虚拟实验室在物理课堂教学中有效应用的研究

黄伟元

（福州第四十中学）

摘 要：物理学是研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律及所使用的实验手段和思维方法的自然科学。初中物理学主要探讨和学习的内容还是一些基础的物理现象，但是由于有的现象研究是不能还原真实情景的，因此将虚拟实验室和物理教学结合在一起十分有必要。虚拟实验室和物理课堂教学的有效结合，有利于学生更加直观地理解物理现象，加强学生的动手实践能力。

关键词：虚拟实验室；初中物理；有效应用

虚拟实验室是现代计算机技术、VR虚拟现实技术、Web技术发展的产物。在物理学科中很多的现象和原理是无法还原真实的情景的，比如电路检测、家庭电路问题等，这就需要借助虚拟实验室。将虚拟实验室和物理教学结合，是传统教育的巨大进步。从实验过程来说，虚拟实验室中学生实验的过程和真实的实验室是没有多大区别的，还能够有效突破实验室硬件条件的束缚，真正实现每位同学都有一个专属的小“实验室”。

一、虚拟实验室的内涵与意义

虚拟实验室是教学实验室的数字化和虚拟化。虚拟实验室由虚拟实验台、虚拟器材库和开放式实验室管理系统组成。虚拟实验室为开设各种虚拟实验课程提供了全新的教学环境。在虚拟实验台上，学生可以自己动手配置、连接、调节和使用实验仪器设备。教师可以利用虚拟器材库中的器材自由开展任意合理的典型实验。老师上课时通过开放式的实验管理系统，给学生讲解实验，摆脱传统大课堂上老师一个实验展示给所有同学看的缺点，每个同学通过虚拟实验室可以清楚地了解实验的过程。并且通过开放式的实验室管理系统老师还能清楚地了解每一个同学的实验情况。随着计算机的普及和智能手机的全面发展，虚拟实验室为初中学生学习物理提供了把实验室搬回家的可能，虚拟实验室不仅仅可以安装到电脑上，甚至有专属于手机的虚拟实验室，学生可以把物理实验当做一种娱乐，随时随地进行场景模拟，开展物理实验，这是虚拟实验室和传统实验室相比一个突出的优势。除此之外，虚拟实验室有效降低了对学校硬件设施的要求，只要一个计算机机房，一个虚拟实验室系统，基本上就可以满足所有自然科学学科的实验要求，不只包括物理，还有化学和生物的实验也可以在虚拟实验室中进行，成功实现资源的优化配置。

总之，对学生而言，虚拟实验室突破了时间和空间的局限，有利于学生单个随时随地展开实验，培养学生的创造力和探究能力。对老师而言，虚拟实验室系统有利于教学的开展，有利于增强教学的趣味性，及时了解学生的实验情况，提升教学效果。对学校而言，虚拟实验室降低了学校在实验室器材方面的投入，多学科实验室资源整合，达到了资源优化配置的效果，并且虚拟实验室还规避了一些实验给学生人身安全可能带来的危险和损害。所以，虚拟实验室是自然科学教学中的重要革新。

二、虚拟实验室在物理教学中的具体应用

虚拟实验室在实际教学中是如何应用的？老师如何通过虚拟实验室达到有效教学的目的？学生如何利用虚拟实验室达到提高学习效率的目的？下面我会以简单的例子来说明。比如，探究导体影响电阻大小的因素时。学生首先需要设计实验，思考实验需要哪些器材才能得出实验结果，然后到虚拟实验室的器材库中选择，再进行实验，观察实验结果，得出结论，这是一个探究问题的过程。传统教学中，老师往往先告诉学生答案，然后做实验给學生看，或者告诉学生实验需要哪些器材，在现实实验室中提前准备好器材，让学生来验证已经得出的实验结果。这样的教学模式导致的结果就是学生普遍动手能力差、探究能力差、问题思维弱。虚拟实验室教学中，学生看到问题以后，能够有效参与整个问题的解决过程，是对学生问题思维和解决问题能力的综合开发。虚拟实验室能够实现一些危险性实验教学，比如，探究熔丝熔断的原因，这部分在传统教学中老师一般是不会让学生做这个实验的，因为存在一定的危险，但是在虚拟实验室中则不同，虚拟实验室极大模拟和还原真实了实验情景，但是又对学生身体安全没有造成威胁。在探究凸透镜成像的规律时，传统教学中，老师实验展示的现象是不容易观察的，但是虚拟实验室则不同，蜡烛的成像特点是很明显也很容易观察，这样就有助于学生了解知识点，摆脱死记硬背的情况。

三、虚拟实验室的缺陷

虚拟实验室虽然有很多好处，但是虚拟和现实始终是有差距的。模仿的过程中出现失真也是不可避免的。长期使用虚拟器材，会使学生对现实器材感到陌生，在以后接触更深层次物理研究时，还是需要使用真实的实验室，并且虚拟实验室已经是经过研究整合以后的一个实验系统，很多成果已经录入其中，对一些有新的实验想法或者新问题的同学来说，其实还是一种无形的束缚。现实实验室，是对学生听觉、视觉、嗅觉等知觉的综合调动，虚拟实验室会导致其中一部分知觉无法调动。

综上所述，老师在教学中还是不能完全依赖虚拟实验室，应当在条件允许的情况下把虚拟和现实实验室有效结合在一起。

参考文献：

邢如玲.虚拟实验在初中物理实验教学中的应用策略研究[D].东北师范大学，2011.

编辑 高 琼