结合虚拟实验优化初中物理教学

王燕

(贵州省桐梓县第四中学,贵州遵义 563200)

物理实验一般分为测量型实验、演示型实验、探究型实验、设计型实验以及操作型实验，不同实验的具体实验过程不同，应用的实验理论也不同，对学生的实验能力要求也存在一定的差异。在传统的实验教学过程中，初中物理教师往往侧重操作演示型实验，实验教学过程比较枯燥，学生的参与感不强。虽然在实验的过程中，物理教师可结合课本内容，并讲解实验重点和难点，但受限于教学设备和教学资源，教师往往不能完整地演示操作较为复杂或者实验材料要求较高的实验，导致实验操作性不强，实验现象不明显，影响物理实验教学效果。基于计算机技术和大数据技术以及虚拟现实技术的虚拟实验可优化初中物理实验教学过程，弥补传统实验资源有限、实验现象不明显的缺点，从而在丰富实验内容的同时，也使实验形式多元化，提高了学生的实验活动参与感。

一、虚拟实验在初中物理教学中的应用作用分析

（一）提高实验数据准确度和实验操作成功率

在物理教学中，由于一些物质或者实验原理与学生的常识不符，导致学生在学习此类物质或者观察此类实验时，往往存在一些认知类问题。虽然教师可利用物理实验，为学生展示此类物质的物理性质，但往往由于实验难度大、实验现象不明显或者实验数据准确等因素，导致实验成功率低，影响实验教学的整体效果。例如，在讲解晶体与非晶体的物理性质时，物理教师往往会通过分组实验的操作，演示晶体和非晶体熔化、凝固的过程，但由于此实验的操作难度比较大，实验操作误差比较明显，即使教师可在实验资源的支持下反复实验，整体的实验成功率也较低。学生在未观察到比较明显的实验现象前提下，便不能很好地理解此类物质的性质变化规律，最终也只能机械地记忆课本中的物质性质，不能对晶体和非晶体的物理性质形成较为立体的印象。在应用了虚拟实验后，物理教师可直接在虚拟实验平台中演示具体的实验操作，精确控制实验数据，进而可直接得到较为完整的实验现象和实验曲线，从而使物理实验过程更生动、更形象，也更具体，同时提高了物理实验的成功率，使物理实验具备了一定的可控性。

（二）提高学生实验参与感和实验公平性

在传统的物理实验教学中，物理教师往往依据班级学生的认知和物理实验室的格局，将学生分为不同的小组，要求小组同学合作完成具体的实验任务。但由于学生对基础实验知识的掌握程度不同，物理实验操作能力存在较为明显的差异，导致一些学生在参与小组类型的实验教学活动时“插不上手”，没有实验参与感，影响学生参与实验活动的兴趣和动力。在应用虚拟实验后，教师可结合学生的实际情况，为学生选择独立实验或者小组实验。即使是在独立实验的情况下，学生也可在虚拟实验平台获得较为充足的实验资源，甚至可得到较为完整的实验提示，从而使基础不好、操作能力差的学生也可在自己的“小舞台”，随意练习和操作，进而在比较轻松、自由的实验操作过程中，不断摸索正确的实验办法，强化自身实验操作能力。针对适合小组实验的同学，初中物理教师也可利用虚拟实验平台开展小组实验教学活动，要求学生根据实验任务要求完成不同的数据操作，进而使学生在合作中探究实验现象，在虚拟平台的支持下，更自由地分工、更全面地记录，从而使实验活动的内容更丰富，公平性更好。

（三）提高实验教学适应性和实验内容拓展性

首先，从实验教学适应性的角度分析，初中物理实验教学的内容和形式需要符合初中生的认知能力和生活经验积累水平，但是这种适应性的发挥并不能一蹴而就，需要教师结合学生日常生活中相对数字的事物，选择特定的角度进行分析，才能引导学生正确地认知初中物理实验内容。这种适应性教学的过程是相对漫长的，并且存在教学内容和教学资源应用层面的问题。借助虚拟化的实验教学平台，教师除了可以根据学生的实际情况和实验教学的基本要求灵活选择实验开展的基本形式，还可以针对学生的个性化问题进行总结和分析，进而在实验流程层面进行优化。尤其是在实验教学引导性层面，教师可以选择不同的虚拟实验教学情境，针对学生的实验学习兴趣以及实验探究需求进行实验资源层面的优化和部署，从而强化初中物理实验的教育教学引导性；其次，从物理实验教学内容拓展性的角度分析，这种资源拓展的实际形式和实际效果与物理实验的具体形式相关。在实际的物理实验中，若想引导学生从整体上对物理实验的目的以及具体的实验形成产生具体、深刻以及正确的认知，则需要拓展学生的物理实验视野。这种物理实验视野可以是上文中提到过的数据层面的对比视野，也可以是一种资源应用层面的形式化变通视野。更为关键的是，在虚拟实验平台的支持下，这种资源的灵活应用以及实验内容的有效拓展变得可能，并且会对初中生的实验探究动力产生积极影响。

二、虚拟实验在初中物理教学中的应用方法分析

（一）虚拟实验在初中物理测量实验中的应用方法分析

针对一些实验操作比较简单的测量型实验，物理教师可直接利用真实的实验设备进行演示，此类实验的实验可控性较好，实验现象往往也比较明显。但如果测量型实验涉及的实验器材较多，实验操作较为复杂，则此时教师应使用虚拟物理实验教学平台，提高实验现象的可视化程度。例如，在开展“伏安法测量电阻”实验教学活动时，教师应在虚拟实验平台上完成模拟实验教学、演示实验教学，并为学生讲解电阻的伏安特性曲线。此间，首先，教师可利用教学PPT为学生讲解实验的基本原理，分析实验操作的关键点和难点；其次，在虚拟实验平台中，物理教师可依据实验原理和实验电路图连接实验电路，并用鼠标拖动滑动变阻器的划片，改变滑动变阻器的阻值，同时记录电路中电压、电流的数值（电压、电流数值会同步显示在虚拟实验平台中），绘制灯泡的伏安变化特性曲线，分析在改变电阻值的同时，电路电压、电流的改变规律；再次，物理实验教学可在此基础上，引导学生思考如果将电路中的小灯泡换成定值电阻，在改变滑动变阻器阻值的情况下，定值电阻端电压和电流的变化规律。此时，物理教师可利用虚拟实验平台，进行对应的实验操作，并记录定值电阻的电压和电流数据，绘制伏安变化特性曲线。在完成实验基本操作的基础上，教师可引导学生观察小灯泡伏安特性曲线和定值电阻伏安特性曲线的相同点和不同点，进而使学生通过观察具体的实验现象和具体的伏安特性曲线，了解温度变化对灯泡内阻和定值电阻实际阻值的影响，从而进一步掌握灯泡或者定值电阻的伏安变化规律。

（二）虚拟实验在初中物理演示型实验中的应用方法分析

受限于大班授课模式，初中物理教师在开展演示实验教学活动时，往往不能照顾到班级中的所有学生，导致学生很难清晰地观察到实验现象，对实验原理的体会也不够深刻，甚至影响学生参与实验活动的兴趣和积极性。为此，初中物理教师可将虚拟实验与物理教学结合起来。例如，在演示平面镜成像原理的实验时，首先，在授课过程中，物理教师可为学生讲解进行实验需用到的具体实验工具，并在班级中讲解实验原理以及实验过程涉及的平行光源、入射角反射角以及法线、平面镜反射定理等基本物理概念；其次，在实验过程中，教师可为学生演示入射角和发射角的变化规律，并要求学生手动测量入射角和反射角的大小，同时做好实验数据记录工作，进而提升演示实验的互动性；再次，在此基础上，初中物理教师可利用虚拟实验教学平台，要求学生切身参与到实验活动中，通过改变入射角的大小，记录反射角的变化趋势，进而明确在平面镜反射光线的特点，从而进一步掌握平面镜的光线反射规律。此间，为了发挥虚拟实验教学平台的教学优势，物理教师可引导学生自行完成物理演示实验，选择正确的实验操作步骤，切身体会实验现象，探索试验规律，进而使演示实验也具有探究型实验的意味，提高学生的实验参与感和实验获得感。

（三）虚拟实验在初中物理探究型实验中的应用方法分析

由于探究型实验对实验环境的要求往往比较高，对实验器材或者实验材料的质量也有一定的要求，导致学生在参与自主探究型物理实验活动时，往往在实验环境的干扰下，不能得到明确的实验现象，进而无法准确记录数据，得不到正确的实验结论。在参与探究型物理实验时，通过应用虚拟实验教学平台，学生可规避外界环境因素的影响，并应用理想的实验资源，得到较为准确的实验数据或者观察到较为明显的实验现象。例如，在开展凸透镜成像规律的探究实验活动时，首先，物理教师可利用真实的凸透镜，引导学生观察凸透镜的物理形态特点，并为学生讲解凸透镜的组成材料；其次，物理教师可借助虚拟实验平台，引导学生自行改变物体与凸透镜之间的距离，并要求学生在探究过程中，观察虚拟实验平台中物体成像的特点，从大小、形态观察虚拟平台中物体的形态特点，并总结物体形态变化规律；再次，为了强化学生课堂学习的主体性，提高学生在物理实验探究活动的参与感，初中物理教师在实验教学过程中，应结合实验具体内容和成像特点，引导学生思考影响凸透镜成像各类现象的原因。例如，教师可引导学生自主探究缩小、倒立的实像与等大、倒立的虚像的成像距离，并利用鼠标灵活变化物体的位置，记录物距与物体成像效果之间的关系，从而使学生在自主探究过程中，在切身的实验操作体验下，可真实感受物理实验现象，在提高了实验探究性的同时，也直接提升了学生参与物理实验的获得感[1-3]。

（四）虚拟实验在初中物理操作型实验中的应用方法分析

操作型物理实验往往出现在电学知识模块中，包含电路连接实验、电阻串并联关系操作实验等。在传统的实验教学过程中，初中物理教师往往通过在教学中实际演示电路的具体连接过程，为学生讲解串并联电路阻值的变化规律。但此过程的可视性并不好，教室前排学生可能观察得比较清晰，但大部分学生并没有仔细观察实验现象的机会，导致学生的实验参与感不强。在应用虚拟实验教学平台时，学生可利用鼠标和键盘直接设定电路中的阻值和电路的具体连接方式，并在近距离观察下，了解阻值与电路连接形式之间的关系，利用虚拟欧姆表，方便、快捷地测量电路的阻值，明确串并联电路阻值的一般计算方法。此间，教师可提问学生具体的实验问题，类如串联电路电阻和并联电路电阻之间的关系如何等问题，进而为学生建立具体的实验操作目标，避免学生盲目进行实验操作。由于在此过程中，学生往往借助虚拟实验平台独立完成实验操作任务，一些基础较差的学生可能无法很好地完成实验操作。因此，教师可结合学生的具体情况，对学生进行适当的指导，提高虚拟实验教学平台的应用效能[4-8]。

三、结束语

总之，本文在分析了虚拟实验在初中物理教学中的应用作用的基础上，进一步分析了虚拟实验在初中物理教学中的应用方法，主要针对测量型实验、演示型实验、探究型实验以及操作型实验进行了具体分析。此间，不同类型的实验对教师的实验教学要求不同，其实际的实验表现形式也存在差异。在这个过程中，教师应积极积累与实验教学相关的经验，并将这种经验与学生的个性化表现问题结合起来，从而提高实验教学的整体针对性。另外，教师也需要合理控制实验教学节奏，进而从整体上适应初中实验教学的基本要求。实际上，实验教学节奏的控制过程也是实验教学难度的控制过程，也只有在这种相对合适的教学节奏下，学生的实验学习体验感才会更好，其实验教学的积极性也会更强。希望广大初中物理教师可结合班级学生的实际情况以及初中物理实验教育教学的一般要求，合理选择虚拟实验教学平台的具体应用方法，并将这种虚拟实验教学平台的应用办法与初中物理实验教学的基本要求结合起来，提高此类实验教学方法的适应性，从而使初中物理教学在虚拟实验的支持下，可具有更好的教学效果和更高的教学质量。