高中物理教学中的虚拟实验

田小飞

摘要：高中物理实验内容较多，但教学时间紧迫，为提高实验教学质量以及学生的学习体验，应注重先进技术的应用，以弥补传统实验教学的不足。虚拟实验能够提供仿真实验情境，加深学生对实验过程的感受和理解，提高实验成功率，促进物理实验教学水平的提升。在高中物理教学中开展虚拟实验，应做好硬件、软件、技能方面的准备，并做好合理规划、认真跟踪和注重优化。虚拟实验可用于激发兴趣、突破难点、分析错因、拓展延伸。

关键词：虚拟实验高中物理实验教学

实验是高中物理教学的重要内容，有助于学生更好地理解物理规律，激发学习物理知识的热情。高中物理实验内容较多，但教学时间紧迫，为提高实验教学质量以及学生的学习体验，应注重先进技术的应用，以弥补传统实验教学的不足。

虚拟实验，顾名思义，是一种区别于真实实验情境的实验。“虚拟”的实现主要借助信息技术支撑的各种虚拟实验平台，可通过安装专门的实验软件或软硬件相结合的形式开展。虚拟实验不仅能节省购买、维护实验器材上的花费，而且能为学生带来全新的实验体验，增加实验的趣味性，调动学生实验的积极性。

一、虚拟实验的准备

（一）完善硬件

虚拟实验一般都需要硬件的支撑，在高中阶段主要是计算机。因此，应根据高中物理实验内容，明确计算机相关配置，保证计算机性能能够支撑相关物理实验操作。同时，根据学校学生情况，采购合适数量的计算机、投影仪等，组建专门的虚拟实验室。

（二）安装软件

虚拟实验的开展需要有专门的软件，因此应注重与软件开发企业建立良好的合作关系，做好虚拟实验相关软件的安装和后续维护工作。

（三）提高技能

为保证虚拟实验的顺利推进，教师应注重学习相关理论知识，熟悉虚拟实验软件的操作方法，掌握相关的操作技巧。这样，教师才能在课堂上给予学生针对性的指导，使学生尽快学会虚拟实验软件的操作，包括实验器材的选取、实验器材的组装、实验结果的保存等，保障实验高质量完成。

二、虚拟实验的原则

虚拟实验时，为获得理想的教学效果，应结合虚拟实验的特点以及实验内容，把握相关的原则。

（一）合理规划

虚拟实验教学应做好合理的规划，明确实验目标和开展形式。针对小组实验，应事先做好小组的划分。同时，根据实验内容以及实验难度，确定实验时间，提高课堂效率。

（二）认真跟踪

为学生布置虚拟实验任务后，并非万事大吉，教师需注重对学生实验过程的跟踪，在督促学生认真完成实验的同时，及时了解学生在实验操作中遇到的问题。针对共性问题可集中讲解，深化学生对实验原理以及过程的理解，帮助学生顺利地完成虚拟实验，增强学生开展实验活动的自信。

（三）注重优化

对虚拟实验教学，教师应树立持续学习的心态，结合学生虚拟实验中的表现，及其对物理实验知识的掌握情况，分析虚拟实验存在的不足。通过与学生沟通以及向他人请教，寻找针对性的优化对策，充分挖掘虚拟实验的价值与优势，不断提高虚拟实验水平，使其更好地为高中物理教学服务。

三、虚拟实验的用途

为获得事半功倍的效果，应注重虚拟实验的用途及应用时机，确保在实际的操作中少走弯路。

（一）用于激发兴趣

新授课时抓住学生的注意力，激发其学习兴趣，对提高课堂教学效率具有重要意义。实践表明，将虚拟实验用于新授知识，能更形象、直观地揭示物理规律，增加学习趣味性的同时，降低知识的理解难度，调动学生学习的积极性。可通过虚拟实验软件，为学生展示相关的物理实验，要求学生认真观察实验过程和实验现象。值得一提的是，应围绕实验设计相关的问题，引导学生思考，从而为新知识的引入做铺垫。如此，不仅能很好地加深学生印象，激活物理课堂，也让新知识的学习顺理成章。

牛顿第一定律是在伽利略理想实验基础上提出来的。显然，现实中无法完成伽利略理想实验，只能近似实现。而借助虛拟实验完全可以将伽利略理想实验完美呈现：运用虚拟实验软件演示小球沿斜面下滑运动的过程（也可结合实际的近似实验开展），可以将斜面的摩擦参数设置为零，使得小球在运动中不受到空气阻力、斜面摩擦力等的作用。学生可清晰地看到小球从斜面下滑后，在水平面上做匀速直线运动，而且不会停止。当学生百思不得其解时，教师自然地引出牛顿第一定律的内容，营造的认知冲突可使学生深刻认识到“力是改变物体运动的原因，物体运动时并不要力来维持”。

（二）用于突破难点

高中物理一些知识较为抽象，是学生学习的难点，需要深入理解才能以不变应万变。虚拟实验能够化抽象为具象，帮助学生有效突破难点，使其准确把握物理知识的本质，增强其学习物理的信心。

“万有引力定律”是高中物理的重点知识，有关航天器的变轨问题是万有引力定律应用的具体体现，但部分学生对航天器在不同轨道上运行参数的变化理解不够充分，解答相关习题时容易出错。为帮助学生突破这一学习难点，可运用虚拟实验软件为学生设计相关的实验，模拟航天器在不同轨道运行时的情境：航天器先沿着近地轨道运行，而后点火进入椭圆轨道、关火沿着椭圆轨道运行，最后点火进入远地轨道。虚拟实验中可实时显示航天器运行的相关参数，包括运行线速度、角速度、向心加速度、机械能等，增强学习趣味性的同时，也澄清了学生的认知。

（三）用于分析错因

虚拟实验可减少实验器材准备这一环节，将更多的时间用于实验操作以及思考。虚拟实验可及时显示出学生在实验中的错误操作，有助于学生分析错误原因，及时纠正，提升物理实验水平。

电表的改装是高中电学实验中的重要内容，涉及的知识点较为零碎，对学生分析问题的能力要求较高。一些学生对改装原理、器材选取、误差分析掌握不牢固，在测试中失分率较高。教学中为帮助学生牢固掌握电表改装的实验内容，避免实际操作中烧坏实验器材，可引导学生使用虚拟实验软件开展相关的实验操作，包括将表头改装成电流表、电压表、多用表等。同时，课堂上留有一定的时间，鼓励学生认真反思、讨论，发现错误原因，并总结实验器材选择技巧。经过不断地出错、纠错，学生能更加深刻地理解电表改装的原理，熟练掌握相关的实验技巧。实践表明，借助虚拟实验，不仅保证了电学实验的安全性，而且很好地锻炼了学生的实验能力，有助于学生更加牢固地掌握实验知识。

（四）用于拓展延伸

高中物理课程标准强调提高学生的创造能力以及实验能力，因此，物理实验教学应注重实验内容的拓展，夯实学生所学，使学生养成良好实验习惯，同时，拓展学生的视野，锻炼其思维的灵活性。虚拟实验可更好地拓展和联结。

教学“变压器”知识时，可为学生布置相关的虚拟实验任务。给出发电站、输电损耗以及用户用电相关参数，要求学生运用虚拟实验软件，设计、安装合适参数的变压器，完成从发电站到用户的输电工作。这样的拓展实验，可使学生更加深刻地认识电能输送的相关环节以及变压器的工作原理。虚拟实验过程中，学生通过认真计算发电站发电功率、电能损耗功率、用户用电功率等参数，确定了升压和降压参数，最终经过思考，正确选择了相关的变压器，顺利完成了虚拟实验。

结合高中物理教学内容巧妙地设计虚拟实验，鼓励学生运用虚拟实验软件完成个性化的实验方案，不仅能使其更加全面、深刻地认识相关的物理知识，而且还能很好地拓展实验能力。

参考文献：

[1] 傅海亚.关于虚拟实验在高中物理教学中的应用[J].课程教育研究，2019（8）.

[2] 徐超凡.虚拟实验在高中物理教学中的应用研究[D].银川：宁夏大学，2019.