2022年虚拟实验在初中物理教学有效运用的研究 .pdf

虚拟实验在初中物理教学中的有效运用摘要；信息时代的到来网络的普及，多媒体技术仿真技术进入物理课堂，引起物理教学方法的革新。利用多媒体仿真实验技术制成的虚拟实验有着真实实验无法比拟的优点，在物理课堂的应用，是物理教学质量得到提高，培养了学生的学习兴趣，提高了学生的创新能力和学习成绩。节约了节约资金，提高了办学效率。但虚拟实验在物理实验教学中也有不足，而克服它的不足的有效方法是，虚拟实验与真实实验的有效整合，这就要求教师更新观念，采用更为合理的教学方法，来培养合格的人才。关键词；虚拟实验；学习兴趣；教学质量；学困生；整合；初中物理是一门实验科学，物理知识是在实验的基础上得出的，因此实验教学在物理教学中起到很重要的作用。教师对实验教学十分重视，但是由于实验仪器的短缺，一些实验不能做，有些实验做起来复杂效果不明显，网络的普及，中学生的兴趣爱好的广泛，教师做的物理实验不能很好的引起学生的注意，激不起学生的学习兴趣，传统的实验教学已经不适应学生的学习要求。这就要求我们教师不断学习各种文化知识和先进的教学理念，改进实验教学。多媒体技术与初中物理有效的整合，在初中物理实验中恰当的运用虚拟实验可以解决许多传统实验中的弊端，提高学生的学习兴趣，培养学生的创新能力，提高教育教学效果。（一）物理虚拟实验初中物理虚拟实验，根据物理教学要求，利用计算机仿真技术、多媒体技术和网络技术进行模拟实验，包括虚拟仿真实验室和flash 课件。虚拟实验在物理教学中的广泛运用降低了教学成本,提高了教学效率使物理实验不再受时间空间的限制,解决学校因设备欠缺而无法开展实验的问题,对提高实验教育质量起着重要作用.虚拟实验能够很好地模拟真实实验情况,使实验更直观,虚拟实验有着真实实验无法比拟的优点.（1）虚拟实验弥补实验设备不足。传统实验需要借助于具体的实验设备,而设备价格昂贵,损耗大,实验成本高.而虚拟实验中的虚拟设备不存在着磨损、破坏,可反复使用.既满足了教学要求,有节约资金，又能提高办学效益.(2)虚拟实验学习时间不受限制具有开放性.虚拟实验打破了传统实验的模式,实验者不再受到时间、空间上的制约,可随时、随地进入虚名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 6 页 -拟实验室网站,选择相应的实验操作.实验者还可根据需要,选择不同的实验伙伴,共同完成实验.(3)虚拟实验节奏具有可控性.利用计算机的模拟功能、动画效果、虚拟现实等技术能够实现缓慢过程的快速化或快速过程的缓慢化,使学生加深理解.实验者还可随时控制实验的进展,实验中相应的数据也可以按其需求反馈给操作者.(4)虚拟实验具有安全性.一些实验危险性比较高,若操作疏忽,容易对操作者造成危害,而虚拟实验却无任何危险.对有毒有害、污染环境和破坏性实验,也可在虚拟实验室内完成.(二)虚拟实验在物理教学中的作用（1）虚拟实验提高学生的学习物兴趣传统教学中教学方式手段比较单一，对于无法完成的实验，大多数课堂仅用粉笔、黑板，靠教师一张嘴滔滔不绝地讲，时间长了学生听起来枯燥、乏味、注意力不集中，学习效率低下。即使一些能做的实验，由于学生大都接触网络，兴趣爱好的转移，物理实验已经不能激起兴趣，学生在教师的约束下被动的学习，束缚了学生的思维想象，结果很容易引起学生产生厌学情绪。利用多媒体技术制成的仿真虚拟实验充满高新技术的气息，颜色搭配恰当，画面精美能极大地调动学生的学习兴趣和求知欲。实验仿真生动、形象，降低了学习难度，提高了学习效率。教师在教学过程中可轻松引领学生进入直观、形象、甚至虚拟的场景，使学生犹如身临其境，学习兴趣倍增，由被动变为主动学习。如讲授马德堡半球实验时，把两个马德堡半球合在一起，抽掉里面的空气后叫一个学生拉一下，拉不开，就证明大气压强的存在。但是，究竟大气压强有多大？学生没有感受，印象不深。我采用虚拟实验，可以在课堂里模拟300 多年前的马德堡半球实验，分拉两个半球的马匹从2 匹增加到 4 匹、8 匹，直到 16 匹，再配以紧张而有节奏的马赛进行曲伴奏，直到“啪”的一声，把两个半球拉开，声像并茂，把学生带入了现场实验情境，所有学生都十分投入。采用虚拟实验对马德堡半球进行剖析讲解，强化了学生对大气从四面八方施压给半球的基本概念的理解，提高了学生的学习兴趣。（2）虚拟实验能够提高物理实验教学的可视度。虚拟实验能够提高实验可视度，降低实验难度，节省教学时间。物理知识是在实验的基础上得出的，所以演示实验是物理教学经常用的教学方法，实物演名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 6 页 -示实验教师在前边做，由于教室较大、学生多，只有前面的学生看的清，影响教学效果。利用多媒体技术制成仿真实验能够很好的解决这一问题。例如再讲影响摩擦力的因素的实验时，把演示实验制成flash 动画，在屏幕上显示，学生观看后很容易得出影响摩擦力两个因素。再讲影响压力的作用效果的实验时，利用动画演示小桌不同情况下在沙子凹陷程度，学生非常容易得出影响压力的作用效果的因素。通过多媒体演示虚拟实验学生都能看的，学习兴趣提高了，实验难度降低了，节省教学时间，提高了实验教学的效率(3)虚拟实验有助于突破重点和难点。在物理课堂中，用实验来演示是一种很好的教学方法，但由于实验受到时间、空间等因素影响，因而总有许多力不从心之处。利用多媒体技术的强大开发功能可弥补其中不足，现在我们可运用不同的软件在计算机上模拟实验过程可获得很好的效果。例如讲电流时，电流的方向判断及大小计算在初三电学中是重点，但电流在导体中看不见，摸不着的，对初中学生来说是较抽象难以理解的、导致在电路分析和计算经常出错，课本中虽然有许多幅相关插图，但却是静止的，不能让学生有电荷流动感觉。如果利用多媒体技术中动态软件(Flash)设计；非常方便地制作出导线中正、负电荷流动的画面，这样把微观粒子夸张化，学生理解起来就不那么困难。再如，在介绍船闸是利用小道理解决大问题时，课本画了船经过船闸从上游驶往下游过程中四幅插图，也可用动画、设计、演示阀门打开，船随水位下降而下降及船运动的效果。还有许多现象及应用我们在课堂上无法做的实验；我们也可参照类似做法。虚拟实验在物理课堂的应用，学生心情愉快，重点难点易掌握，学生理解起来难度降低了，学习效率提高了。（4）利用虚拟实验室，弥补课上实际实验的不足老师要求学生先通过虚拟实验明确实验原理、目的和要求,然后按照要求进行虚拟实验,得到数据后进行处理,并回答思考题，做过虚拟实验后,学生做真实实验时可以避免出现盲目操作,防止仪器损坏。例如:在做电路连接类虚拟实验时,如果连接错误,虚拟实验系统会发出警告,并提示需要重新连接,只有线路连接正确才能进行下面的内容，这样的实验安排,使学生实验思路较清晰,缩短了做真实实验的时间,提高了教学效率.第三种教学模式是只做虚拟实验,这主要是针对受到学校实验条件限制无法开设真实实验的那部分物理实验.在物理实验教学中,对名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 6 页 -于一些投资较大,暂时没有条件开设的或者有一定危险性的实验,用虚拟实验替代真实实验,可以在一定程度上弥补未能开设某个真实实验的不足。例如讲托里拆利实验时，实际做实验有危险（水银有毒），实验不易做，利用多媒体动画演示实验过程，就可以解决问题，学生学习起来很容易。虚拟实验可以成为真实实验的补充，从上述教学模式可以看出,该模式是在传统的实验教学模式的基础上改造而得出的，它继承了传统实验教学模式的优点,又充分发挥了计算机技术在实验教学中的优势,从而进一步培养学生的实验能力和实践能力。（5）利用虚拟实验提高学困生的学习成绩由于学生的智力水平、兴趣爱好等因素会造成部分学生物理成绩差。帮助学困生也是教师必须做的，当今学生接触社会实践少，平时也不注意观察，所以做物理实验很费劲，还有部分学生不注意观察、不动手做，对物理知识难理解，久而久之，也就没有了学习兴趣，学习成绩下降。要提高学困生的成绩，就要培养他们的学习兴趣，物理是一门实验学科，物理知识是在实验的基础上得出的，因此就要从实验开始培养他们的兴趣。传统实验他们感觉没意思，就把实验制成精美的动画，有时在加上音乐来引起注意提高兴趣。对于上课学不会的，利用虚拟实验室来帮助他们的学习物理知识。利用计算机仿真技术、多媒体技术和网络技术建立光学、力学、电学实验室，安装在学校计算机上，课下让学困生练习。当今计算机普及，把这些仿真实验软件传到邮箱上，让学生在家里下载后练习，再通过 QQ 对那些学困生进行指导性监督。例如再讲电路的串并联时，有几个女生上课时从她们的表情看出她们有困难，下课一说不懂，不会画，也不会联。把她们叫到实验室计算机旁，打开电学实验室软件，给她们演示如何选器材、选导线的颜色，如何连接电路，如何确认电路是否正确，学生看后都想试试。告诉她们回家后在我的邮箱里下载后安装使用。晚上有通过QQ 给她们进行指导练习。第二天上课练习连接电路时，这几个女生争着举手，叫上其中一个，很快联对了电路，找到了自信，学习兴趣也提高了。后来我把虚拟实验室软件上传到QQ群上，让有电脑的下载下来，每学到实验提前练习，若课上还不能学会的，课下在练习。一个学期下来，期末考试全班物理成绩普遍提高，尤其学困生成绩提高幅度更大，激发了学生的学习兴趣，学生的能力得到提高。（6）通过虚拟实验培养学生的创新能力名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 6 页 -物理教学目的之一就是培养学生创新能力，而创新意识、创新思维的养成，学生的学生兴趣是前提，动手实验是培养创新能力的一个主要过程，因此，鼓励学生积极大胆参与科学探究。在真实实验活动中,学生由于害怕弄坏实验仪器等原因,不敢大胆开展实验,在虚拟实验环境下不受时空的限制，学生可以完全按照自己的想法去做,体验科学乐趣、了解科学方法、获取科学知识,逐步树立科学创新精神。例如再讲怎样用变阻器改变灯泡的亮度的实验时，课上实物演示，课下让学生在家里利用虚拟实验室练习，第二天有一平时学习不好的学生兴冲冲跑到办公室，让我看他利用变阻器、电压表、灯泡、电源等设计的测风速的电路，电路设计的正确当场以肯定，并在全班表扬他，从这以后他学习刻苦了，和其他同学一起设计出许多创新小实验，学生的创新能力得到提高。鼓励学生利用电脑上的虚拟实验室，多做实验，比较困难的地方给予具体的指导,使学生能够比较顺利地参与科学探究活动，对学生小创新给予鼓励，不但掌握了知识，也培养他们的创新精神，无形提高他们的创新能力。（三）虚拟实验在物理实验教学中的不足物理虚拟实验在实验教学中所发挥的作用是十分明显的，但虚拟的环境也有它明显的不足。如完全虚拟，没有实物，缺乏物理实验的氛围；实验过程理想化，对真实实验中一些细节，特别是易出现的实验故障等问题缺乏模拟，不利于培养学生发现问题和解决问题的能力；数据采集具有统一性，不利于教师及时发现问题，学生的实际操做能力得不到锻炼。只是按了几下鼠标，而没有实际操做。这样做实验的目的只是让学生知道实验的结果，缺乏师生间的情感交流，较难做到教。教学中不能盲目的用虚拟等手段去替代物理实验，因为实验比计算机模拟出来的，更具有真实性和说服力。因此，可以实际操作的实验还是要实事求是的做，但对于一些难以实际演示的实验，为了加深学生对于知识的理解，适当利用仿真实验也无可厚非，要做到虚拟实验与实际真实实验的相结合来提高物理教学效果。虚拟实验是对真实实验的模拟,在很大程度上改善了学校实验设备硬件不足的现状,提高教学效率，但是虚拟实验绝对不能完全取代真实实验,因为学生在真实实验中可以锻炼动手操作能力等方面,而这正是虚拟实验缺乏的。因此,在物理实验教学中,虚拟实验应以真实实验为依托,真实实验也应以虚拟实验为手段和辅名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 6 页 -佐,使虚拟实验与真实实验在实现物理实验教学目的方面相得益彰、优势互补。信息时代到来，网络的普及，虚拟现实技术的迅猛发展，这就要求我们教师更新教育观念，把信息技术引入的物理课堂，改变传统实验教学方式，做到真实实验与虚拟实验相结合，恰当、合理的使用虚拟实验来完成实验教学。要求教师不但要懂得专业知识，还要学习掌握现代多媒体技术，具有创新精神和能力，不断地进行知识更新，,重视信息的收集、加工、应用,制作出适合学生的实验课件和软件，学习制作更完善、科学的虚拟实验室软件，应用多种实验教学方法，虚拟实验与实际操作相结合，到达培养学生兴趣，培养学生创新精神，提高教育教学效果的目的，为培养出适合社会要求的合格人才而努力。参考文献：1物理课程标准（北京师范大学出版社）2阎金铎、田世昆：中学物理教学概论M.北京：高等教育出版社,2003 年 12月3 李欣虚拟现实及其教育应用M 北京：科学出版社，2008 年4 张茂军虚拟现实系统 M 北京：科学出版社，2002 年5 单美贤，李艺虚拟实验原理与教学应用M 北京：教育科学出版社，2004年名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 6 页 -