虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用

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摘要：在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，傳統(tǒng)的教學(xué)模式是教師單純進(jìn)行口頭講解，然后完成一些基本的實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生不能徹底掌握實(shí)驗(yàn)的過程，無法有效提升學(xué)生的思維能力和動(dòng)手能力。文章主要探討虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，指出虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)不僅能夠提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，而且能夠提高學(xué)生的自主探究能力。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)；虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)；動(dòng)手能力；創(chuàng)新能力

隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在教育領(lǐng)域得到了廣泛推廣、普及和應(yīng)用，這就為傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入了新鮮的血液，增強(qiáng)了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)是前沿技術(shù)，可以突破實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備不足等限制，幫助學(xué)生直觀、形象地模擬各種物理實(shí)驗(yàn)的操作過程，有利于促進(jìn)學(xué)生積極投入到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不斷提升物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。本文以虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)為例，對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

一、傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弊端

1.完成實(shí)驗(yàn)的模式比較單一。在完成物理實(shí)驗(yàn)之前，教師一般會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理以及實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行詳細(xì)的講解，甚至每個(gè)學(xué)生都有分發(fā)的實(shí)驗(yàn)詳解材料，材料包括了操作實(shí)驗(yàn)的所有步驟和實(shí)驗(yàn)連接圖，然后學(xué)生根據(jù)教師的講解和實(shí)驗(yàn)材料完成實(shí)驗(yàn)。在這樣的實(shí)驗(yàn)過程中，雖然每個(gè)學(xué)生都能夠得出準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但是沒有注重學(xué)生自主探究的過程，他們只是照本宣科地按照教師的指導(dǎo)和材料的要求來完成實(shí)驗(yàn)。因此，這種傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式?jīng)]有充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，學(xué)生只是根據(jù)資料進(jìn)行操作，不能培養(yǎng)自主探究能力和創(chuàng)新能力。2.學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)課的重視程度不高。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的重視程度遠(yuǎn)不如對(duì)理論課的重視程度高。而且教師在講解實(shí)驗(yàn)時(shí)，有的學(xué)生基本不聽，導(dǎo)致他們?cè)谕瓿蓪?shí)驗(yàn)的過程中也是流于形式，沒有親身去探究。而且由于實(shí)驗(yàn)課需要學(xué)生通過合作的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，因此課堂比較混亂，一些學(xué)生會(huì)在其中插科打諢。3.考核方式不合理。傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)考核方式主要是教師檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)論是否正確，如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確，教師簽字后就可以離開了，因而教師不能檢查到每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過程是否正確。在做物理實(shí)驗(yàn)的過程中，有的學(xué)生甚至抄襲其他同學(xué)的數(shù)據(jù)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室的儀器配置一樣，并且實(shí)驗(yàn)原理和操作過程一樣，這就使得每個(gè)學(xué)生得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很接近，如果學(xué)生根據(jù)正確結(jié)果進(jìn)行略微的改動(dòng)，教師是很難發(fā)現(xiàn)的。在完成物理實(shí)驗(yàn)的過程中，教師需要指導(dǎo)和解決學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，只能觀察和監(jiān)督個(gè)別學(xué)生，而不能注意到每一個(gè)學(xué)生，所以有的學(xué)生就濫竽充數(shù)，等著抄襲其他同學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

1.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)是信息技術(shù)的產(chǎn)物，它看起來比較復(fù)雜，其實(shí)是比較簡單的，它主要將實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)詳細(xì)的操作步驟整合到網(wǎng)上，然后學(xué)生自主預(yù)習(xí)和操作，從而更加牢固地掌握物理實(shí)驗(yàn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和自主探究能力，因?yàn)閷W(xué)生隨時(shí)可以通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，然后自主進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)和研究實(shí)驗(yàn)。通過將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)中可以不受時(shí)間和空間的限制，提高了應(yīng)用物理知識(shí)的能力。2.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生主要是依靠自己對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)講義完成實(shí)驗(yàn)，這樣的過程一般很枯燥，很難保證學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)感興趣。而且學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的重視程度不夠高，在完成實(shí)驗(yàn)的過程中也不夠認(rèn)真。但是將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，就可以提高學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣，因?yàn)樘摂M仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以讓學(xué)生親自操作計(jì)算機(jī)完成實(shí)驗(yàn)，不僅生動(dòng)形象，而且效果逼真。3.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)有利于轉(zhuǎn)變單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式比較單一，形式也比較固定，教師是實(shí)驗(yàn)過程中的主體，學(xué)生的主觀能動(dòng)性得不到發(fā)揮。而將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式就從根本上發(fā)生了轉(zhuǎn)變，學(xué)生可以自主預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)、自主探究實(shí)驗(yàn)、自主總結(jié)實(shí)驗(yàn)，有助于提高綜合素質(zhì)。學(xué)生在通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)時(shí)，不僅不需要擔(dān)心儀器的損壞，而且不用擔(dān)心實(shí)驗(yàn)儀器存在的危險(xiǎn)。而且學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)之后，就可以通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)，在一定程度上也減輕了教師的工作量。因此，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有助于提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。4.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)有助于客觀評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α鹘y(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方式主要是教師對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行評(píng)判，無法關(guān)注到每個(gè)學(xué)生的具體操作過程，因此就無法正確判斷學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α＝處熑绻恢缹W(xué)生的具體情況，或者學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，那么就不能發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中不僅包括了教師指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、儀器設(shè)備，而且包括實(shí)驗(yàn)過程分析和數(shù)據(jù)處理，因此學(xué)生可以通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用多種方法來完成同一實(shí)驗(yàn)。另外，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)會(huì)記錄學(xué)生的每一個(gè)過程，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)后也可以對(duì)自己的操作過程進(jìn)行分析，進(jìn)而知道自己實(shí)驗(yàn)中的錯(cuò)誤，這有助于其更加全面地掌握物理實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的考核方式中，教師無法對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行正確的評(píng)價(jià)，而學(xué)生通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)考試，可以有效避免他們作弊的現(xiàn)象，能有效提高他們對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的重視程度。5.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)有利于提高教學(xué)質(zhì)量，彌補(bǔ)學(xué)校硬件方面的不足。建立物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，不僅實(shí)現(xiàn)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，而且在很大程度上加強(qiáng)了虛擬實(shí)驗(yàn)的模型設(shè)計(jì)，能建設(shè)與理論考試相結(jié)合的在線實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)境。當(dāng)前，一些學(xué)校處于發(fā)展建設(shè)的過程中，師資力量不充足，資金也不充足，而建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以從根本上解決實(shí)驗(yàn)儀器狀況及師資力量不足的問題。傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式需要學(xué)生抄寫實(shí)驗(yàn)步驟或者打印實(shí)驗(yàn)講義，而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以代替學(xué)生按書本抄寫實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)原理的過程。另外，學(xué)生可以在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，熟悉實(shí)驗(yàn)原理和儀器的使用方法，實(shí)現(xiàn)了從預(yù)習(xí)到操作到評(píng)價(jià)的完整學(xué)習(xí)過程。因此，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅可以提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，而且可以提高學(xué)生的自主探究能力。

三、結(jié)語

綜上所述，在中職物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)，可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)虛擬的“真實(shí)”的實(shí)驗(yàn)操作情境，有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于轉(zhuǎn)變單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式有助于客觀評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ欣谔岣呓虒W(xué)質(zhì)量。因此，物理教師在中職物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要合理應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)，不斷提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰妥灾魈骄磕芰ΓM(jìn)而提升物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

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作者:牛騰 單位:甘肅省通渭縣職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校