展，大量的课件如雨后春笋般涌现出来。其中PPT课件由于制作相对容易，而非常廣泛地应用于实际教学。但PPT课件有很多缺点，比如学生在观看幻灯片时似走马观花，不利于形成深刻印象，有教师认为用这样的课件还不如让学生直接看教材。近几年，虚拟仿真物理实验发展很快，比较具有代表性的是“nobook物理实验”和“吃掉物理实验”。“nobook物理实验”中的电学实验已比较完善，“吃掉物理实验”是一款三维立体的虚拟实验软件，在力学实验方面做得很有特色。有了这样好的虚拟实验工具，怎样将其有效地应用到初中物理教学中呢？笔者结合个人的教学实践经验总结如下：

通过虚拟实验激发学生学习兴趣。虚拟物理实验具有生动、直观、形象等特点，有利于激发学生的好奇心和求知欲。除了课本上的探究实验之外，笔者还喜欢设计虚拟实验来激发学生的学习兴趣。例如，在“电磁继电器”相关教学中，采用虚拟实验模拟电磁继电器工作的原理，让学生一目了然地观察、理解和掌握，从而激发学生学习物理的浓厚兴趣，增强其学习的积极性和主动性。通过虚拟实验可以实现无限次的练习，使学生把难以理解的知识进一步弄懂、吃透。例如，在电学实验中，虚拟实验通过鼠标或白板操作就可轻松愉快地完成电路的连接，可以让学生练习用单只电流表分别测干路电流和支路电流，练习改接导线等，直观又高效。交互式的操作还可以提高学生的实验操作技能，让学生体会到学习物理的乐趣，让学生更愿意做实验，更喜欢学物理。例如，在力学实验中，教师通过交互式的虚拟实验，一边让学生亲自操作，一边交流实验过程，学生迅速地明确了实验目的和实验步骤，实验探究效果好。

传统实验与虚拟实验对比，虚拟实验明显优于传统实验。物理是一门注重学生科学探究的自然科学，演示实验是初中物理教学的重要环节。由于一些实验器材缺乏或实验具有危险性，亦或无法达到预期的实验效果等客观原因，有些实验无法让学生亲自操作、亲身体验。例如，“推断物体不受力时的运动”实验，由“阻力越小，小车前进得越远”，推理得出“假设阻力为零，小车将已恒定不变的速度永远运动下去”的结论。传统实验无法达到理想效果，如果用三维虚拟实验便可以演示小车不受力时的运动情况，很好地培养了学生的想象能力。再比如，“研究定滑轮和动滑轮的特点”实验，实际实验时因为有绳重和摩擦力以及动滑轮重的影响，无法创造无摩擦的理想实验条件。而利用虚拟实验工具则可以从实际情况一直演示到理想状况，使学生对理想实验的感受更加深刻。再比如，对于无法在现实中演示的“链式反应（核裂变）”“核聚变”实验，学生充满好奇，对其真相都想一探究竟，利用信息技术虚拟这些实验，可以增强学生的直观感受和体会，使学生加深对相关知识的理解。

传统的电学分组实验有许多优点，也存在一些不足。学生不仅要严格遵守实验操作章程，遵守实验室的规章制度，也会面临接触高压电的危险，受场地和实验器材的限制，做实验次数和实践都会受限，而电学虚拟仿真实验软件不受场地的限制，可实现多终端（平板、电脑、手机）运行，学生通过游戏的手段即可完成对实验的体验。产生错误操作时，例如将电流表直接接在电源的两极上，电流表和电源均会被烧坏，虚拟实验可以将“毁表毁源实在惨”的情景发挥到极致，不仅显示烧坏了，并且通过声效增强了实验的趣味性，使学生身临其境，提高探究的热情。在传统实验中，学生在连接电路时需要接线、拧螺丝，“浪费”了大量时间。虚拟实验不仅可以节省这部分时间，充分显示实验过程，而且还可以直观地显示电流的路径，实现电路元件的任意移动。教师可演示“将某电路元件移动到恰当位置”，以便使学生更加直观地观察电路的结构，软件甚至可自动画出电路图，尤其在显示电流路径方面的功能是传统实验无法达到的。虚拟实验在趣味性和实验效果等方面大大优于传统实验，但是在实际教学中仍不能完全替代传统实验，教师在应用过程中一定要结合教学实际，把握好时机和度，对其进行科学应用。

通过虚拟实验提高课堂效率。一堂初中物理课只有45分钟，教师想在有限的时间内将科学家经过漫长时间研究出来的科学成果呈现给学生，并让学生理解和掌握甚至能够应用于实际，无疑是一件非常难的事情，若想将抽象的知识形象化，将复杂的实验简单化，可以借助虚拟实验软件，不仅可以大大缩短实验时间，还能让高效课堂成为现实。

笔者在进行“动滑轮和定滑轮”相关教学时，在学生完成实验后对实验数据的分析过程中应用虚拟实验，不仅能显示出力臂的大小，而且还增加了对理想滑轮的分析，高效地实现了与教材的吻合。在进行“杠杆”相关教学时，学生在“探究影响杠杆的平衡因素”时很难从力的作用点和力的方向联想到力臂，传统教学中在黑板上画力臂效率太低，此时笔者通过虚拟实验动态显示力臂的大小是如何影响杠杆的平衡的，使学生眼前一亮，当事实的真相呈现在学生面前时，发现和总结规律就变得非常容易了。在进行“液体压强”相关教学时，通过交互式的互动虚拟实验让学生置身于实验情景中，师生共同讨论实验过程，通过虚拟实验展现微小压强计的探头在同种液体里的不同深度，观察U形管两边液面的高度差，在同一深度360度改变探头的朝向，再次观察U形管两边液面的高度差，实验过程清晰，同时又将各个实验进行了对比，清晰地观察到了异同。在光学实验中，“凸透镜焦距的变化”是一个难点，虚拟实验通过将凸透镜变厚、再变薄来改变焦距，通过动态演示焦距改变后的光路图，使学生一目了然。

通过以上案例不难看出虚拟实验的优越性，虚拟试验全面而快速地展示实验过程，使学生较容易地通过观察到的现象得出实验结论，从而优化了教学环节，提高了课堂效率。

编辑/王一鸣 E-mail：51213148@qq.com