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一、什么是虚拟实验
虚拟实验技术起源于20世纪末，是依托“虚拟现实”技术而产生和发展的一种实验模式。虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术构建实验平台，利用计算机及相应的应用软件来模拟实验仪器、实验环境，以人机对话的方式来实现实验的过程。它具有内容丰富，操作简单，能无限复制，易于推广等优点。开展网上虚拟实验教学能够突破传统实验对“时、空”的限制，无论是学生还是教师，都可以自由、无顾虑地随时随地上网进入虚拟实验室，操作仪器，进行各种实验，有助于提高实验教学质量。
二、物理虚拟实验的特点
1、虚拟性：所有的实验器材和过程都是通过计算机软、硬件和网络实现的，从本质上来说是根本不存在的，即虚拟的。
2、高仿真性：借助虚拟现实技术实现的虚拟实验，和现实相比非常相似，生动逼真，人机界面友好。
3、交互性：学生进行实验学习时，虚拟实验相当于为每个学生提供了一个自己的实验室，他们可以自主地、自由地、无顾虑地随时进入虚拟实验室操作仪器，进行各种实验。在实际操作中，可以及时反馈给学生实验数据，实现人机交互，还可以通过网络展开小组讨论、协作，充分体现学生的主体性。
4、开放性：通过网络虚拟实验室，学生可以随时随地进入实验室，有选择地进行各种实验。
三、虚拟实验对于培养学生实验能力的作用
(一)培养学习物理兴趣
爱因斯坦有句名言：“兴趣是最好的老师。”孔子云：“知之者不如好之者，好知者不如乐之者。”物理是一门以实验为基础的学科。实验在初中物理教学中地位不言而喻。虚拟实验利用多媒体技术来模拟真实实验环境。如在“直流电动机”教学时，我们可以通过操作鼠标使开关闭合和断开，使电动机运转和停止，可以通过移动滑片控制电动机的转速，可以通过改变电流或磁场方向来改变电动机的转向。另外还能方便地完成电动机的组装。使得整个实验过程具有游戏的特点，可以激发学生浓厚的学习兴趣。
(二)培养学生观察实验及探究能力
在实际的物理实验中，由于实验条件(器材、环境等)的限制，有些实验不易完成，实验结果往往和教师期望的不一致，甚至出现相反的数据。利用虚拟技术设计虚拟实验时，忽略了一些次要的因素的影响，不会出现以上现象的。在虚拟实验室中，学生可通过鼠标的点击及拖动操作，进行虚拟实验。这种虚拟实验室为学生提供了全方位的开放性操作环境，使学生在课堂上实现了虚拟世界的真实体验。通过虚拟实验能够培养学生观察实验、自主模拟实验、读取数据、科学分析归纳等知识和技能的能力，并促使学生建立科学的世界观。学生在网络技术环境下进行多媒体虚拟实验操作的同时，还可以通过网上与其它同学交流、讨论、获取新知识。在虚拟实验中，学生还可以很方便地通过改变实验参数分析不同的实验结果，这有利于培养学生的科学探究意识和创新精神，使学生真正成为学习的主人。
(三)展现传统实验无法演示或效果不佳的物理现象和过程
利用虚拟实验，将一些较难理解或实现的物理现象规律生动再现给学生，可以集中学生的注意力，提高课堂效率。在“观察水沸腾”实验中，若采用传统的实验方法，会存在可见度差、耗时长、效果不明显等问题。进入热学虚拟实验室，通过鼠标的拖拽，很快就可以完成铁架台、酒精灯、烧杯、温度计的安装。随着酒精灯的“点燃”，学生很容易观察的水的沸腾现象以及加热过程中水的温度变化情况，整个过程只需几分钟，大大节省课堂时间，提高课堂效率。此外，虚拟实验还可展示课堂实验无法演示的物理现象和过程，例如，固体分子的扩散很慢，把磨得很光滑的铅片及金片紧压在一起，在室温下放置5年，扩散现象才明显。显然，这样的实验是无法在课堂上完成的，但借助多媒体技术就可以把固体分子的运动过程形象的表现出来，学生便能从虚拟的实验中得到固体分子是在不停运动的这样一个直观的印象。类似的还有原子的核式结构、核反应过程、微波通信等。利用计算机“虚拟现实”的特点，进行逼真的模拟，物理现象和过程生动、形象地展示与学生面前，使学生认识加深，形成概念。
(四)丰富实验资源，确保实验安全
新课程非常重视培养学生的实验探究能力，许多中学都面临着实验仪器短缺、实验室不够用的问题。虚拟实验室只要求把新课程中所有的物理实验设计成软件，安装在计算机上(可称之为中学物理虚拟实验室)。这种虚拟实验室容量大，实验丰富，能很好地满足师生的要求。虚拟实验走进课堂，是实验教学现代化的体现，为实验教学注入了新的活力，也将带来物理实验模式的变革。
利用虚拟实验，使学生可以做一些危险或危害人体的实验。在初中电学教学过程中，由于短路实验具有一定的危险性，一般的教学都采用教师做演示实验与讲述相结合(甚至只讲)’学生缺少亲身体验。利用“电学物理实验室”的虚拟实验，学生可以体验生动的短路现象，加深对短路危害的认识。通过虚拟实验环境可以获得与真实实验一样的体会，丰富了学生感性认识，加深对教学内容的理解。
四、教学中应注意的问题
强调学生动手动脑的能力，让学生亲知亲为，从而培养学生实践技能。虽然多媒体展示操作方便、可见度高，但它毕竟是人工化、科技化和理想化的产物，有别于现实中的客观事物，因此，不能完全替代实验教学。使用虚拟实验教学主要针对跨时间、跨空间的、有一定危险的实验、在校不能做的实验。教学中应以实验教学为主，使用虚拟实验为辅，两者之间有主次之分，切不可反客为主。
总之，目前虚拟实验技术还处在发展、起步阶段，但在实验教学过程中已经发挥了巨大的作用。它不仅弥补实验设备缺乏和条件的限制，而且极大提高了学生对知识的需求和探索的积极性，提高了实验教学效果。同时，通过虚拟实验技术把抽象的、难以直接用一般自然手段表现物理现象和规律形象直观地表现出来，有助于学生加快认识客观世界，有效提高学生实验能力。
作者单位：宿迁市宿豫区侍岭初级中学江苏22382
虚拟实验技术起源于20世纪末，是依托“虚拟现实”技术而产生和发展的一种实验模式。虚拟实验是指借助于多媒体、仿真和虚拟现实等技术构建实验平台，利用计算机及相应的应用软件来模拟实验仪器、实验环境，以人机对话的方式来实现实验的过程。它具有内容丰富，操作简单，能无限复制，易于推广等优点。开展网上虚拟实验教学能够突破传统实验对“时、空”的限制，无论是学生还是教师，都可以自由、无顾虑地随时随地上网进入虚拟实验室，操作仪器，进行各种实验，有助于提高实验教学质量。
二、物理虚拟实验的特点
1、虚拟性：所有的实验器材和过程都是通过计算机软、硬件和网络实现的，从本质上来说是根本不存在的，即虚拟的。
2、高仿真性：借助虚拟现实技术实现的虚拟实验，和现实相比非常相似，生动逼真，人机界面友好。
3、交互性：学生进行实验学习时，虚拟实验相当于为每个学生提供了一个自己的实验室，他们可以自主地、自由地、无顾虑地随时进入虚拟实验室操作仪器，进行各种实验。在实际操作中，可以及时反馈给学生实验数据，实现人机交互，还可以通过网络展开小组讨论、协作，充分体现学生的主体性。
4、开放性：通过网络虚拟实验室，学生可以随时随地进入实验室，有选择地进行各种实验。
三、虚拟实验对于培养学生实验能力的作用
(一)培养学习物理兴趣
爱因斯坦有句名言：“兴趣是最好的老师。”孔子云：“知之者不如好之者，好知者不如乐之者。”物理是一门以实验为基础的学科。实验在初中物理教学中地位不言而喻。虚拟实验利用多媒体技术来模拟真实实验环境。如在“直流电动机”教学时，我们可以通过操作鼠标使开关闭合和断开，使电动机运转和停止，可以通过移动滑片控制电动机的转速，可以通过改变电流或磁场方向来改变电动机的转向。另外还能方便地完成电动机的组装。使得整个实验过程具有游戏的特点，可以激发学生浓厚的学习兴趣。
(二)培养学生观察实验及探究能力
在实际的物理实验中，由于实验条件(器材、环境等)的限制，有些实验不易完成，实验结果往往和教师期望的不一致，甚至出现相反的数据。利用虚拟技术设计虚拟实验时，忽略了一些次要的因素的影响，不会出现以上现象的。在虚拟实验室中，学生可通过鼠标的点击及拖动操作，进行虚拟实验。这种虚拟实验室为学生提供了全方位的开放性操作环境，使学生在课堂上实现了虚拟世界的真实体验。通过虚拟实验能够培养学生观察实验、自主模拟实验、读取数据、科学分析归纳等知识和技能的能力，并促使学生建立科学的世界观。学生在网络技术环境下进行多媒体虚拟实验操作的同时，还可以通过网上与其它同学交流、讨论、获取新知识。在虚拟实验中，学生还可以很方便地通过改变实验参数分析不同的实验结果，这有利于培养学生的科学探究意识和创新精神，使学生真正成为学习的主人。
(三)展现传统实验无法演示或效果不佳的物理现象和过程
利用虚拟实验，将一些较难理解或实现的物理现象规律生动再现给学生，可以集中学生的注意力，提高课堂效率。在“观察水沸腾”实验中，若采用传统的实验方法，会存在可见度差、耗时长、效果不明显等问题。进入热学虚拟实验室，通过鼠标的拖拽，很快就可以完成铁架台、酒精灯、烧杯、温度计的安装。随着酒精灯的“点燃”，学生很容易观察的水的沸腾现象以及加热过程中水的温度变化情况，整个过程只需几分钟，大大节省课堂时间，提高课堂效率。此外，虚拟实验还可展示课堂实验无法演示的物理现象和过程，例如，固体分子的扩散很慢，把磨得很光滑的铅片及金片紧压在一起，在室温下放置5年，扩散现象才明显。显然，这样的实验是无法在课堂上完成的，但借助多媒体技术就可以把固体分子的运动过程形象的表现出来，学生便能从虚拟的实验中得到固体分子是在不停运动的这样一个直观的印象。类似的还有原子的核式结构、核反应过程、微波通信等。利用计算机“虚拟现实”的特点，进行逼真的模拟，物理现象和过程生动、形象地展示与学生面前，使学生认识加深，形成概念。
(四)丰富实验资源，确保实验安全
新课程非常重视培养学生的实验探究能力，许多中学都面临着实验仪器短缺、实验室不够用的问题。虚拟实验室只要求把新课程中所有的物理实验设计成软件，安装在计算机上(可称之为中学物理虚拟实验室)。这种虚拟实验室容量大，实验丰富，能很好地满足师生的要求。虚拟实验走进课堂，是实验教学现代化的体现，为实验教学注入了新的活力，也将带来物理实验模式的变革。
利用虚拟实验，使学生可以做一些危险或危害人体的实验。在初中电学教学过程中，由于短路实验具有一定的危险性，一般的教学都采用教师做演示实验与讲述相结合(甚至只讲)’学生缺少亲身体验。利用“电学物理实验室”的虚拟实验，学生可以体验生动的短路现象，加深对短路危害的认识。通过虚拟实验环境可以获得与真实实验一样的体会，丰富了学生感性认识，加深对教学内容的理解。
四、教学中应注意的问题
强调学生动手动脑的能力，让学生亲知亲为，从而培养学生实践技能。虽然多媒体展示操作方便、可见度高，但它毕竟是人工化、科技化和理想化的产物，有别于现实中的客观事物，因此，不能完全替代实验教学。使用虚拟实验教学主要针对跨时间、跨空间的、有一定危险的实验、在校不能做的实验。教学中应以实验教学为主，使用虚拟实验为辅，两者之间有主次之分，切不可反客为主。
总之，目前虚拟实验技术还处在发展、起步阶段，但在实验教学过程中已经发挥了巨大的作用。它不仅弥补实验设备缺乏和条件的限制，而且极大提高了学生对知识的需求和探索的积极性，提高了实验教学效果。同时，通过虚拟实验技术把抽象的、难以直接用一般自然手段表现物理现象和规律形象直观地表现出来，有助于学生加快认识客观世界，有效提高学生实验能力。
作者单位：宿迁市宿豫区侍岭初级中学江苏22382