结合虚拟实验优化初中物理教学

【摘要】初中物理实验具体包括测量、演示、探究、设计以及操作等多种类型实验形式，每一种实验形式需要的实验理论不同，实验过程也存在差异，所以需要学生具备较强的实验能力。目前，因学生存在一定差异，虽然接受同样的实验理论和技能教学，但表现出的实验能力相差较多，不利于学生全面发展。而虚拟实验是借助信息技术实施开展的一种实验形式，不仅能有效减少实验经费支出，同时也能让物理实验更直观、更具体、更高效。因此，初中物理教师应重视将虚拟实验应用到初中物理教学中。

【关键词】虚拟实验  初中物理  教学

【中图分类号】G633.7   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2024）05-0178-03

虚拟实验是一种利用计算机技术模拟实验过程，让学生可以在虚拟环境中完成实验操作的实验方式。学生可在虚拟实验中获得与实际实验相同的实验操作体验，进而有效培养锻炼学生的实验能力，促进学生物理理论与实践技能的整体提高。因此，初中物理教师应重视结合虚拟实验优化初中物理教学，让虚拟实验的教育优势和价值在初中物理教学中得到充分体现，助力学生物理实验操作能力提高，物理核心素养由此培养发展。

一、结合虚拟实验优化初中物理教学的重要意义

（一）提高实验数据准确度和实验操作成功率

物理是一门与现实生活联系紧密的学科，许多物理学知识与学生熟悉的现实生活相关，所以大部分学生会结合现实生活经验探索认知物理学知识，虽然学生的这种学习方法可以降低物理学习难度，但同时也会让学生的一些片面认知影响其在物理实验中的观察效果。虚拟实验借助计算机技术可为学生提供虚拟实验环境、实验设备，组织学生进行虚拟实验操作。此时学生不仅可以获得与实际实验相同的实验结果，同时也可以更加直观地观看实验现象，尤其是一些实验现象变化不明显，或者是消失速度较快的实验现象。当学生因虚拟实验而对实验现象有进一步的整体观察后，学生会反思自己的现实认知，进而端正实验态度，客观地操作实验，记录实验数据。此时，实验数据准确度会被有效提高，实验操作成功率大大提升。

（二）提高学生实验参与兴趣并开阔学生视野

初中物理教学中实验的占比很大，几乎所有的教学内容都能进行实验操作，但传统的实验形式多为演示类、测量类的简单实验，学生的实验参与兴趣度不高，师生互动效果不理想，影响物理实验教学质量和效率。虚拟实验是依托于计算机技术开展的创新型实验形式，与传统实验教学有着明显区别，更直观、更具体、更形象，可以有效激发学生的实验参与兴趣，推动学生主动参与到实验操作与探索中。此时，受实验参与兴趣影响，学生将主动观察实验现象，分析探究实验原理，并尝试将与本次实验相关的知识和技能运用到实验中。虚拟实验让学生的大胆猜测变成可能，让学生感受到科技前沿技术的力量，使学生的实验视野、学习视野有效开阔，让学生相信未来有诸多可能，应努力学习，持续加油。

（三）弥补物理理论教学不足并打破时空限制

在传统物理实验教学中，教师需要向学生一边讲解理论知识，一边进行实验演示，理论教学中的一些知识很难在实际实验中展现，存在一定的教学不足。虚拟实验可以有效弥补物理理论教学不足。在虚拟实验教学中，教师带领学生进行虚拟实验，以问题启发学生进行大胆的实验操作，学生通过对比物理理论知识进行实验结论探索，让学生可以一边实验一边梳理理论知识之间的联系，这为物理基础概念框架和物理专业知识进一步融合奠定基础，形成一个较为完整的知识体系和学习框架。与此同时，虚拟实验作为一种新型的实验教学方式之一，可以有效打破时间与空间的限制，在课堂教学中就可以充分开展虚拟实验，而无需组织学生进入物理实验室进行实验操作，那么课堂教学效果，尤其是实验教学效果会因此而大大提升。

二、结合虚拟实验优化初中物理教学的主要策略

（一）巧用虚拟实验，导入新知

在初中物理教学中，新知教学很关键，一方面决定新知与旧知的衔接质量和效果，另一方面决定学生物理学科核心素养的形成发展。初中物理知识难度是逐步增加的，开始时的知识内容较为简单，学生可借助生活经验有效学习理解，后期的物理知识开始逐步抽象难理解，大部分学生多依靠死记硬背的方式来记住新知，这种学习方法不仅影响学生的学习质量，还影响学生的学习心情。虚拟实验是一种依托于计算机技术开展的实验操作，不受时间和空间限制，可在课堂教学中随时应用。为此，初中物理教师应重视巧用虚拟实验导入新知，让学生对物理学科知识有更深入了解，进而自主学习探索。例如，在“串并联电路”相关知识学习中，这部分知识与学生之前学习的物理知识有一定差别，这部分物理知识的实验现象并不能依靠肉眼看见，且知识内容有一定的逻辑性和抽象性特点，学生很容易混淆串联与并联知识内容，在实验操作时容易出现错误和失败[1]。此时，教师可借助虚拟实验的可操作、可直观、可随时进行等优势特点组织进行“串联与并联电路区别”的探索虚拟实验。在虚拟实验教学中，教师先设计一些具有探究启发作用的教学问题，如“串联电路与并联电路的区别和相同点都是什么？”“一个闭合电路系统中可以同时存在串联和并联电路吗？”在问题的启发与引导下，学生进行思考，然后将自己的思考结果通过虚拟实验进行验证，让学生知晓在一个闭合电路系统中，串联和并联电路既有相同点，也有异同点，二者也可以同时存在在一个闭合电路系统中，发挥同样的导电作用。在虚拟实验的帮助和指导下，教师轻松地完成新知的导入教学，学生也能在虚拟实验的帮助下深入理解串并联电路的性质与特点，加深电路知识认知，建构初步的知识框架，为后续复杂的电路知识学习奠定扎实基础。

（二）善用虚拟实验，激发兴趣

在初中物理教学中，教师需要经常性地带领学生进行实验操作，从而探索得出物理实验结论，更深入地学习和掌握物理知识，但由于实验操作课时安排有限，且实验设备和材料准备不足，多需要几名学生共同完成一项实验任务，学生的实验兴趣很难因此形成。虚拟实验具有实验器材丰富，实验操作灵活，可对某一个实验操作重复多次或者是进行多次的实验猜想与验证，大大提高实验的可操作性，让所有学生都能参与到实验活动中。为此，初中物理教师应重视善用虚拟实验来激发学生的学习兴趣。例如，在“平面镜成像”相关知识教学中，学生需要学习较多的光学知识，同时利用其他物理知识进行光学知识的分析与探索，这就表明这部分知识的学习难度较大，需要学生拥有扎实的物理基础。但由于学生个体存在差异，并不是所有学生都能牢牢掌握相关知识。所以，教师利用虚拟实验的可操作性和便利性等特点，组织学生探究平面镜成像中物体位置的摆放与物体成像大小之间的关系。教师因善用虚拟实验，有效激发学生探索实验的兴趣和热情，使学生可以重复多次地进行实验猜想验证，在不断的猜想、验证、再猜想、再验证中梳理出知识的形成过程规律，明白物体位置的变化与成像的大小有直接关系。虚拟实验教学中，教师鼓励学生使用多种实验材料和工具进行实验猜想与验证，有的学生选择蜡烛，有的学生选择木棒，还有的学生将自己的手作为实验材料进行实验猜想与验证[2]。班级中学生进行实验假设与验证后，得出相同结论，此时学生从虚拟实验中获得成就感和自信心，其学习兴趣自然因虚拟实验而得到有效激发。

（三）利用虚拟实验，强化记忆

在初中物理教学中，大部分的知识内容都需要记忆掌握。大部分学生都采用背诵的方式加强记忆，但在实际应用这些物理知识解决问题时发现，知识记住了但不会用。为有效解决这一现状问题，初中物理教师应重视利用虚拟实验指导学生有效记忆，强化记忆。例如，在“机械效率的影响因素”相关知识教学中，教师为让学生扎实记忆这部分知识内容，可以组织学生选择适合的实验材料和工具进行虚拟实验学习。在虚拟实验中，学生选择了小木块、木质平板以及多个粗糙度不同的材料。在具体的虚拟实验操作中，学生先确定一个倾斜角度，将木质平板的一端固定在地面上，另一端按照确定的倾斜角度抬高，形成一个倾斜面。接着，学生在这个木质平板上铺上最细的材料，将小木块放在这个材料上，使用弹簧测力计测量匀速上升的测值读数[3]。此后，学生将木质平板上的铺设材料依次换成不同粗细程度的材料，采取同样的测量方式测量小木块匀速上升的测值读数。学生将获得的测值读数整理到表格中，进行比对分析，其将对影响机械效率的因素都有哪些有一个直观印象，再借助虚拟实验的便利操作特点继续其他材料的实验操作，会让学生对这部分知识加深理解和认知，强化记忆。

（四）创新虚拟实验，指导探究

在初中物理教学中，探究性实验的存在价值很高，有助于学生探究思维和逻辑思维的形成发展，为学生物理核心素养培养形成做好铺垫。由于实际操作的探究性实验结论容易受外部环境及学生的操作规范程度影响而导致实验结果不精准，所以初中物理教师可创新虚拟实验，指导学生有效探究[4]。例如，在“凸透镜成像”相关知识教学中，教师就创新虚拟实验，指导学生对比实际使用凸透镜和虚拟实验使用凸透镜来探索研究凸透镜成像原理，发现物理本质与规律。在实际教学中，教师先让学生实际观察凸透镜的外形特征，让学生对凸透镜的物理表象有一个清晰认知，明白凸透镜的基本构成都有哪些。接着，教师组织学生参与虚拟实验。在虚拟实验中，学生可以直观看到实验材料和设备，明确实验的整体流程，知晓参与实验的材料大小、高矮、粗细等并不会对实验结论产生影响，但实验材料与凸透镜的位置变化会对实验结果产生影响。为有效指导学生进行实验探究，教师让学生先进行实际实验操作，然后记录实验结论。接着再进行虚拟实验操作，不断增加或者减少实验材料与凸透镜之间的距离，观察并探究虚像与实像之间的间距变化对实验结果的影响。此外，因虚拟实验拥有丰富的实验材料，且人人可操作实验，所以班级中所有学生都能对虚拟实验和实际实验之间的差别进行比对探究，得出学习探究结论，增强学习效果。

（五）借助虚拟实验，培养思维

在初中物理教学中，培养学生的物理思维是学科教学的终极目的，只有让学生在学科知识学习过程中形成良好的学科思维，才能让学生在学科思维的影响下进行问题的有效探索和分析，最终培养形成学习能力。初中物理实验类型有许多，验证型实验是其中的一种，对学生逻辑思维和归纳总结能力培养有积极作用。但由于实际开展的验证型实验受开展条件限制，并不能让学生充分地进行验证实验，所以学生的学科思维培养受到影响。因此，初中物理教师应重视借助虚拟实验顺利培养学生的物理思维[5]。例如，在“电学”相关知识教学中，教师为了通过电学知识教学有效培养学生的物理思维，实施虚拟实验教学指导。初中阶段学生需要学习掌握的电学知识主要为电荷、电场和电势、电流和电路、电阻、欧姆定律、电功率以及电磁感应等。这些知识内容的学习有助于学生更深入地理解电路相关知识，助力学生物理学科思维培养形成。但由于电学知识都看不到、摸不到，所以在对学生进行思维培养时存在一定难度，不利于学生进行知识与知识之间关系的有效探索。于是，教师借助虚拟实验进行知识的有效验证学习。在虚拟实验中，学生可将自己的实验猜想和实验设计借助虚拟实验操作检验，然后得出实验结论。在虚拟实验中，并不存在干扰因素问题，即使学生的实验操作步骤错误也能在即时调整后，重新继续实验，所以在相同时间内，学生可以进行多个虚拟实验验证自己的设计和猜想，让学生的物理思维因丰富的实验操作而不断变得清晰，让学生更深入地理解物理知识，掌握物理技能，同时更能在潜移默化中让学生形成“物理知识需要不断探索”的学习思维，为学生物理思维培养形成奠定扎实基础。

三、总结

综上分析可知，虚拟实验作为一种借助计算机技术实施实验操作的实验方式，有着实际实验方式无可比拟的优势，将虚拟实验应用到初中物理教学中，具有积极的教育意义。首先物理实验数据准确度和实验操作成功率明显提高，其次学生的实验参与兴趣提升，学生视野开阔，最后物理理论教学不足也会得到弥补。由此，初中物理教师可积极结合虚拟实验开展教学，导入新知、激发兴趣、强化记忆、指导探究，顺利培养物理思维，全面培养提高学生综合能力。

参考文献：

[1]吴福寿.借助虚拟实验  优化初中物理教学[J].中学课程辅导，2023（35）：117-119.

[2]刘晓强.结合虚拟实验优化初中物理教学[J].中学课程辅导，2023（25）：48-50.

[3]杨永吉.结合虚拟实验优化初中物理教学[J].中学课程辅导，2022（32）：51-53.

[4]王燕.结合虚拟实验优化初中物理教学[J].科学咨询，2022（2）：208-210.

[5]赵丹丹.结合虚拟实验优化初中物理教学[J].文理导航，2020（5）：18-19.

作者简介：

马维荣（1984年—），男，汉族，甘肃天祝人，本科学历，中小学高级教师，研究方向：初中物理教育教学。