虚拟现实技术在中学物理实验教学中应用

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1、虚拟现实技术在中学物理实验教学中的应用秦艳芳河北省唐山市第十六中学【摘要】目前，许多种类的虚拟实验室大量出现在网络上。但是，这些虚拟实验室往往都是二维场景，学生参与实验的真实感很弱，对学生的学习帮助作用有限。虚拟实验室本质上是对真实实验场景的仿真模拟，是对实验条件有限或者真实实验室无法实现的实验近乎逼真的显现，应该具有和真实实验室相同的物理属性，学生在其中应该具有和真实实验室相似的体验和同样的学习效果。因此，虚拟实验室应该能够满足学生进行自主探究式操作，这一点，二维的虚拟实验室是无法实现的，只要三维的虚拟实验场景才可以达到这一要求

2、。本文从分析中学物理实验教学现状入手，阐述利用虚拟现实技术进行物理实验教学的优势，讨论虚拟现实技术在物理实验教学中的重要作用和运用。【关键词】虚拟现实技术，虚拟实验室，VB应用，ActiveX控件【引言】物理学是一门以实验为基础的自然科学，加强实验教学，不仅可以提高物理教学效果，还可提高学生的实验素质，有助于培养学生的创造性学习能力。现代，信息技术的迅猛发展，极大丰富了课程和教学资源。新课程标准指出，实验教学要走在教学改革的前列，必须大胆采用现代信息技术手段进行实验教学。信息技术在物理实验中的运用更新了传统实验教学的理念、教学手段

3、和教学方式。伴随着计算机软件技术和高级程序语言的人性化发展，实验教学也逐渐走向虚拟化，不仅多种多媒体课件纷纷涌现，虚拟现实技术也应用于物理实验教学中，这是教育技术发展的一个飞跃。利用虚拟现实技术建立的物理虚拟实验室拥有传统实验室难以比拟的优势。一、中学物理实验教学的现状1、实验室空间相对有限，实验仪器相对匮乏近年来，由于各种原因，有限的实验空间和有限的实验仪器根本无法满足当前物理实验教学的要求，无法反应当前物理学发展前沿，具有非常明显的陈旧性、滞后性、非实用性。2、危险、复杂实验难以操作在物理实验教学中，有些物理现象或物理过程很难

4、或无法直接通过实验演示，造成学生对这些现象和过程缺乏感性认识，因此理解起来比较困难。有些实验，虽然内容比较重要，但对于过程复杂或成本高等原因采用传统的教学手段无法演示，如分子运动的特点，布朗运动；波的叠加，干涉与衍射；粒子散射等都很难直接通过实验演示。还有些实验比较危险，无法进行实验教学，比如原子核的裂变、聚变；子弹的穿透形式；动量定理在空中的爆炸形式的运用等。3、细致的演示实验的具体实质无法清楚观察有些演示实验由于各种原因，导致教师的操作过程，实验发生的现象可见度非常小，无法直接让全班学生都观察到。比如游标卡尺、螺旋测微器的操作

5、过程及读数方法，各种电学实验的操作过程及电表指针的偏转情况等。另外，有些实验受仪器精密度等因素的限制而不宜成功或实验现象变化太快，现象并不明显，很难让学生信服。4、现有课件缺乏交互性，大多学生不能深刻掌握实验的内容，束缚了学生的想象力和自由发挥的空间教学中，有些学校开发了辅助教学的CAI多媒体课件，但是在管理模式、内容安排、资源建设和教学手段诸多方面均存在问题：多媒体课件大多是单机运行的，完全机械地展示、演示实验课的内容，课件缺乏交互性，大多学生不能深刻掌握实验的内容，束缚了学生的想象力和自由发挥的空间，学生的积极性并未充分调动，

6、很难达到预期的实验课教学效果。如果利用先进的通信网络技术，创建一个可视化的三维环境，学生就可以进行虚拟的实验，完成难做实验的仿真模拟、进行物理过程的动态分析，提高物理实验课教学效果。二、虚拟现实技术特点和作用 虚拟现实（VirtualReality，VR）技术利用三维图形生成技术、多传感交互技术以及显示技术，生成三维的虚拟环境，介入者利用键盘、鼠标等输入设备，或者带上头盔、数据手套等传感设备进入虚拟环境，在虚拟环境中进行实时交互，并且能够感知和操作虚拟环境中的各种对象，获得身临其境的感受和体验。  虚拟现实技术具有沉浸感、交互性和

7、想象力三个基本特征。在具体的教学实验中，学生可以作为主角存在于虚拟环境中，对虚拟环境内的物体进行操作并从环境中得到自然的反馈，而且当学生沉浸在多维信息空间中时，能够主动地获取知识，寻求解答，形成新的概念。  虚拟现实技术以其诸多的优点决定了它在教育领域中的重要作用。一是避免真实实验或操作所带来的各种危险并降低真实实验的实验用品损耗；二是在虚拟实验中可以获得与真实实验一样的学习效果，还可根据实验教学发展需求“引入”新设备，不断对新设备进行扩展。三是彻底打破空间与时间的限制。总之，虚拟现实技术结合多媒体技术和计算机网络，能提高实验效果

8、与效率，充分发挥教学优势。  三、虚拟实验室的实现  虚拟实验室是由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统，包括相应实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象以及实验信息资源等。在虚拟实验室中，学生能够在计算机建立的三维的模拟实验场景中从不