虚拟实验在物理教学中的作用

刘厚波

实验是物理学基本研究方法之一，既是学生理解概念和规律的基础，又是培养学生思维能力、实验能力及道德素养、科学素养的重要途径。然而真实实验仍有不尽如人意的地方，受到教学空间、时间或现实条件的限制，实验的观察和操作有时无法达到教学要求。如：物理现象微弱，可见度小，呈现时间不足，现象稍纵即逝；微观、宇观现象根本无法进行实验；学生实验因操作不当损坏器材甚至造成不安全事故等。虚拟实验就是在这样的背景下应运而生的。虚拟实验是指利用多媒体软件模拟真实物理环境，展现似真实的实验装置及实验现象的一种方法，它是信息技术与实验整合的产物。它可以将真实现象通过多种方式展示给学生，弥补了真实实验的不足，增强了学生的感性认识。

虚拟实验在物理教学中有着非常重要的作用。

1 激发兴趣，调动学生学习的积极性和主动性

将学生不易看到或根本无法看到的现象通过虚拟实验动态地展示出来，给学生带来视觉上的冲击，情感上的感染，展示物理世界的神奇与奥妙，同时又激发了学生的好奇心和求知欲，调动了学生学习的积极性和主动性。如讲“原子结构”时，播放虚拟实验，让学生看到粒子是怎样穿过原子的，从而激发兴趣展开想象，主动探求原子结构的奥秘。

2 有利于培养学生的各种能力

2.1 培养学生分析问题和解决问题的能力

虚拟实验可将运动过程缩短或变化的瞬间延时，再现物理过程，有利于帮助学生观察现象，分析归纳，抽象概括出物理概念或规律，从而培养学生分析问题的能力。如在“简谐运动”教学中，通过Flash动画展示弹簧振子的运动过程，为学生分析现象、探究规律创造有利条件：一方面可整体把握运动特征（周期往复性）；另一方面可以通过暂停键控制其动态变化，设计箭头，帮助学生分析振子运动过程中物理量的大小、方向变化趋势，通过协商、交流、讨论、归纳，总结振动规律。

2.2 培养空间想象能力，加深对知识的理解

有很多物理现象抽象、不直观，无形中增加了学生理解知识的难度，通过虚拟实验课有效解决这些问题。如电场线、磁感线的描绘，可将静态描述动态化、平面图形立体化。设计三维立体动画，让学生看到不同方位场线走向如何，疏密怎样，帮助学生构建立体场线图景，加深理解场线的空间分布规律，再完成从形象到抽象的转化。

2.3 有利于学生实验技能的提高

物理实验中有关仪器操作规范、方法、读数等知识，用实验会带来很多问题，如重复操作浪费材料，不当操作损坏仪器，有些高危险性实验不易操作或演示（如短路实验等）。这些问题对学生实验技能的提高带来了不良影响，而且还不能及时反馈、校正错误。用虚拟实验可以给学生创设逼真的实验环境，有效克服上述弊端，为学生实验技能的提高，提供了平台。如“游标卡尺螺旋测微器的使用”的教学，课前制作课件，界面分为结构、原理、分度值、练习、测试等几个栏目，然后将课件发表到校园网上。上课时，先让学生通过课件了解两尺结构，弄懂原理及读数方法，进行自主学习、练习操作及读数。学生通过”练习”栏目设定的反馈程序及时了解操作、读数是否正确，再通过“测试”栏目的测试可随时了解自己掌握的程度。如果操作或读数错误，可通过同学间的协作交流共同解决，教师也可以随时给予帮助。最后由教师小结，强调使用方法。有了这样的仿真训练，学生的操作及读数技能有了很大的提高，在以后的实验中再用实物操作、读数，会收到事半功倍的效果。

3 加大课堂容量，提高课堂效率

物理习题教学是培养学生解决实际问题的重要环节。在习题课中，由计算机展示问题途径，通过动态模拟问题情景中包含的物理过程及物理模型，帮助学生建立正确的物理图景，抓住问题核心，理解解题思路，这样可以大大提高习题课教学效率。如“动量守恒定律”设计中，充分发挥多媒体运用于教学的优势，与传统板书相比较，它能够演示连续的物理过程，使习题问题形象化；与纯粹的实验教学相比，能使运动过程便于观察、分析，快速地使运动过程重复实现，更有助于分析过程、理解知识、培养能力。

尽管虚拟实验在物理教学中有非常重要的作用，但可信度低，它仅仅适用于弥补真实实验的不足。所以要应用得当，不可滥用，不能用虚拟实验代替真实实验。宏观物理现象要坚持实物演示，给学生提供真实的感性材料。科学研究必须尊重事实，以事实为基础。只有将真实实验与虚拟实验有机结合，优势互补，才能使物理课堂丰富多彩，魅力无穷。

收稿日期：2016-09-20