虚拟现实技术在初中物理教学中的应用

饶瑷玲　严永军

摘   要：科技的发展和技术的革新对传统的教育理念、教育体系和教育模式产生了革命性的影响，虚拟现实技术在教育领域的应用受到广泛关注。在教学中融入虚拟现实技术，学生就能在虚拟的场景中动手操作，与虚拟的事物开展交互式的联系，从而获得形象思维能力与逻辑思维能力的双重提升。在教学的过程中，教师要充分利用虚拟现实技术，创设教学情境，优化教学环节，因材施教，培养创新型的人才。

关键词：虚拟现实技术   初中物理   人才培养

“虚拟现实”也称为虚拟环境、灵境或人工环境，也就是利用计算机生成一种虚拟场景，对参与者直接施加视觉、听觉和触觉等感官体验，并允许其开展交互式的观察和操作的技术。虚拟现实技术的基本特征是：沉浸（Immersion）、交互（Interaction）和想象（Imagination），重视人的主导作用，强调信息处理系统要适合人的需要，并与人的感官或感觉相一致。在视觉体验上，参与者会感觉这个虚拟世界是真实存在的，可以实时观察这个虚拟世界中的任何事物，甚至可以与之进行互动。

虚拟现实技术给学生带来的数字化学习体验不仅是高质量的，而且是游戏化的。相较于传统的课堂教学，在虚拟现实的课堂中，学生能体验多元化的虚拟世界，实现跨时空的互动体验，充分释放学习的创造力。虚拟现实的学习体验可以充分调动学生的学习动机，激发学生的学习兴趣，让学生在有趣的互动中学到知识和技能，深化知识体验。本文从初中物理“光现象”一课的教学出发，探究虚拟现实技术在初中物理教学中的具体应用。

一、将逻辑思维与形象思维相结合，扩展教育空间

虚拟现实技术是一种将虚拟场景叠加在现实场景之上，使参与者在虚拟场景中获得高于现实生活的情境体验的技术。物理知识是抽象的，物理学习往往借助实验的方式，化抽象为具象，深入探究物理知识的发展与推理过程。技术为教育服务，虚拟现实技术和物理教学的融合，能为学生创造更实景化、生活化、多样化的学习体验，让抽象的、逻辑复杂的物理问题形象化。因此，在教学中，教师要积极利用虚拟现实技术，创设有效的实验情境，扩展物理知识教育空间，将学生带入虚拟现实的情境，在情境中发展学生的逻辑思维与形象思维，填补学生思维空间的缺失，将物理知识教育从认识世界上升到理解世界。

例如，日食和月食的形成原理都是“光的直线传播”，但是由于观测过程受时间和地理位置的影响，学生无法通过自己的眼睛观测到日食与月食的全貌。在教学中，大多数教师展示的都是平面的示意图，学生对日食、月食的形成原因，以及日全食和日偏食的认知只停留于理论的层面，而不能深入认识日食、月食产生的规律和影响。借助虚拟现实技术，教师可以利用计算机，在虚拟设计系统的显示设备上，展现出日食、月食的完整形成过程。在虚拟现实技术创设的情境中，学生可以观察太阳、地球、月球在不断运行的过程中是如何出现日食和月食的，并且通过位置和角度的变化，观察到更多不同的现象，为学生的深入探究奠定基础。

二、打破时空限制，提升学生实践能力

物理是一门以观察和实验为基础的学科，虚拟现实技术为物理实验教学带来了新的机遇。虚拟实验是集虚拟现实技术、体感交互技术、信息传感技术、图形系统工具、人工智能等各种技术于一体的虚拟实验活动，实验者如同在真实环境中完成实验项目一样。同时，实验者所看到的实验情境能随着视点的变化发生即时变化，产生“身临其境”的感觉。

我们对真实空间的感觉来自各种视觉线索，如物体的相对位置、体积、亮度，以及在不同角度上的运动情况。其中最强烈的视觉体验来自双眼透视，由于左右眼看到的形象并不相同，因而双眼同时使用时就会产生强有力的体验效果。因此，教师可以利用虚拟现实技术，在实验教学中，给学生创造更加真实化的视觉体验，让学生深入认知知识的发展规律。

例如，在日常生活中，我们通过眼睛就能看到普通的光，但只有通过特定的器材，在特定的环境中，才能看到光路。在“光现象”中，光的反射规律、折射规律，平面镜和凸透镜的成像规律等实验，由于看不到光的传播路径，并且外界的光源对实验有一定的影响，因而实验很难取得预期的效果。以探究凸透镜成像规律的实验为例，利用虚拟现实技术，学生可以在虚拟实验中灵活地改变物体、凸透镜和光屏三者之间的位置关系，也可以通过信息传感技术，探索凸透镜的成像条件和成像规律等。在参与虚拟实验的过程中，学生不仅能发挥主观能动性，改变物体的形状、体积、位置、亮度等，对多组数据进行对比、分析、研究，还能将不同焦距的凸透镜、凹透镜、平面镜、凹面镜等进行组合，分析与比较各种显微镜和望远镜的成像原理。

虚拟实验不仅给学生提供了生动、逼真的学习环境和无限的虚拟体验，对提高学生的实践能力具有重要的作用，而且在时间和空间上具有开放性，学生可以将物理实验拓展到生活中，从而为探索未知领域奠定基础。

三、促进因材施教，实现个性化教育

在传统的教学模式中，学生的主观能动性不受重视，教师难以准确把握每个学生的真实学习情况，导致教学设计难以满足每个学生的真实需求，造成时间、精力，以及教学资源的浪费。利用虚拟现实技术，教师可以充分考虑学生的个体差异，开展差异化教学，因材施教，满足学生的学习需要，实现个性化教育。

例如，“光现象”一单元涉及光的直线传播、光的反射、光的折射、平面镜成像、光的色散等，知识点多，而且容易混淆。在实际生活中，学生很难将生活现象与所学知识联系起来，解决生活问题。例如，在照镜子时，人应该是面对窗户，还是背对窗户看得更清楚;台灯应该放在什么位置;小汽车的前窗玻璃为什么是斜的;为什么会出现红月亮等。在这种情况下，教师可以利用虚拟现实技术，让学生自行设计实验，解决自己在生活中遇到的问题，进而让学生在虚拟实验中提升动手操作能力和解决实际问题的能力。

利用虚拟现实技术，教师可以根据学生的个性特点与学习能力，设计不同层次的虚拟实验，让学生建构自己独特的学习模型，使教育实现从“千篇一律”到“千人千面”的转变。

四、智能化课堂，落实核心素养培养

物理学科核心素养是指学生在接受物理教育的过程中逐步形成的，能适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科性质的学习品质。总体而言，物理学科核心素养主要包括物理观念、科学探究、科学思维、科学态度与责任。虚拟现实技术不仅是帮助教师实现智能化课堂管理的重要方式，也是发展学生物理探究能力与思维的重要方式，更是培养学生物理学科核心素养的重要路径。

利用虚拟现实技术，教师可以及时掌握学生的学情，科学管理课堂教学流程，实现高效教学。例如，在物理实验教学中，教师可以通过软件的反馈，在尊重学生个人隐私的前提下，判断学生的学习状态及学习效果。在此基础上，通过理性的分析和深入的情感交流，引导学生对学习状态进行调整，提升教学的实效性。

总之，教师和教育技术是相互赋能的关系，教师要主动适应新技术的变革，将新技术融入教学，提高教学效率。虚拟现实技术给物理教学带来了全新的体验，在教学中，教师要积极利用虚拟现实技术，帮助学生打破空间和时间的限制，扩展物理教育的空间。此外，教师要重视学生的个体差异，实施个性化教育，帮助学生在课堂上培养物理观念、物理思维和科学探究能力，发展学生的物理学科核心素养。

参考文献：

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