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虚拟仿真技术在物理实验教学的应用论文

以信息技术为工具，使课程内容的呈现方式、学生的学习方

式、教师的教学方式和师生的互动方式实现全新的变革，优化教学

过程中的各个要素和环节，这是数字化教学与课程融合的要求。将

信息技术有效融入物理教学过程来营造一种新型的教学环境，可实

现既能发挥教师主导作用又能充分表达学生主体地位的“自主、探

究、合作”教与学，让学生的主动性、积极性、创造性较充分地发

挥出来，使创新精神和实践能力的培养真正落到实处。笔者在探索

数字化教学与物理课程融合过程中，发现了许多非常适合新时期物

理实验教学的软件应用。本文主要以NB物理实验为例，阐述教学软

件与物理实验教学融合的策略。

NB物理实验全称“NOBOOK虚拟仿真实验”（基于HTML5技

术），支持多终端跨平台访问——电子白板、台式机、一体机、平

板电脑等终端均可使用，适应Windows、IOS、Android等平台。不

仅支持教师任意组装实验、不受实验步骤的限制，而且所有实验操

作均可呈现准确的实验数据以及逼真的实验现象。NB物理实验分为

NB电学实验、电磁学实验、力学实验、光学实验、热学实验和声学

实验6个独立的APP。教师在课堂教学中可以翻开相应的APP，通过

投屏展示实验的操作过程，可较为直观地看到实验的一些现象。在

学生终端上可安装这些软件，可以让学生根据自己的需要，自主设

计实验方案、自主选择实验器材、自主搭配和组装实验仪器，并记

录实验数据。该应用软件可帮助学生发现实验设计中的问题，以便

在真实的实验环境下，减少实验过程中对仪器的损坏。学生在家

里，也可随时通过软件进展相关的实验操作，并做数据分析。NB物

理实验与物理课程融合的优势及条件如下：（1）NB物理实验是一

种全新的网络技术与多媒体技术一体化的虚拟实验系统，它载有适

用多系统的软件与APP、多类型的虚拟实验器材、多样化的自主操

控平台及多终端互动的教学平台，在真实实验的根底上可实现信息

技术与物理实验教学的融合，在延续传统的同时弥补了其缺乏；

（2）NB物理实验利用虚拟仪器做实验，用户可以自行设置各种参

数，以获得理想的效果；（3）虚拟仪器的应用突破了现有实验条件

的限制，排除了各种干扰因素对实验的影响（它与数字化实验系统

的融合值得深入研究）；（4）我国许多地区的教室多为多媒体教

室，大都能配备大尺寸多媒体一体机，无线网络全覆盖，有些学校

还拥有移动智能手机终端设备，这些都为NB物理实验进入课堂提供

了条件。

NB物理实验等数字化实验系统为我们提供了一个新的实验探究

平台。应用此平台能让学生从数据读取、公式运算和图像描绘等烦

琐的劳动中解脱出来，让学生有充足的时间和精力对物理现象进展

多角度的感知和多视角的探究。同时，我们要认识到数字化实验系

统与物理课程的有效融合需要先进的教育思想介入，它的合理应用

本身就要求同步变革传统教育观念、教育思想与教育模式，代之以

尊重人的主动性、首创性、反思性、合作性的全新的教育观念、教

育思想与教育模式。笔者认为，NB物理实验优越性的充分发挥应基

于新的实验教学理念。物理课堂是物理教学的主阵地，任何教学方

式的改良都应该首先能够效劳于课堂教学，数字化教学与物理课程

的融合也不例外。高中阶段所有实验按内容可分为由教师演示的演

示实验、由学生验证或测量数据的操作性实验和以探究潜在物理规

律的探究性实验三类。

（一）NB物理实验对演示实验的融合

在物理实验中最常见、最普通的实验就是演示实验。物理教师

在讲解概念的时候，因班级人数较多，空间相对较大等客观因素，

导致很多学生对物理现象观察不清晰，影响学习。虚拟实验那么能

很好地解决这个问题。以光学实验为例，由于白天教室实验用光线

可辨识度低，光学演示实验往往达不到预期效果。虚拟实验中实验

光路图都能被实时展现在一体机屏幕上，实验效果直观。这样，大

大地提高了学生对光学规律的理解能力。例如，利用NB光学实验进

展光学折射定律与全反射规律的演示操作时，教师可添加装水的玻

璃水槽用于观察同一光束在不同材料中的偏折情况，让学生清晰地

观察到折射角度不同，从而使他们加深对光的折射现象的理解。

（二）NB物理实验对操作实验的融合

操作实验是为了培养学生的动手能力和理论联系实际的能力，

一般在操作实验中不主张用虚拟实验代替真实实验。在高中物理教

学中，很多电学实验都是操作实验。电学实验仪器数量较多且容易

因错误操作造成损坏。所以在教学中要