基于虚拟实验类教学资源支持物理信息化教学研究

摘 要 分析总结虚拟实验类教学资源的特点及其支持初中物理实验教学的优点和局限，正确处理真实实验和虚拟实验之间的关系，为企业设计、开发虚拟实验类教学资源提供理论依据。

关键词 虚拟实验；实验教学；教学资源；科学素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）07-0067-02

1 引言

信息技术的发展一日千里，技术自身以及应用方式都在日新月异地发生变化。在教育中，信息技术与教育教学的融合程度在不断深入，信息技术带给课堂教学的不仅仅是信息传递方式的变化，而是更深层次的教学模式的变化，这种变化在创新应用信息技术的过程中不断地发展。

初中物理课程是一门注重实验的自然科学基础课程，强调以科学探究的学习方式提高学生的科学素养。实验教学是初中物理教学的重要组成部分，是培养学生科学探究能力和动手实践能力的重要途径。教育部在2011年发布的《义务教育物理课程标准（2011年版）》[1]中将初中物理课程中所涉及的物理实验分为学生实验和演示实验两种。教师在教学过程中，利用虚拟实验类教学资源所创建的虚拟仿真实验环境，可以破解在传统实验教学过程中的一些难题，增强实验教学效果，但同时也具有一定的局限性。

本文通过对虚拟实验类教学资源的定义及其特点、利用虚拟实验类教学资源支持初中物理教学的优点和局限性的分析，可以全面认识虚拟实验类教学资源，利于教师正确处理真实实验和虚拟实验之间的关系，也可以为虚拟实验类教学资源的设计、开发和利用提供支持。

2 虚拟实验类教学资源的定义及特点

虚拟实验类教学资源是指可以进行虚拟实验操作的一类信息化教学资源。与其他信息化教学资源相比，虚拟实验类教学资源具有虚拟性、实践性、灵活性等特点[2]。

虚拟性特点 虚拟实验类教学资源是通过计算机程序模拟真实的实验环境中的實验仪器和实验设备，令使用者产生在真实实验操作过程中的沉浸感。虚拟性是虚拟实验类教学资源所具有的最重要的特点，也是其区别其他信息化教学资源的根本特点，令虚拟实验类教学资源具有比拟真实实验环境的仿真环境，也使得虚拟实验类教学资源具有一些优势，如节约资金、安全可靠、仿真环境、节省实验空间、改善实验条件等。

实践性特点 利用虚拟实验类教学资源所创建的虚拟仿真实验环境，虽然与真实实验环境的操作有所不同，但也可以观察完整的实验过程，提升使用者对实验过程的认知，促进对实验知识的理解，提高对实验过程中产生的实验数据进行分析的能力，提高实验操作技能。

灵活性特点 在虚拟仿真实验环境中，教师或学生可以随时根据实验设计对实验环境、实验仪器等实验条件进行调整，通过观察实验过程中的变化，丰富感性认识，便于使用者对实验假设和实验数据进行分析。

3 虚拟实验类教学资源支持初中物理实验教学的优点

利用虚拟实验类教学资源支持初中物理实验教学是信息技术与教育教学深度融合的具体体现，也是实验教学发展的必然趋势。利用虚拟实验类教学资源支持初中物理实验教学的优点包括以下几点。

简化实验准备工作 在真实实验环境中，一个实验的仪器药品准备工作往往十分烦琐，如果是大规模的学生实验，往往又受到场地的大小、设备的多少等客观条件的影响。利用虚拟实验类教学资源，只要利用优盘或者网盘将资源下载拷贝到教室中的计算机上即可，准备工作简化为将虚拟实验类教学资源上传到网盘或者拷贝到优盘中，大大节约了时间和精力。

提升实验的可见度 真实环境中的物理实验需要在实验台上完成，实验过程和实验现象需要近距离才能清晰地观察，坐在教室后排的学生往往不能清晰完整地观看到实验现象和过程。如果教师利用虚拟实验类教学资源进行实验演示，实验过程和实验现象可以通过投影、电子白板或触控电视清晰地展示给班级中的全体学生，从而提升实验的可见度，显著增强实验教学效果。

简化实验操作 在传统实验环境中，如果某个实验所需要的实验仪器很多，并且操作过程很复杂，教师或学生就需要花费很多的精力和时间对实验仪器进行组装或者对实验进行改造，会浪费课堂教学时间。在利用虚拟实验类教学资源所创建的虚拟仿真实验环境中，实验操作过程简化，复杂度大大降低，教师或学生能快速地完成操作。

拓展实验范围 某些物理实验由于客观条件限制，无法在教学中直接进行演示，而且学生也很难了解这些知识，导致教师无法通过语言表述将该实验讲解清楚，如液压机、船闸等大型机械装置和设备的工作过程。在利用虚拟实验类教学资源所创建的虚拟仿真实验环境中，可以拓展实验范围，具体包括两方面：

1）对现实中存在的，由于主客观条件限制无法或难以进行的实验进行研究，如上面所说的液压机、船闸等；

2）对历史上曾经出现过，由于时过境迁已经不存在的对象进行模拟再现，可以提高学生对该事物的认识。

提升实验的灵活性 教师或学生在利用虚拟实验类教学资源创设的虚拟仿真环境中进行实验操作时，可以根据实验设计需要，随时改变实验条件观察实验结果，有利于丰富学生对实验的感性认识，增强学生对实验原理的理解。学生在进行实验操作的过程中，可以不依据一种假设或理论，而且最终得出的实验结果可以为一种理论或假设提供数据支持，这种探究方式可以极大地增强学生学习物理的兴趣。

提高学生的科学探究能力和实验操作技能 虚拟实验类教学资源创造的实验环境与真实实验环境中的实验仪器设备是相同的，学生可以进行实验探究活动。在科学探究过程中，学生可以验证实验假设或猜想，观察实验现象，记录实验数据，分析实验结果，提升科学素养。学生在虚拟实验过程中的操作，既可以加深对实验仪器、操作的了解，也可以提升对实验过程的认识，提高实验操作技能。

4 虚拟实验类教学资源支持初中物理实验教学的局限性

虚拟实验类教学资源在支持初中物理实验教学过程中虽然具有诸多优点，但也存在明显的局限性，这种局限性体现在虚拟实验无法替代真实实验上。

无法探索未知的知识 实验对于物理来说不是简单地验证已有的理论，更重要的意义在于探索未知的知识。真实的实验需要在严格的实验条件下才能产生预设或未知的实验结果，而实验条件的轻微变化往往会导致另一种实验结果。虚拟实验类教学资源创设的实验环境均是依据已有的成熟的理论，利用计算机程序模拟的真实实验过程，无法对未知的知识进行探索。

无法快速提高学生对真实实验仪器设备操作的水平 利用虚拟实验类教学资源所创建的虚拟仿真实验环境，虽然可以提高学生对实验过程和仪器设备的感知和对实验知识的理解，但毕竟不是真实操作实验仪器设备，限制了动手操作能力的培養。真实实验环境具有一定的复杂性，而虚拟实验大大简化了这种复杂性，学生在没有接触过实验仪器设备的情况下，虽然知道标准的操作要求，但仍不能在真实环境中完成标准操作，类似“站在岸上学游泳”，无法快速提高学生对真实实验仪器设备操作的水平。

5 总结

虚拟实验类教学资源具有简化实验准备工作、提升实验可见度、简化实验操作、拓展实验范围、提升实验灵活性、提高学生科学探究能力和实验操作技能等优点，也具有无法探索未知知识、无法快速提高学生对真实实验仪器设备操作水平的局限性。充分了解虚拟实验类教学资源的优点和局限，可以全面、客观地认识虚拟实验类教学资源。教师应该正确处理真实实验和虚拟实验之间的关系，科学利用虚拟实验类教学资源，不断探索实验教学的新模式，提高初中物理实验教学水平。■

参考文献

[1]教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[S/OL].[2016-10-07].http：//www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s8001/201404/167340.html.

[2]梁凯华.教师“整合”适应性专长及其发展研究[D].长春：东北师范大学，2013.

作者：赵美荣，鄂尔多斯市电化教育馆教研员，中学高级教师，长期从事中小学实验教学指导、培训工作，研究方向为中小学理化生科学实验教学管理、培训、考试、教研等（017010）。

10.3969/j.issn.1671-489X.2017.07.069