物理教学中虚拟实验室构建初探

刘小松

摘 要：初中阶段的学生正处在思维方式转变的一个关键时期，在这个时期应充分改变学生现有的学习方式，让他们在不远的将来能够迅速适应信息化带来的学习方式的变革。因此，探索信息化手段促进初中物理教学和学生学习方式的转变有着深远的意义。以计算机和互联网为核心的信息技术与各学科课程整合，具有优化教育教学过程的优势，也能够为发展学生的信息化处理与运用能力提供有力支持。

关键词：教育信息化  初中物理  学习方式

一、教育信息化与初中物理教学的现状分析

目前，各初级中学包括农村中学，大部分都有了自己的网络中心，并且有相当数量的、安装有各种信息处理软件的多媒体计算机。同时，各校校园局域网与外部互联网实现了光缆对接，高速的网络传输速率为实现网络教学提供了必要的、可行的硬件支持。有一批受过培训和考核的比较熟悉互联网、能够充分利用互联网获取信息并能利用相关软件对信息进行甑别和处理的一线初中物理教师，使实现信息技术与初中物理教学相结合提供了软件方面的保障。

在初中物理教学中，课前预习和课后作业的布置时，积极引导学生利用计算机（或智能手机）上网查询相关资料，进行自主学习、互助学习、问题导向学习和探究拓展学习。比如“抖音”里的《物理一百分》，微信关注号《物理好教师》，都大量有趣而精彩的视频实例喷涌而出，鲜活生动的生活实例对学生形成强烈的感性冲击，丰富了学生的素材积累和夯实概念的理性升华，为学生更好、更到位地理解物理概念和规律起到了非常好的辅助作用。

二、“物理虚拟实验室”的使用优势

1、形象再现物理实验。

有很多物理现象和实验在课堂上难以实现或者很难操作。比如：在“摩擦起电”的实验中，空气湿度和器材的干燥度都是影响实验成功的重要因素，如果在阴雨天，结果会很不理想;有的实验可见度低，要让所有学生都能看清必须逐个轮流观察，但受器材数量和时间的限制很难实现。如“测量平均速度”的实验，实验中小车运动的时间和速度难以控制，实验过程快，结果也很不准确，在讲台上实验过程多数学生是看不清的，学生的兴趣也大打折扣。而在实验的基础上结合“物理虚拟实验室”，把小车的运动过程电影似的放慢，学生通过直观地观察，达到满意的教学效果。

2、变抽象为直观、变枯燥为生动、变隐晦深奥为浅显易懂。

物理是一门研究物质的结构以及物质间的相互作用及其运动规律的自然科学。其研究的物质结构、研究的守恒定律或不变性，大多触及的都是微观世界，而且都很具有抽象性。比如;分子热运动、摩擦力、机械能守恒等;还有，对于物理模型的构建以及物质的作用过程分析与推理运用还很欠缺，比如：“凸透镜成像规律”、“内燃机的四个冲程”、“电动机原理”等。初中学生对世界的认识尚处于开发阶段，缺乏感性的知识，抽象思维以及想象的能力还不是很高。因此，信息化的教学手段成为了必然要求。利用“物理虚拟实验室”可以帮助学生直观、形象地理解一些物理的概念、规律等。另外一方面利用“物理虚拟实验室”还可以夸张地表现微观世界和宏观世界，对理想化的物理状态进行模拟，实现动静的转化、时间的延迟与加快，实现抽象到具体的转变，变隐晦深奥的物理知识为浅显易懂的生活规律。

3、方便了教师对复杂图像和表格的描绘，节省课堂时间，提高课堂效率。

虚拟实验室有体贴快捷的手绘电路图功能，还有领先的自动画简化电路图功能，能根据实物虚拟实验或手绘电路图自动生成简化电路图。在教学中，特别是需要教师在黑板上画实物图或电路图，由于实物绘画，教师费事费力，学生看不清，效果大打折扣。

这里要特别提到的是：对于物理知识能力的归纳（包括重难点实验）需要学生有一个感性直观地认识，借助“虚拟实验室”是个很好的手段。比如：“由浮力导致的液体压力或容器对桌面压力的变化”，“特殊法测电阻”、“特殊法测小灯泡的额定功率”、“电路故障的类型”等等，直接通过“虚拟实验室”完整直观地展示，既节省了教学实间，学生看的明白，理解的也透彻，效果很好。

同时，教师原创的新题需要画图;或者在网络上搜到的题图片模糊不清、数据标识无法辨认，有背景干扰;甚至有时候教师找到的纸质资料上的图片效果不佳等等，这时候，利用“虚拟实验室”快捷的手绘功能，可达到满意的效果，再借助于QQ截图等工具即可。“中学电路虚拟实验室”还具有清除实验、保存实验等功能，使教师的劳动成果能够共同分享和资源再使用，确实方便了教学。

三、“物理虚拟实验室”的使用应注意的问题

一是要注意课件内容的正确和真实性，不要有任何的不合理的成分在里面，以免误导学生进入作息化教学的虚幻境地，从而丧失教学活动的真理性內涵。不能用多媒体虚拟演示来根本代替真实的现象观察和操作实践。一般来说，该做的演示和学生实验还是要动手动脑操作，“物理虚拟实验室”的使用最好是用在单元复习或者中考总复习时，因为复习课大多数教师不可能再像授新课时准备那么多实验器材，重复那么多的实验现象，授课时间上也不允许。

二是把握适度的原则，要考虑到初中学生的心理特点，注意避免学生由于好奇而沉迷于虚拟世界或计算机的纯粹操作（PC游戏）中。在物理课堂教学中，教师要适度干预和引导，对素材、计算机、网站实现可控可管，适时控制和转移学生的注意力，实现师生、生生、机生之间的协作学习、会话学习和健康可持续学习。

总结

“物理虚拟实验室”是一种基于Web技术，VR虚拟现实技术构建的开放式网络化的实验教学系统，是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化，是有别于一般实验教学课件的重要特征。通过信息化的手段辅助教学，可以帮助学生直观、形象地理解一些物理的概念、规律等，具有灵活、方便、省时、高效等优点。但信息化模拟实验不能完全代替物理实验，模拟实验缺乏学生亲自动手的体验和对科学发现的复杂性、艰巨性的深刻认识。要将两者有机的整合，尽可能的发挥软件的优势，为教学工作服务，提高教师的教学水平，提升学生的科学素养。

参考文献：

[1]肖翔. 初中物理虚拟实验室有效支撑教学的应用分析与探讨[J]. 文理导航：教育研究与实践， 2019（2）：1.

[2]赵瑞巧. 初中物理教学中网络虚拟实验室的建立与运用[J]. 学周刊：上旬， 2015（8）：2.