初中物理虚拟实验应用分析

摘要：在初中物理教学中，常用的虚拟实验分析方法有利用动画制作软件制作的虚拟实验演示课件、利用成套的虚拟实验室软件来演示仿真物理实验两种。虚拟实验和实际实验各有优势，在运用虚拟实验时，应该强化实验过程的分析，突出学生的自主地位，促进学生综合素质的提高。在运用虚拟物理实验时，需要注意虚拟实验不利于直接经验的获得、也不能代替实际操作。

关键词：初中物理;虚拟;实验

中图分类号：G633.7   文献标识码：A   文章编号：1992-7711（2018）10-0065

随着信息技术在教学中的应用与推广，关于运用物理虚拟实验的研究日益丰富，现在已经形成了较为成熟的应用理论和实践技巧。但是人们对如何运用虚拟实验依旧存在分歧。如学生只做虚拟实验而不做实际物理实验，学生能否准确抓住物理实验的本质？虚拟实验能否完成学生动手能力的培养？如何认识虚拟实验的科学性？在此，笔者就以初中物理虚拟实验的应用为话题，谈谈自己的认识。

一、初中物理虚拟实验的两种类型

在初中物理教学中，常用的虚拟实验有以下两种：

1. 利用动画制作软件制作的虚拟实验演示课件

信息技术与学科教学整合的最基本形式就是动画演示，利用动画制作软件来制作虚拟实验演示课件也是目前许多教师采用的方式和方法。在教学中，教师既可以利用现成的教学辅助软件来演示动画，也可以利用Power Point、几何画板、Flash等软件来将相关教学素材组织在一起。与实际物理实验相比，这类虚拟实验实现了实验过程的动态呈现，更有助于学生形成定量的认识。

尽管利用动画制作软件制作的虚拟实验具有一定的动态性，但是其演示结果并不是由物理计算得到的，都是由课件制作者预先设定好的，交互性较差，而且呈现模式较为固定，学生不能根据自己的意愿来进行操作。

2. 利用成套的虚拟实验室软件来演示仿真物理实验

虚拟实验室是利用计算机软件编辑而成的、可视化的实验操作环境。在虚拟实验室中，学生可以通过鼠标点击来选择实验仪器或设备，通过拖动完成仪器设备的安放，然后点击开始按钮即可获得与真实实验相接近的实验效果。成套的虚拟实验室软件是虚拟仿真技术和物理专业理论知识相结合的产物，为师生提供了实验演示和操作的全过程，使初中物理实验教学改革具备了新的途径。

虚拟仿真实验室为师生提供了全新的实验环境，突破了时空局限性。但是，在虚拟仿真实验室中，所有的实验仪器和设备都是虚拟的，只能用来进行预设的仿真实验，却难以让学生进行探究性实验研究。

二、虚拟实验的教学模式

虚拟实验和实际实验各有优势，在进行虚拟实验时，教师应强化实验过程的分析部分，突出学生的自主地位，促进学生综合素质的提高。

1. 虚拟物理实验的演示模式

运用这一模式，教师应熟练掌握多媒体课件的开发和应用。一般而言，虚拟实验可以实现静态事物的动态化、微小现象的可视化、抽象知识的形象化。在做好实际实验的基础上，做好虚拟演示实验，将为学生由形象思维向抽象思维、由表象到内涵的认知提供便利。

其教学流程一般为：设疑激趣→演示实验→模拟实验→意义建构→应用创新。如在声音传播的实验中，可用抽气机抽气，人们听到的声音就会逐渐减弱。但是由于不可能实现绝对的真空，无法达到“真空不能传播声音"的效果。在讲清实验的条件、过程，并做了真实实验的基础下，可以利用动画课件来演示实验，使学生完成知识的主动建构。

需要注意的是，在利用课件演示实验时，不应只做演示播放，还应该根据教学目标，做好师生活动设计，以使课件演示实验变成认知工具。

2. 虚拟实验自主探究模式

虚拟仿真实验室可为师生提供全方位、开放性的操作平台。一方面，在虚拟实验室中，学生完全不用考虑仪器的使用范围，满足学生的探求欲望;另一方面，虚拟实验室可为师生提供更多的探究和分析空间，让学生可以像科学家一样自主发现问题、提出问题、分析问题和解决问题。

如，广州市同实网络科技有限公司的“同步实验室”网络平台（网址为http：//www.312345.com），可为学生提供逼真的物理实验室，并利用人工智能技术，对弹簧受力情况、杠杆力臂变化、滑轮组合等进行动态识别，获得逼真的实验效果，并且能呈现出受力分析示意图。在这一软件中，学生既可以做演示实验和分组实验，也可以做自主探究实验，达到巩固所學知识、培养和提高创新能力、探索精神的效果。

3. 学习包与主题学习网站模式

教师可以根据教学需要，以章节或单元为依据，把相关的课件、软件、声像等资源整理成为学习包或设计成主题学习网站，这样，学生可以根据自己的学习需求，浏览学习包中或主题学习网站上的学习资源，让他们在网络教室中展示其学习成果，其余学生还可以提出新方案、新做法。教师则组织和指导学生完成探究活动，让学生不断受到启发，从而使所学知识得到升华，思维变得更开阔。这种模式为学生开展自主分层学习提供了可行性，学生可以通过浏览学习包和主题学习网页中的资源，根据自己的学习兴趣和自己的学习基础调整学习内容，使每位学生都学有所得。

三、运用虚拟物理实验需要注意的问题

1. 虚拟实验不利于直接经验获得

物理概念是抽象的，是在物理实验操作过程中直接获得的感性经验;同时，学生通过实验操作还要掌握物理实验技能，这些就是强调初中生学习物理时要亲手做实验的原因。一般来说，虚拟物理实验的应用情形有三种：一是学校不具备相应的实验条件;二是教材中提供的实验方案不能取得理想的实验效果;三是需要对实验进行拓展性的研究和分析。

如光的混合实验看似简单，但是想找到透明有色玻璃并不容易，而且白天做这个实验，难以获得理想的效果。如果利用虚拟实验，虽然可以收到较好的实验效果，却不利于学生对光的混合原理的理解。对于这一实验，可采用如下做法：首先选择与三原色接近的塑料薄膜来代替有色玻璃，其次利用LED聚光手电来代替普通光源，学生在上课时看完教师演示虚拟实验后，可以晚上回家自主做实验，为学生提供亲自动手的机会。

2. 虚拟实验不能代替实际操作

物理实验的最终目标是提高学生的物理实验能力，并让学生在实验的基础上掌握物理概念、建立物理模型、明晰物理规律。如前所述，虚拟实验无论如何也不能代替实际实验，否则学生将无法在实验过程中形成感性经验。相反，教师应该让学生以实际物理实验形成的感性认识为基础，经历抽象的分析过程，然后通过虚拟实验来获得更加明显的实验效果。初中生的抽象思维能力尚不成熟，完全依靠抽象思维来感知物理过程存在较大困难，而具有视听交互功能的虚拟实验则会给予学生更多的信息，建立更加清晰的物理模型。

如学生新手操作凸透镜成像实验，可以形成感性认识，但是却难以从中抽象出物理规律;而在具有交互性的凸透镜成像虚拟实验中，学生通过拖动鼠标来改变蜡烛与透镜之间的距离，软件会直接显示物距、像距和焦距之间的关系，更方便学生进行拓展性实验。再如，人教版八年级物理教材下册第44页的实验，可以让学生根据课本上的实验方案，让纸自然下垂，而后从两张纸中间由上向下吹气，观察两张纸的运动情况，而后猜想两张纸的运动与空气流速的关系，形成感性认识;但是，该实验并不能直接反映出空气流速与压强之间的关系，无法在空气流速大小、方向和压强大小之间建立对应关系。这时，则可以利用Flash制作虚拟演示课件，让学生通过虚拟实验来直接观察气体流动方向的变化、速度大小的变化对纸张运动所产生的不同影响，建立起液体压强与流速关系的抽象物理模型。这样，虚拟实验与实际物理实验结合起来，相互补充，就会突破实际物理实验的局限性，突破时空的限制，更便于学生观察。

参考文献：

[1] 彭  超.虚拟仿真实验技术软件在初中物理实验教学中的具体应用[J].中国教育技术装备，2016（5）.

[2] 钱宝冬.用虛拟实验促进初中物理实验教学[J].教育现代化，2016（29）.

[3] 张俊年.运用虚拟实验，提高初中物理实验教学效率[J].学周刊，2016（1）.

[4] 段兴平.建立虚拟化实验室 构建高效初中物理实验教学[J].中小学电教（下半月），2016（7）.

作者简介：杨国雄（1968.7-）;籍贯广东省茂名市;任教于广东省茂名市电白区爵山中学;大专学历;中学物理一级教师。

（作者单位：广东省茂名市电白区爵山中学   525425）