./虛擬實驗在中學物理教學中的運用學校：烏魯木齊市第97中學〔金英外國語學?！砡_陳夏云學科：初中物理：：xiayunchen2008163虛擬實驗在中學物理教學中的運用摘要：信息時代的到來網(wǎng)絡的普與,多媒體技術(shù)仿真技術(shù)進入物理課堂,引起物理教學方法的革新。利用多媒體仿真實驗技術(shù)制成的虛擬實驗有著真實實驗無法比擬的優(yōu)點,在物理課堂的應用,是物理教學質(zhì)量得到提高,培養(yǎng)了學生的學習興趣,提高了學生的創(chuàng)新能力和學習成績。節(jié)約了節(jié)約資金,提高了辦學效率。但虛擬實驗在物理實驗教學中也有不足,而克服它的不足的有效方法是,虛擬實驗與真實實驗的有效整合,這就要求教師更新觀念,采用更為合理的教學方法,來培養(yǎng)合格的人才。關(guān)鍵詞：虛擬實驗；模擬實驗室；學習興趣；教學質(zhì)量；學困生；整合；高效學習。初中物理是一門實驗科學,物理知識是在實驗的基礎(chǔ)上得出的,因此實驗教學在物理教學中起到很重要的作用。教師對實驗教學十分重視,但是由于實驗儀器的短缺,一些實驗不能做,有些實驗做起來復雜效果不明顯,網(wǎng)絡的普與,中學生的興趣愛好的廣泛,教師做的物理實驗不能很好的引起學生的注意,激不起學生的學習興趣,傳統(tǒng)的實驗教學已經(jīng)不適應學生的學習要求。這就要求我們教師不斷學習各種文化知識和先進的教學理念,改進實驗教學。多媒體技術(shù)與初中物理有效的整合,在初中物理實驗中恰當?shù)倪\用虛擬實驗可以解決許多傳統(tǒng)實驗中的弊端,提高學生的學習興趣,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力,提高教育教學效果。〔一〕物理虛擬實驗初中物理虛擬實驗,根據(jù)物理教學要求,利用計算機仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)進行模擬實驗,包括虛擬仿真實驗室和flash課件。虛擬實驗在物理教學中的廣泛運用降低了教學成本,提高了教學效率使物理實驗不再受時間空間的限制,解決學校因設備欠缺而無法開展實驗的問題,對提高實驗教育質(zhì)量起著重要作用.虛擬實驗能夠很好地模擬真實實驗情況,使實驗更直觀,虛擬實驗有著真實實驗無法比擬的優(yōu)點.〔1〕虛擬實驗彌補實驗設備不足。傳統(tǒng)實驗需要借助于具體的實驗設備,而設備價格昂貴,損耗大,實驗成本高.而虛擬實驗中的虛擬設備不存在著磨損、破壞,可反復使用.既滿足了教學要求,有節(jié)約資金,又能提高辦學效益.<2>虛擬實驗學習時間不受限制具有開放性.虛擬實驗打破了傳統(tǒng)實驗的模式,實驗者不再受到時間、空間上的制約,可隨時、隨地進入虛擬實驗室,選擇相應的實驗操作.實驗者還可根據(jù)需要,選擇不同的實驗伙伴,共同完成實驗.<3>虛擬實驗節(jié)奏具有可控性.利用計算機的模擬功能、動畫效果、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)緩慢過程的快速化或快速過程的緩慢化,使學生加深理解.實驗者還可隨時控制實驗的進展,實驗中相應的數(shù)據(jù)也可以按其需求反饋給操作者.<4>虛擬實驗具有安全性.一些實驗危險性比較高,若操作疏忽,容易對操作者造成危害,而虛擬實驗卻無任何危險.對有毒有害、污染環(huán)境和破壞性實驗,也可在虛擬實驗室內(nèi)完成.<二>虛擬實驗在物理教學中的作用〔1〕虛擬實驗提高學生的學習物興趣傳統(tǒng)教學中教學方式手段比較單一,對于無法完成的實驗,大多數(shù)課堂僅用粉筆、黑板,靠教師一X嘴滔滔不絕地講,時間長了學生聽起來枯燥、乏味、注意力不集中,學習效率低下。即使一些能做的實驗,由于學生大都接觸網(wǎng)絡,興趣愛好的轉(zhuǎn)移,物理實驗已經(jīng)不能激起興趣,學生在教師的約束下被動的學習,束縛了學生的思維想象,結(jié)果很容易引起學生產(chǎn)生厭學情緒。利用多媒體技術(shù)制成的仿真虛擬實驗充滿高新技術(shù)的氣息,顏色搭配恰當,畫面精美能極大地調(diào)動學生的學習興趣和求知欲。實驗仿真生動、形象,降低了學習難度,提高了學習效率。教師在教學過程中可輕松引領(lǐng)學生進入直觀、形象、甚至虛擬的場景,使學生猶如身臨其境,學習興趣倍增,由被動變?yōu)橹鲃訉W習。如講授馬德堡半球?qū)嶒灂r,把兩個馬德堡半球合在一起,抽掉里面的空氣后叫一個學生拉一下,拉不開,就證明大氣壓強的存在。但是,究竟大氣壓強有多大？學生沒有感受,印象不深。我采用虛擬實驗,可以在課堂里模擬300多年前的馬德堡半球?qū)嶒?分拉兩個半球的馬匹從2匹增加到4匹、8匹,直到16匹,再配以緊X而有節(jié)奏的馬賽進行曲伴奏,直到"啪"的一聲,把兩個半球拉開,聲像并茂,把學生帶入了現(xiàn)場實驗情境,所有學生都十分投入。采用虛擬實驗對馬德堡半球進行剖析講解,強化了學生對大氣從四面八方施壓給半球的基本概念的理解,提高了學生的學習興趣。〔2〕虛擬實驗能夠提高物理實驗教學的可視度。虛擬實驗能夠提高實驗可視度,降低實驗難度,節(jié)省教學時間。物理知識是在實驗的基礎(chǔ)上得出的,所以演示實驗是物理教學經(jīng)常用的教學方法,實物演示實驗教師在前邊做,由于教室較大、學生多,只有前面的學生看的清,影響教學效果。利用多媒體技術(shù)制成仿真實驗能夠很好的解決這一問題。例如再講影響摩擦力的因素的實驗時,把演示實驗制成flash動畫,在屏幕上顯示,學生觀看后很容易得出影響摩擦力兩個因素。再講影響壓力的作用效果的實驗時,利用動畫演示小桌不同情況下在沙子凹陷程度,學生非常容易得出影響壓力的作用效果的因素。通過多媒體演示虛擬實驗學生都能看的,學習興趣提高了,實驗難度降低了,節(jié)省教學時間,提高了實驗教學的效率<3>虛擬實驗有助于突破重點和難點。在物理課堂中,用實驗來演示是一種很好的教學方法,但由于實驗受到時間、空間等因素影響,因而總有許多力不從心之處。利用多媒體技術(shù)的強大開發(fā)功能可彌補其中不足,現(xiàn)在我們可運用不同的軟件在計算機上模擬實驗過程可獲得很好的效果。例如講電流時,電流的方向判斷與大小計算在初三電學中是重點,但電流在導體中看不見,摸不著的,對初中學生來說是較抽象難以理解的、導致在電路分析和計算經(jīng)常出錯,課本中雖然有許多幅相關(guān)插圖,但卻是靜止的,不能讓學生有電荷流動感覺。如果利用多媒體技術(shù)中動態(tài)軟件<Flash>設計；非常方便地制作出導線中正、負電荷流動的畫面,這樣把微觀粒子夸X化,學生理解起來就不那么困難。再如,在介紹船閘是利用小道理解決大問題時,課本畫了船經(jīng)過船閘從上游駛往下游過程中四幅插圖,也可用動畫、設計、演示閥門打開,船隨水位下降而下降與船運動的效果。還有許多現(xiàn)象與應用我們在課堂上無法做的實驗；我們也可參照類似做法。虛擬實驗在物理課堂的應用,學生心情愉快,重點難點易掌握,學生理解起來難度降低了,學習效率大幅度提高。如下做小燈泡的伏安特性曲線時可以看到電路中的電流流向,當滑動變阻器滑動時可看到小燈泡的亮度變化以與電流電壓的變化。測小燈泡的伏安特性曲線實驗〔4〕利用虛擬實驗室,彌補課上實際實驗的不足老師要求學生先通過虛擬實驗明確實驗原理、目的和要求,然后按照要求進行虛擬實驗,得到數(shù)據(jù)后進行處理,并回答思考題,做過虛擬實驗后,學生做真實實驗時可以避免出現(xiàn)盲目操作,防止儀器損壞。例如:在做電路連接類虛擬實驗時,如果連接錯誤,虛擬實驗系統(tǒng)會發(fā)出警告,并提示需要重新連接,只有線路連接正確才能進行下面的內(nèi)容,這樣的實驗安排,使學生實驗思路較清晰,縮短了做真實實驗的時間,提高了教學效率.第三種教學模式是只做虛擬實驗,這主要是針對受到學校實驗條件限制無法開設真實實驗的那部分物理實驗.在物理實驗教學中,對于一些投資較大,暫時沒有條件開設的或者有一定危險性的實驗,用虛擬實驗替代真實實驗,可以在一定程度上彌補未能開設某個真實實驗的不足。例如講托里拆利實驗時,實際做實驗有危險〔水銀有毒〕,實驗不易做,利用多媒體動畫演示實驗過程,就可以解決問題,學生學習起來很容易。虛擬實驗可以成為真實實驗的補充,從上述教學模式可以看出,該模式是在傳統(tǒng)的實驗教學模式的基礎(chǔ)上改造而得出的,它繼承了傳統(tǒng)實驗教學模式的優(yōu)點,又充分發(fā)揮了計算機技術(shù)在實驗教學中的優(yōu)勢,從而進一步培養(yǎng)學生的實驗能力和實踐能力?！?〕利用虛擬實驗提高學困生的學習成績由于學生的智力水平、興趣愛好等因素會造成部分學生物理成績差。幫助學困生也是教師必須做的,當今學生接觸社會實踐少,平時也不注意觀察,所以做物理實驗很費勁,還有部分學生不注意觀察、不動手做,對物理知識難理解,久而久之,也就沒有了學習興趣,學習成績下降。要提高學困生的成績,就要培養(yǎng)他們的學習興趣,物理是一門實驗學科,物理知識是在實驗的基礎(chǔ)上得出的,因此就要從實驗開始培養(yǎng)他們的興趣。傳統(tǒng)實驗他們感覺沒意思,就把實驗制成精美的動畫,有時在加上音樂來引起注意提高興趣。對于上課學不會的,利用虛擬實驗室來幫助他們的學習物理知識。利用計算機仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)建立光學、力學、電學實驗室,安裝在學校計算機上,課下讓學困生練習。當今計算機普與,把這些仿真實驗軟件傳到上,讓學生在家里下載后練習,再通過對那些學困生進行指導性監(jiān)督。例如再講電路的串并聯(lián)時,有幾個女生上課時從她們的表情看出她們有困難,下課一說不懂,不會畫,也不會聯(lián)。把她們叫到實驗室計算機旁,打開電學實驗室軟件,給她們演示如何選器材、選導線的顏色,如何連接電路,如何確認電路是否正確,學生看后都想試試。告訴她們回家后在我的里下載后安裝使用。晚上有通過給她們進行指導練習。第二天上課練習連接電路時,這幾個女生爭著舉手,叫上其中一個,很快聯(lián)對了電路,找到了自信,學習興趣也提高了。后來我把虛擬實驗室軟件上傳到群上,讓有電腦的下載下來,每學到實驗提前練習,若課上還不能學會的,課下在練習。一個學期下來,期末考試全班物理成績普遍提高,尤其學困生成績提高幅度更大,激發(fā)了學生的學習興趣,學生的能力得到提高?！?〕通過虛擬實驗培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力物理教學目的之一就是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力,而創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維的養(yǎng)成,學生的學生興趣是前提,動手實驗是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的一個主要過程,因此,鼓勵學生積極大膽參與科學探究。在真實實驗活動中,學生由于害怕弄壞實驗儀器等原因,不敢大膽開展實驗,在虛擬實驗環(huán)境下不受時空的限制,學生可以完全按照自己的想法去做,體驗科學樂趣、了解科學方法、獲取科學知識,逐步樹立科學創(chuàng)新精神。例如再講怎樣用變阻器改變燈泡的亮度的實驗時,課上實物演示,課下讓學生在家里利用虛擬實驗室練習,第二天有一平時學習不好的學生興沖沖跑到辦公室,讓我看他利用變阻器、電壓表、燈泡、電源等設計的測風速的電路,電路設計的正確當場以肯定,并在全班表揚他,從這以后他學習刻苦了,和其他同學一起設計出許多創(chuàng)新小實驗,學生的創(chuàng)新能力得到提高。鼓勵學生利用電腦上的虛擬實驗室,多做實驗,比較困難的地方給予具體的指導,使學生能夠比較順利地參與科學探究活動,對學生小創(chuàng)新給予鼓勵,不但掌握了知識,也培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神,無形提高他們的創(chuàng)新能力?！踩程摂M實驗在物理實驗教學中的不足物理虛擬實驗在實驗教學中所發(fā)揮的作用是十分明顯的,但虛擬的環(huán)境也有它明顯的不足。如完全虛擬,沒有實物,缺乏物理實驗的氛圍；實驗過程理想化,對真實實驗中一些細節(jié),特別是易出現(xiàn)的實驗故障等問題缺乏模擬,不利于培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力；數(shù)據(jù)采集具有統(tǒng)一性,不利于教師與時發(fā)現(xiàn)問題,學生的實際操做能力得不到鍛煉。只是按了幾下鼠標,而沒有實際操做。這樣做實驗的目的只是讓學生知道實驗的結(jié)果,缺乏師生間的情感交流,較難做到教。教學中不能盲目的用虛擬等手段去替代物理實驗,因為實驗比計算機模擬出來的,更具有真實性和說服力。因此,可以實際操作的實驗還是要實事求是的做,但對于一些難以實際演示的實驗,為了加深學生對于知識的理解,適當利用仿真實驗也無可厚非,要做到虛擬實驗與實際真實實驗的相結(jié)合來提高物理教學效果。虛擬實驗是對真實實驗的模擬,在很大程度上改善了學校實驗設備硬件不足的現(xiàn)狀,提高教學效率,但是虛擬實驗絕對不能完全取代真實實驗,因為學生在真實實驗中可以鍛煉動手操作能力等方面,而這正是虛擬實驗缺乏的。因此,在物理實驗教學中,虛擬實驗應以真實實驗為依托,真實實驗也應以虛擬實驗為手段和輔佐,使虛擬實驗與真實實驗在實現(xiàn)物理實驗教學目的方面相得益彰、優(yōu)勢互補。信息時代到來,網(wǎng)絡的普與,虛擬現(xiàn)實技術(shù)的迅猛發(fā)展,這就要求我們教師更新教育觀念,把信息技術(shù)引入的物理課堂,改變傳統(tǒng)實驗教學方式,做到真實實驗與虛擬實驗相結(jié)合,恰當、合理的使用虛擬實驗來完成實驗教學。要求教師不但要懂得專業(yè)知識,還要學習掌握現(xiàn)代多媒體技術(shù),具有創(chuàng)新精神和能力,不斷地進行知識更新,,重視信息的收集、加工、應用,制作出適合學生的實驗課件和軟件,學習制作更完善、科學的虛擬實驗室軟件,應用多種實驗教學方法,虛擬實驗與實際操作相結(jié)合,到達培養(yǎng)學生興趣,培養(yǎng)學生