关于虚拟现实技术下普通物理实验教材的开发初探

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1、关于虚拟现实技术下普通物理实验教材的开发初探　　［论文摘要］文章从普通物理实验教学的基本目的和要求出发，探讨在虚拟现实（VR）技术条件下开发普通物理实验教材的有关内容。　　［论文关键词］虚拟现实普通物理实验教材开发　　　　邓小平在1983年10月为北京景山学校题词“教育要面向现代化，面向未来，面向世界”，指出：“现代经济和技术的迅猛发展，要求教育质量和教育效率的迅速提高……教育工要研究和改变旧的课程体系，根据社会主义现代化的需要来设置课程、学科、专业，使学生具有合理的知识结构和深厚的基础知识；要不断更

2、新教学内容，及时把最先进的思想、事物、最新的科学技术成果和知识引进教学内容。”　　随着现代科学技术日益飞速地发展，涌现出许多优秀的高新技术成果，在我们的生活、军事、医疗、教育等领域发挥出越来越重要的作用。虚拟现实（VirtualReality,VR）技术即为其中之一，钱学森院士又将其翻译为“灵境”技术，它实际上是一种可创建和体验虚拟世界的计算机系统。该虚拟系统由计算机生成，可以是现实世界的再现，也可以是构想中的世界，用户可借助视觉、听觉及触觉等多种传感通道与虚拟世界进行自然的交互。　　利用VR技术辅助

3、教学正逐渐成为物理理论和实验教学中最具有吸引力的现代化教学手段，而开发出高质量的VR实验教材是充分发挥其教学优势的基础和核心。基于VR技术的普通物理实验教材的开发，将会改变普通物理实验教学的传统模式，通过VR技术模拟逼真的物理实验场景，对实验教学质量的提高将发挥不可替代的作用。本文将从普通物理实验课程教学的基本目的和要求出发，探讨在开发基于VR技术的普通物理实验教材的过程中应遵循的原则以及VR实验教材的优势等内容。　　一、普通物理学实验课程的教学目的和教学要求　　物理学是一门以实验为基础的科学，概念的

4、建立、定律的发现以及物理现象的研究都离不开科学严谨的实验。可以说，离开了实验，就没有物理学的发展。　　在大学阶段为学生开设普通物理实验课程的目的在于通过实验使学生对相关概念有一个清晰的认识，有助于概念的掌握，提高相应理论课的教学质量，使学生掌握物理实验的基本方法和技能，掌握物理实验的选题、构思设计、具体实施方法以及结果的分析和研究等，使学生学会通过实验对物理现象进行观察思考、测量分析和研究，从而完成对物质运动规律的认识和把握。　　通过普通物理实验课程的实践应达到以下几点基本要求：第一，使学生获得物理实

5、验的基本知识、基本方法和基本技能。通过实验可以直观地把物理现象和物理规律展现在学生面前，加深印象，增强说服力。对于一些在日常生活中难以见到的抽象概念因学生头脑中没有感性材料，若只通过书本的文字介绍，学生很难理解，而通过实验学生则很容易获得切身的直观体会；同时通过实验实践过程，能够使学生了解到现代物理实验新技术与新知识发展的前沿概况。第二，培养学生的科学实验能力。一是阅读理解能力，训练学生自行阅读实验教材和参考资料，正确理解实验要求和内容，做好实验前的准备；二是动手操作能力，能够借助仪器说明书及相关资料

6、正确使用常用的基本仪器，实施实验方案；三是分析判断能力，运用所学的物理基本概念和知识，对实验现象和结果进行初步的分析和判断并作出结论；四是书写表达能力，要求学生撰写规范的实验报告。第三，培养与提高学生的科学实验素养。培养学生的创新意识和科学的思维方式，使学生具备理论联系实际和实事求是的科学作风以及严肃认真的工作态度。　　在物理实验课程的教学中要实现上述目标和基本要求，离不开高质量的物理实验课程教材。因此，编制现代化的高质量的普通物理实验教材，对提高普通物理实验课程的教学质量，培养具有创新精神和创新能力

7、的高素质人才，具有重要意义。　　二、普通物理实验教材建设应遵循的原则　　普通物理实验课程的主要任务是培养学生科学的思维分析能力、严谨熟练的动手操作能力以及对物理现象正确的语言表述能力。从教材设计的基本原理角度考虑，普通物理实验课程教材的编制应遵循以下几个基本原则：　　1.适应性原则。要求实验教材的设计应与社会发展相适应，与学生的发展相适应，与知识逻辑关系、心理逻辑关系和教学逻辑关系相适应，与教学目标、教育制度相适应。如普通物理实验教材的编制应很好地体现全国大学实验课程指导委员会制定的“大学物理实验课程

8、教学的基本要求”的科学性、思想性和实践性要求。　　2.整体性和系统性原则。要给学生构造普通物理学实验体系的总框架，勾勒物理实验科学统一的图景，反映物质世界的真实面貌，使学生树立正确的世界观和科学的物理思维方法，获得探知物理世界科学的方法论。　　3.综合效应原则。当今世界已进入信息时代，社会要求加强学生综合素质的培养。学生的综合素质主要由思想品德素养、文化素养、创新素质、身体素质及心理素质等方面构成。从普通物理实验课程的教学特点来看，它是一门实践性很强的课