虚拟实验在物理教学中的优势和实现方式

虚拟实验在物理教学中的优势和实现方式

【关键词】虚拟实验 物理教学 优势 实现方式

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2012）11B-

0084-01

在物理教学中，实验既是重要的教学内容，也是重要的一种学习方式，它对于物理教学有着不可低估的作用。为了紧密配合新课程改革，丰富、优化物理实验教学，本文对虚拟实验做一些探索。

一、虚拟实验

虚拟实验就是在电脑上将各种虚拟的仪器，按实验要求组装成一个完整的实验系统，同时在这个系统上“完成”整个实验过程，包括原材料的添加、实验条件的改变、数据的采集以及实验结果的呈现、分析。虚拟实验在广义上似乎也是一种模拟实验，但它在实验的本体逼真性和应用普适性，以及在给予实验者的现场感受和实验效果等方面，是传统的计算机模拟实验无法相比的。

二、虚拟实验的优势

1.可弥补教学条件的不足。现在许多学校缺乏实验器材，影响了学生实验的进行，严重制约着实验教学。虚拟实验室可以让学生不受课堂的限制，自主地模仿真实实验，促进教学目标的达成，同时能减少实验仪器的购置、维护费用。

2.便于学生自主探索研究。传统的实验教学，受时间、地点限制，有一定的局限性。而对于虚拟实验来说，学生可以在课外在家中，根据自己的实际情况有针对性地进行相关的实验研究，获得接近真实的实验体会，从而能丰富学生的感性认识，加深学生对教学内容的理解。

3.有利于激发学生的实验兴趣和学习热情。虚拟实验具有较强的直观性和交互性，操作便捷，饶有趣味，因此能激发学生的实验兴趣和学习热情。

4.有利于扩大实验和观察的范围。有些物理实验不便观察、不便操作，有些甚至不可能进行。而利用虚拟实验则可以进行那些常规环境无法进行的实验，可以彻底打破空间的限制。大到宇宙天体，小到原子粒子，学生都可以很好地进行“观察”。一些需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程，在虚拟实验中可以在很短的时间内呈现给学生。以往一些对于人体健康有危害甚至危及人身安全的实验，一般采用观看电视录像的方式来取代。学生不参与实验，就无法获得感性认识。进行虚拟实验，则可以弥补这个缺陷。学生在虚拟的实验环境中，可以放心地去做各种实验。

5.有利于发挥学生的想象力与创造性。虚拟实验不同于一般的多媒体演示实验，几乎可以做到真实实验能做到的一切，加上虚拟仪器具有不怕损坏、数量不受限制等真实实验没有的特点，学生可以反复进行实验和观察，具有很强的灵活性和可重复性。通过设计各种不同的方案进行实验，可以全面锻炼学生的独立思考、动手操作能力，充分发挥学生的想象力与创造性。

6.有利于培养学生的信息处理能力。虚拟实验可以记录下全过程各个时刻的数据，并可以利用系统内部的计算器或其它软件来进行处理，还可以根据需要绘制出相应的实验图。这有利于培养学生的信息处理能力。

三、虚拟实验的实现方式

1.基于本地计算机的虚拟实验室。只要将具有仿真物理实验功能的计算机软件安装到计算机上，学生便拥有了一个虚拟实验的环境和平台。这种软件的主要特点是不受网络的限制，安装简单，操作容易。其中，“仿真物理实验室”是最常用的软件。它面向中学物理课堂、物理教师和全体学生，具有全开放性，能给师生提供一个功能齐全、实验器材非常完备的综合性虚拟实验室。利用它几乎可以进行所有的物理课堂教学实验。师生可以在1分钟内制作一个弹簧振子或单摆的物理模型，在2分钟内完成验证动量守恒的实验，在几分钟内制作一个粒子加速器的原理模型。它能让学生进一步加深对物理现象和规律的理解，使学生提高物理学习兴趣，是中学物理课堂教学的有力助手。

“几何画板”是另外一个值得关注的基于本地计算机的虚拟实验室软件，也是全国中小学计算机教育研究中心推荐的适合中学物理教师使用的计算机软件。它不仅能为教师提供一个制作课件的平台，也能为学生提供一个进行物理“实验”的环境。通过仿真的实验操作，可以帮助学生建立物理模型，进一步加深对物理实验的理解和研究。

2.基于Web的虚拟实验室。现在许多学校已经建立了校园网并与互联网相联，同时一些学校和教育网站还开发和搭建了基于Web（网络）的虚拟实验室平台。利用基于Web的虚拟实验室，学生就能够模拟进行许多物理实验。由于这一平台是基于Web开发的，师生只要拥有一台联网的计算机就可以充分利用这一资源，在电脑上只需要安装简单的客户端软件，而不需要安装类似本地虚拟实验室的软件，安装更为方便，使用成本更低，而且服务器端的软件可以随时升级更新，为学生提供最适宜的虚拟实验环境。学生可以通过网络和其他同学共同合作实验，教师也可通过网络对学生进行远程指导，其互动性非常明显。因而，大力构建和推广基于Web的虚拟实验系统是发展远程教育的重要措施，是实现虚拟实验室的重要途径之一，具有很高的实用价值和很好的发展前景。

3.基于云计算的虚拟实验室。提供资源的网络被称作“云”。云计算是通过网络按需提供动态的廉价计算服务。它使教育教学对信息服务的需要得到最大的满足。随着云计算技术的高速发展，远程互动云计算虚拟实验室已经成为现实。它可以通过网络动态地实现计算资源共享，使得基于网络的虚拟资源利用效率更高，实验的互动效果更好。

当然，无论虚拟实验多么接近真实，优势多么明显，它都不能取代真实的实验，因为在真实实验中通过对故障的分析及排除等来培养学生的能力在虚拟实验中是不可能完全做到的。虚拟实验只是一种新的教学辅助手段。我们认识到这一点，就能够更合理、更好地利用它。

（责编 王学军）

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