基于互联网+，AR/VR的中学物理实验教学的研究

孙伯旺

（甘肃省武威第二十三中学，甘肃武威 733000）

引 言

中学物理实验具有实验时间少、探究性实践少、费用高、无法表达、实验效果差、不良风险多等特点。而应用互联网+、增强现实与虚拟现实技术，可以优化中学物理实验课程，提高物理实验教学效果。因此，对基于“互联网+”、增强现实与虚拟现实技术在中学物理实验教学中的应用进行适当分析具有非常重要的意义。

一、互联网+，AR/VR等新技术在中学物理实验教学中 的特点

互联网+、增强现实与虚拟现实等新技术是21 世纪以来科学技术进步的主要成果，它们将计算机图形学、人体工程学、人机交互理论、传感技术等多领域先沿成果进行了有机整合[1]。互联网+、增强现实与虚拟现实等新技术均以计算机技术为基础，通过计算机等基础设备应用，组建一个虚拟的三维场景，从而帮助中学生获得真实体验。

互联网+、增强现实与虚拟现实技术具有沉浸性、想象性、交互性等特征。其中沉浸性主要是通过模拟真实情感世界，帮助中学生全身心投入虚拟空间；想象性主要是通过虚拟现实及增强现实应用系统的合理设置，以生动形象的模式，反映中学物理实验思想，提高中学生在物理实验教学中的主导地位；交互性主要是依据增强现实与虚拟现实技术的开放性，在中学物理实验课堂中构建一个信息输入、输出一一对应的场景，为中学生提供实时信息反馈。

二、基于互联网+，AR/VR等新技术的中学物理实验教 学模式构建

（一）基于互联网+，AR/VR 等新技术的中学物理实验教学理论研究

基于互联网+、增强现实与虚拟现实等新技术的中学物理虚拟实验主要理论依据为认知主义学习理论、自主学习理论及探究性学习理论。其中认知主义学习理论主要是通过主客体信息交互，将知识经验与实践活动有机整合。在虚拟实验中，基于认知理论的中学物理实验主要包括观察性动画演示、虚拟实验设备使用及操作等内容。

自主学习理论主要是从中学生自主学习意愿入手，鼓励中学生根据自身状况进行学习目标的制订及学习方法的选择。在增强现实与虚拟现实等新技术创建的物理实验环境中，中学生的学习自主性可被充分发挥出来。

探究性学习理论主要是在中学物理实验开展的过程中，借鉴科研人员科学探究方式进行知识建构。通过探究过程模拟，可提高中学生理论联系实践的能力。基于探究性学习的中学物理实验教学主要包括提出问题、收集数据、形成解释、评价结果、检验结果几个模块。

（二）基于互联网+，AR/VR 等新技术的中学物理实验教学模式设计

首先，为了保证基于互联网+、增强现实与虚拟现实等新技术的中学物理实验的教学效力，教师要对中学物理虚拟实验需求进行分析。以往以传统实验室为实验平台，以分组实验指导的实践方式，严重制约了中学生自主性实验意识及能力的发展。依据《义务教育物理课程标准（2017年版）》的相关要求，为提高全体中学生的科学素养，教师可依据物理实验教学的学科特点及实验内容，分析物理虚拟实验的教学目标、教学内容，并制订中学物理虚拟实验的逻辑模型。

其次，中学物理虚拟实验主要以中学物理实验开展时间为依据进行虚拟实验库的设置。中学物理虚拟实验总库主要包括各年级实验分库，而各年级实验分库又包含各课题实验案例及实验方式。在总体物理逻辑模型一定的情况下，设定以中学生为核心的新型实验功能体系，其主要包括实验开始、实验辅助、实验阐述、实验演示、实验仪器应用及处理等几个模块。其中实验开始主要是中学生依据实验辅助、实验阐述的相关内容及自身理解进行实验假说设置，并通过具体实验验证前期实验假说的正确性；实验辅助主要以实验基本操作方式为依据，如实验物体选择、实验物体位置改变、相机速度设置等；而实验阐述主要是对实验内容的进一步诠释，如实验有关历史资料等；实验演示主要通过规范实验操作的视频播放，组织中学生根据自身实验开展情况进行正确实验方法探究；实验仪器应用及处理主要是通过虚拟物理仪器工具箱的开口的设置，为中学生开始实验及总结分析提供帮助[2]。

（三）基于互联网+，AR/VR 等新技术的中学物理实验教学模式开发

首先，组织结构设计。基于增强现实与虚拟现实等新技术的中学物理实验室组织界面包括实验界面、实验辅助、实验阐述、实验演示、实验设备应用及处理、实验退出等模块。

其次，控制界面设计。控制界面设计主要包括色彩设计、布局设计两个模块。依据物理学科的严谨性，其可选择蓝色为主色调，淡紫色为副色调；而在布局设计模块，可以上下、左中右为主要排列方式。

最后，初中物理虚拟实验开发制作。在虚拟实验开发模块，其主要采用ZBrush、Maya 技术创建三维模型，并将三维实验仪器零件组合为三维实验场景。

以“比例运算放大电路装配及调试”实验项目设计为例，在实验课程开展前期，中学实验教师可以在互联网+平台中发布实验任务，供班级学生线上学习、问题分析及实验探究。同时，中学物理实验教师还可以将关于放大电路类型的知识实时推送给学生，促使班级学生明确项目设计问题关键点及具体实验流程。随后，教师可利用Flash 小游戏的形式，进行放大电路器装配及实验模拟、安装、调试，并鼓励班级学生反馈操作难点。

在具体实验操作环节，中学物理实验教师可根据班级学生在Flash 小游戏中的表现及提问信息进行详细讲解，并利用移动智能设备，将典型问题教授给学生，以保证整体物理实验活动的顺利开展。

在物理实验课程结束之后，中学物理实验教师可以利用ZBrush、Maya 技术创建三维模型，将关于实验的相关知识进行立体整合，为后续课程复习及知识巩固提供依据。

（四）基于互联网+，AR/VR 等新技术的中学物理实验教学模式应用

基于互联网+、AR/VR 等新技术的中学物理实验教学模式应用是新时代下教育改革与创新的必然要求，在互联网+、AR/VR 等数字资源建设过程中，中学物理教师可以将全部知识点融入具体教学课程中，以中学生为主体，从理论学习、实验实践两个方面，构建“线上+线下”混合式教育模式。而中学生可以直接利用移动智能设备进行知识学习及实验仿真，这不仅可以提高中学生的实验参与积极性，而且可以为实验教学活动的顺利开展提供依据。

结 语

综上所述，基于互联网+、增强现实与虚拟现实等新技术的中学物理实验教学模式，可脱离以往中学物理实验实验效果差、实验条件不足的困境，通过真实中学物理教学实验环境的构建，提高中学生物理自主实验意识及能力。因此，物理教学人员应合理利用互联网+、增强现实与虚拟现实等新技术，搭建中学物理实验教学平台，为中学物理实验教学质量的提升奠定基础。