中学物理虚拟课堂的设计与实现

朱和平

虚拟现实技术是利用计算机技术、仿真技术通过计算机创建一种逼真的课堂环境。本文利用虚拟现实技术设计中学物理虚拟课堂，并说明其应用与特点。该虚拟课堂可以运行于网络环境 。

虚拟现实技术是利用计算机技术、仿真技术通过计算机创建一种逼真的课堂环境，让用户产生身临其境的感觉，并可以实现用户与该环境直接交互，并可能将一些因为人或环境的因素排除在外，大大提高物理教学的效果。中学物理虚拟课堂的应用，开创凯一种新的物理教学方式，打破李课堂时间、空间、仪器的限制，吸引了学生兴趣，从而有效提高物理教学效果和教学质量。

1 虚拟课堂的通用性方案

虚拟课堂基本框架包括：普通用户和管理员用户如图1，普通用户只能使用不能修改，管理员用户可以修改、增加、删除里面任何一项内容如图2。其中普通用户包括：（1）教师版块;（2）学生版块;（3）理论版块（4）查询板块;（5）交流板块，如图3。

为了更加贴近课程建设及学科教学的实际要求，我们将虚拟课堂的主要三部分（教师、学生、理论课堂）按照高中22章分开研究：如图4

（1）教师版块：侧重于课程建设理论、案例范例等内容，起到教师展示作用;（2）学生版块：主要是教材应用、单元教学、教学设计等生成性资源形成和应用的内容，起到学生自学的作用;（3）理论版块：主要侧重于学生利用信息资源进行自主探究的学习系统或平台、巩固、检查学习内容的作用（4）查询板块：主要方便教师和学生自主选择要利用的课堂。（5）互动版块：主要是为校本实践、区域教研、特色活动所进行的学教研多边互动的虚拟学习社区。各版块在内容和功能上可以相互渗透，相互补充，互为整体。如图5

2 虚拟课堂环境下物理教学的优势

2.1 虚拟课堂环境下提供外部刺激的多样性有利于激发学生的学习兴趣

虚拟课堂技术能使信息表现形式的多样化，任何的教学内容都可以通过电脑的方法进行模拟，把本来最抽象的物理概念、物理规律、物理模型等看不见摸不着的抽象东西具体化、形象化。并且能通过音频、视频、动、静、分、合相结合的方法，使学生更能直接地形成概念和认识规律。对学生视觉、听觉、思维等都产生极大的冲击，很容易激发学生强烈的学习欲望，从而形成学习的动机。

虚拟课堂课件则是可以实现学生按自己的思维方式和学习习惯“掌管”信息的输出，积极主动的获得相关的信息。实现由“要我学”到“我要学”的转变。此外，虚拟课堂环境下的学习过程还不受时间与地域的限制，可以通过多媒体虚拟课堂技术将全国及全世界的同类教室相连，学生可以在自己的终端听远方教室中优秀教师的讲课，可以同网上的专家、在线教师对话、讨论问题，在网上查找看书所需要的资料，更好地体现了学生学习的主体性。

2.2 充分运用“学教并重”的教学设计提高教学质量

在虚拟课堂的教学模式中，强调学生的主体性，要求充分发挥学生在学习过程中的主动性、积极性和创造性。学生被看作知识建构过程的积极参与者，学习的许多目标和任务都要学生主动、有目的地获取材料来实现。同时，教师是教学过程的组织者、指导者、促进者和咨询者，教师的主导作用可以使教学过程更加优化，是教学活动中重要的一环。即“教师为主导、学生为主体”的教学结构。

2.3 能力培养和知识学习相结合的教学目标

学生利用信息技术解决问题的过程，是一个充满想象、不断创新的过程，同时又是一个科学严谨、有计划的动手实践过程，它有助于培养学生的创新精神和实践能力，并且通过“任务驱动式”学习方式的不断训练，学生可以把这种解决问题的技能逐渐迁移到其他领域。借助“虚拟现实技术”使学习者“沉浸”在虚拟环境和情节里，在极富真实感的状态下与电脑交互。充分发挥主动性和创造性的“在线教学”与“在线学习”的主阵地。

2.4 虚拟环境下提供了物理学习新方式“在线学习”

虚拟世界是一种全新的学习环境。随着现代信息技术与物理教育一体化的不断深入，物理课堂和物理教材的无限宽泛，以及计算机作为一种学习工具逐步被学生所掌握，最终必然呼唤并促使物理学习方式的革新，产生一种全新的学习方式。这是一种虚拟课堂环境下的信息时代特有的物理学习方式。只有这种学习方式的形成和发展，才能使学生更好地适应和驾驭现代信息技术与物理教育不断一体化的物理学习情境。

3 单独虚拟课堂环境下的教学的不足

3.1 课件的设计意图，相关的物理思想难以在教学中体现出来

虚拟环境下学生常停留在比较谁做的动画较果好，追求视觉或是听觉的效果。有些虚拟环境下的教学课，则是老师操作演示课件就算了，而课件设计者的设计意图，知识的体系，知识的连续性、各种现象中内含的物理的规律很难体现出来，物理课堂教学中教师的言传身教、德育渗透变得难以体现和实施。

3.2 虚拟课堂环境下物理教学忽视了学生动手能力和实验能力的培养

在多媒体技术中，物理现象、物体运动过程、以及物理实验的模拟相当逼真，可以把某些实验中的不确定的影响演示或实验效果的因素排除在外，达到你想要的理想程度。在真实的物理小实验、小制作、验证性或是设计性物理实验中，由于不可避免的外界因素会影响实验的效果，实验者就要从实验过程中去分析原因所在，找出解決问题的办法，从而不断地改进实验。虚拟现实模式”或纯虚拟课堂物理教学的摸拟实验，很容易达到你想要的条件从而弱化了学生动手能力和实验能力的培养。

4 总结

综上所述，网络技术与物理教育的整合是物理教育现代化的必然趋势，建构网络环境下的物理教学模式是我们今后继续努力的方向。基于网络环境下教师的中心任务不再是让学生“学会”，而是要让学生“会学”，教给学生在信息社会获取加工、分析处理信息和解决问题的能力，以便于自主学习和终身学习。课堂教学过程是一个系统的、开放的教学过程，课堂教学模式设计也是一复杂的、系统工程，涉及方方面面的知识和理论。

（作者单位：广西钦州市第二中学）