基于建构主义下的高中物理虚拟仿真实验教学设计

吴强 吴旭普 李念

摘要：随着现代教育信息技术的高速发展，教学与信息技术的融合已经成为重要的教学手段，实验是在物理教学不可替代的环节，因此，如何将物理实验教学中运用信息技术，使之更好地为教学服务是我们今后物理教学的重要目标。虚拟仿真技术的新起，使得信息化教学与物理实验教学成为现实，这也为高中物理实验教学的改革提供新的方向。

关键词：虚拟仿真实验; 高中物理; 实验教学

1.引言

由于设备短缺等原因使得高中物理实验教学在实际教学中不受重视，实验教学中对于学生的实践能力的训练比较薄弱，为此，笔者提出将虚拟仿真技术与实验教学进行融合。虚拟仿真实验可以重复、网络进行操作，丰富了现有的教学手段。本文从虚拟仿真实验应用于教学的可行性和高中物理虚拟仿真实验教学的设计过程来进行分析。建构主义学习理论认为，“学习，是学习者通过在一定的背景下利用必要的学习条件获得认知识的过程;知识不是由教师教给的，而是通过建构的方式获取的”。由此可见，建构主义是通过学生自主建构的学习理念。物理教学过程中，通过实验教学环节能够引起学习者在认知上的共鸣，从而引导学生的主动发现、建构知识体系。虚拟仿真实验通过场景的设计，和对真实实验的模拟，可以打破时间、地域的限制，可以为实验教学创设适合建构主义教学的学习环境。通过基于虚拟仿真对教学环境的创设，为教学提供交互条件，通过教师与学生的互动，学生能够自主完成实验;并且针对实验中遇到的问题可以及时与教师进行交互，从而促进便于学生自我的知识体系建构。

2.基于虚拟仿真实验教学的调查

对在校高二3个班179名学生的学习物理实验兴趣进行问卷调查，结果进行整理如图1 。

对物理实验学习不感兴趣的原因进行进调查，原因如图2

对不同难度的物理实验，学生喜欢的教学方式调查180名学生结果如图3、图4。

3.虚拟仿真实验教学的设计

根据前面的调查，虚拟仿真实验引入高中物理实验教学对于物理教学具有重要的促进作用，因此列出了虚拟仿真实验教学的设计流程。

3.1 虚拟仿真实验的设计原则

虚拟仿真实验教学应该遵循以下三个原则，即科学性、必要性、教学性。1、科学性，虚拟仿真实验的设计必须要要以物理规律为根本，以原理为依据、以教学大纲为导向，虚拟仿真实验的设计不能单纯为实验而实验，在遵循物理规律的基础上，还需要仔细研读教学大纲，遵循教学规律进行。2、必要性，信息化条件的引入确实给教学提供了极大的便利，但是传统教学手段也不能摒弃，选择虚拟仿真实验项目需要考虑其必要性，要遵从“能实不虚”的原则。例如，现象单摆这个实验，在实验室中进行效果就比虚拟仿真教学好。主要是因为，单摆属于实验现象明显，操作比较简单的实验，结论容易获得，如果将其虚拟化，将是得不偿失的。而受限于教室的环境比如“密立根油滴”实验，这种价钱昂贵无法获得的实验项目，就可以采取虚拟仿真教学。3、教学性。虚拟仿真实验教学的设计不仅仅要依据学生的认知水平，还要考虑教师与学生在教学活动中的提升，从而实现“教学相长”的良好局面。虚拟仿真实验设计的是为了通过丰富教学资源来促进学生对知识的建构，而不是直接将知识交给学生。因此所有的设计应该以学生的认知能力的基础，遵循教学规律和物理规律来进行。

3.2 虚拟仿真实验教学的一般过程

依据上述三个设计原则，按照设计的先后顺序，可将设计的过程划分为以下三个步骤，即选题分析、实验设计、实验运用与评价及实验改进，其一般教学流程如下图所示。

1、题目的选取，本环节需要对学生学情进行分析，明确学生的认知水平、知識水平的基础上来进行设计，只有做好前期的调研才能在教学中收到好的效果。其次是考虑目标的设计，本节课需要学生通过虚拟仿真实验下达到什么目标。最后是实验的必要性，如果没有必要的实验就不进行虚拟仿真教学。2、实验教学环节的设计，教师需要认真对比虚拟仿真实验和实体实验的区别，并且明确教学目标，从而设计教学过程，不一定要遵循实验系统里面的固定内容，可以针对学生易错点、教学难点等方面进行设计，3、实验评价，本环节不仅仅是教师对于学生的评价，还应该有学生的呼声，教学从专业角度对学生实验过程，重点难点的掌握来对学生进行评价，而学生可以从教师的教学过程来对教师进行评价，4、教师对实验教学的改进。

总之，虚拟仿真教学在今后的物理实验教学中将起到不可替代的作用，与传统实验教学，它具有可重复性、趣味性、交互性等优势，如何让它更好服务于教学是需要更多的探索的。只有充分发挥“学生主体，教师主导”的原则下，才能够使得在信息化高速发展的今天让虚拟仿真实验教学不流于形式，真正融入教学，为广大师生带来福音。

参考文献：

[1]王红艳. 新课程标准下初中物理实验教学的研究与探索[D].江西科技师范大学，2017.

[2]宋象军.虚拟实验室在高校实验教学中的应用前景[J].实验技术与管理，2005（6）.

【项目基金】：本文系2019年安顺市教育科学规划课题“基于VR和沉浸式体验技术在高中物理实验教学中的创新应用”（项目编号：AS2019B037）