浅谈高中物理学中的教学创新

李文

【摘 要】物理学作为一门自然科学，其教学实验内容的创新是物理教学的研究热点。本文通过虚拟现实在智能仿真实验中对物理实验的应用，结合具体的物理实验，拓展了物理教学的思想，实现了新技术与传统教学的融合。

【关键词】物理教学；智能模拟；虚拟现实

一、前言

在众多自然学科中，有一门学科，需要大量实验才能使其教学更加丰富，这门学科就是物理学。智能模拟实验是物理教学中的创新，它打破了传统实验时间以及空间的限制，将计算机等新型智能技术融入物理教学中，不仅使物理实验更加真实和科学，而且还吸引学生的注意力，让学生从他们的思想中学习物理学习。智能物理教学强调更直观的体验，更深入地了解物理知识。智能模拟实验对于物理教师来说也是一个难得的帮手，它能丰富了教师的教学理念，更有利于物理教学。

二、智能模拟实验教学应用

在智能模拟实验中，最常用的智能仿真方法就是虚拟现实方法。在物理实验中，虚拟现实技术可以让学生体验多种感官。虚拟模拟的物理实验可以通过教科书扩展到各种多媒体媒介，如图像、图形、声音、文本、视频和动画等。虚拟现实技术具备虚拟人机交互功能和虚拟三维真实场景的优势。

光学实验是物理实验中的典型范例，利用虚拟现实可以更好的呈现这种实验。

非相干照明成像系统的对象和图像可以被视为不同空间频率的光强度正弦分布图像的集合。在诸如光学成像系统的光晕区域中，正弦光分布的图像仍然是光强度的正弦分布，但是由于诸如像差和衍射的因素，图像的调制度发生降低、相移的状况。图像调制度和相移量的比率是正弦光强度分布的空间频率的函数。这种特殊的函数就叫做调制传递以及相位传递函数，对于光学系统是否符合要求，质量是否合格，可以通过这两种函数的大小进行刻画。如果系统有线性相关关系，且满足这样的条件，则有单维度方向上的正弦分布，且图像的平面形式是光强度的正弦表现和线扩散函数的卷积。傅里叶变换卷积定理告诉我们，光学系统的一维光学传递函数是其线扩散函数的傅立叶变换。所以，如果我们可以通过实施傅里叶变换使得被测量的光学系统呈现线性散射，就可以得到准确的单一方向上的光学传递函数。由此就可以推出对光学传递函数进行标准测量模拟实验系统的原理

来自钨光源的光被滤光器、聚光镜和毛玻璃均匀照射。通过准直镜，待测光学系统和可变频率透镜将照射的狭缝成像在正弦光栅上。如果想要使得狭缝图像成为实验中测量的光学系统的线性延展功能，那么设置的准直镜以及变频镜必须呈现理想状态。正弦光栅的强度如果可以在同一个方位中呈现正弦变化，那么它具有特定的空间频率。光电探测器通过测量获得的光通量是可以根据扫描的位置的变化呈现正弦变化，这是通过正弦光栅对狭缝图像进行扫描得到的。如果调制传递值增大，那么变化的幅度也会相应改变；同时，相位传递值反映着真实的变化相位。光学传递函数的获得，可以运用光电检测器进行一系列模拟电信号的输出，并将其反映到显示器上，进行实时传输。综上所述，线扩散函数的傅里叶变换可以通过运用正弦光栅扫描狭缝图像得到，从而通过光学傅立叶分析方法实现光学传递函数的测量。

仿真实验按如下步骤进行：①取出待测光学镜头并放入测量系统；②调整光路（包括调整被测透镜，准直透镜和变频镜头的光轴，调整被测透镜的像平面，使其与变换镜头表面一致）；③调焦。根据散焦量，正弦光栅轴向移动到所需位置；④扫描测量。正弦光栅以恒定速度移动；⑤数据处理。根据所获得的光强度幅度，导出不同频率的调制传递函数MTF值，并绘制图表。

仿真软件系统以动态和简洁的方式介绍实验装置和原理，并且不在屏幕上明确显示它们。整个实施过程分为几个步骤：设置条件、将需要监测的对象进行输入、调节光的路径、得到运行的记录并进行扫描，最后将实验所得数据进行分析，并绘制相应的图画进行曲线函数的传递。除了可操作性之外，模拟实验系统也是可设计的。例如，通过变换不同的滤色器来测量不同颜色光的传递函数；使用不同频率的正弦光栅测量传递函数的频率范围；整个移动照明系统和狭缝测量轴上或轴外传递函数。由仿真系统测量的被测系统的理论传递函数值，没有实验装置误差和调整误差干扰。

使用虚拟现实多媒体信息集成技术创建和显示有意义的场景，并提高查找差异和见解的能力；利用大容量存储技术，提供多样化的资源；使用图形交互界面技术建立良好的实验环境；利用多媒体虚拟现实信息组织结构的超链接技术，建立符合人类关联模式的超文本信息组织结构；利用智能仿真技术，建立模拟实验环境，进行实验科学探索；利用网络传输技术，实现资源共享和协商学习。

三、结语

物理教师的创新教学方法不仅可以调动学生的学习积极性，还可以提高学生的物理学习能力，培养创新思维。所以，教学方法的创新是物理学教育的重中之重。只有这样，物理教学才能有长足的发展，才能实现学生高素质全面发展。

参考文献：

[1]蘭振敏.关于高中物理教学中创新实验的设计与实践研究[J].高考，2016（9）.

[2]梁海燕.浅谈高中物理教学中创新实验的设计与实践[J].中国校外教育旬刊，2014（22）.

[3]张晓燕.现阶段高中物理教学中创新实验的设计与实践[J].考试周刊，2013（6）：139～140.

[4]王振国.高中物理教学中如何培养学生创新智能[J].散文百家·教育百家，2012，03（1）.