虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用

《虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用秦艷芳河北省唐山市第十六中學(xué)【摘要】目前，許多種類(lèi)的虛擬實(shí)驗(yàn)室大量出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上。但是，這些虛擬實(shí)驗(yàn)室往往都是二維場(chǎng)景，學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的真實(shí)感很弱，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)幫助作用有限。虛擬實(shí)驗(yàn)室本質(zhì)上是對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的仿真模擬，是對(duì)實(shí)驗(yàn)條件有限或者真實(shí)實(shí)驗(yàn)室無(wú)法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)近乎逼真的顯現(xiàn)，應(yīng)該具有和真實(shí)實(shí)驗(yàn)室相同的物理屬性，學(xué)生在其中應(yīng)該具有和真實(shí)實(shí)驗(yàn)室相似的體驗(yàn)和同樣的學(xué)習(xí)效果。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該能夠滿(mǎn)足學(xué)生進(jìn)行自主探究式操作，這一點(diǎn)，二維的虛擬實(shí)驗(yàn)室是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，只要三維的虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景才可以達(dá)到這一要求

2、。本文從分析中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀入手，闡述利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，討論虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要作用和運(yùn)用?！娟P(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，虛擬實(shí)驗(yàn)室，VB應(yīng)用，ActiveX控件【引言】物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅可以提高物理教學(xué)效果，還可提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)能力。現(xiàn)代，信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，極大豐富了課程和教學(xué)資源。新課程標(biāo)準(zhǔn)指出，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要走在教學(xué)改革的前列，必須大膽采用現(xiàn)代信息技術(shù)手段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。信息技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用更新了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念、教學(xué)手段

3、和教學(xué)方式。伴隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和高級(jí)程序語(yǔ)言的人性化發(fā)展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也逐漸走向虛擬化，不僅多種多媒體課件紛紛涌現(xiàn)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，這是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)飛躍。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立的物理虛擬實(shí)驗(yàn)室擁有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室難以比擬的優(yōu)勢(shì)。一、中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀1、實(shí)驗(yàn)室空間相對(duì)有限，實(shí)驗(yàn)儀器相對(duì)匱乏近年來(lái)，由于各種原因，有限的實(shí)驗(yàn)空間和有限的實(shí)驗(yàn)儀器根本無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，無(wú)法反應(yīng)當(dāng)前物理學(xué)發(fā)展前沿，具有非常明顯的陳舊性、滯后性、非實(shí)用性。2、危險(xiǎn)、復(fù)雜實(shí)驗(yàn)難以操作在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有些物理現(xiàn)象或物理過(guò)程很難

4、或無(wú)法直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示，造成學(xué)生對(duì)這些現(xiàn)象和過(guò)程缺乏感性認(rèn)識(shí)，因此理解起來(lái)比較困難。有些實(shí)驗(yàn)，雖然內(nèi)容比較重要，但對(duì)于過(guò)程復(fù)雜或成本高等原因采用傳統(tǒng)的教學(xué)手段無(wú)法演示，如分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，布朗運(yùn)動(dòng)；波的疊加，干涉與衍射；粒子散射等都很難直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示。還有些實(shí)驗(yàn)比較危險(xiǎn)，無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，比如原子核的裂變、聚變；子彈的穿透形式；動(dòng)量定理在空中的爆炸形式的運(yùn)用等。3、細(xì)致的演示實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)質(zhì)無(wú)法清楚觀察有些演示實(shí)驗(yàn)由于各種原因，導(dǎo)致教師的操作過(guò)程，實(shí)驗(yàn)發(fā)生的現(xiàn)象可見(jiàn)度非常小，無(wú)法直接讓全班學(xué)生都觀察到。比如游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器的操作

5、過(guò)程及讀數(shù)方法，各種電學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程及電表指針的偏轉(zhuǎn)情況等。另外，有些實(shí)驗(yàn)受儀器精密度等因素的限制而不宜成功或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象變化太快，現(xiàn)象并不明顯，很難讓學(xué)生信服。4、現(xiàn)有課件缺乏交互性，大多學(xué)生不能深刻掌握實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，束縛了學(xué)生的想象力和自由發(fā)揮的空間教學(xué)中，有些學(xué)校開(kāi)發(fā)了輔助教學(xué)的CAI多媒體課件，但是在管理模式、內(nèi)容安排、資源建設(shè)和教學(xué)手段諸多方面均存在問(wèn)題：多媒體課件大多是單機(jī)運(yùn)行的，完全機(jī)械地展示、演示實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容，課件缺乏交互性，大多學(xué)生不能深刻掌握實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，束縛了學(xué)生的想象力和自由發(fā)揮的空間，學(xué)生的積極性并未充分調(diào)動(dòng)，

6、很難達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果。如果利用先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，創(chuàng)建一個(gè)可視化的三維環(huán)境，學(xué)生就可以進(jìn)行虛擬的實(shí)驗(yàn)，完成難做實(shí)驗(yàn)的仿真模擬、進(jìn)行物理過(guò)程的動(dòng)態(tài)分析，提高物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果。二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)和作用?虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，VR）技術(shù)利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及顯示技術(shù)，生成三維的虛擬環(huán)境，介入者利用鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，或者帶上頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進(jìn)入虛擬環(huán)境，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，并且能夠感知和操作虛擬環(huán)境中的各種對(duì)象，獲得身臨其境的感受和體驗(yàn)。??虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有沉浸感、交互性和

7、想象力三個(gè)基本特征。在具體的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以作為主角存在于虛擬環(huán)境中，對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)的物體進(jìn)行操作并從環(huán)境中得到自然的反饋，而且當(dāng)學(xué)生沉浸在多維信息空間中時(shí)，能夠主動(dòng)地獲取知識(shí)，尋求解答，形成新的概念。??虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其諸多的優(yōu)點(diǎn)決定了它在教育領(lǐng)域中的重要作用。一是避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作所帶來(lái)的各種危險(xiǎn)并降低真實(shí)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)用品損耗；二是在虛擬實(shí)驗(yàn)中可以獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的學(xué)習(xí)效果，還可根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展需求“引入”新設(shè)備，不斷對(duì)新設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展。三是徹底打破空間與時(shí)間的限制?？傊?，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合多媒體技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，能提高實(shí)驗(yàn)效果

8、與效率，充分發(fā)揮教學(xué)優(yōu)勢(shì)。??三、虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)??虛擬實(shí)驗(yàn)室是由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類(lèi)適于進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括相應(yīng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、有關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對(duì)象以及實(shí)驗(yàn)信息資源等。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生能夠在計(jì)算機(jī)建立的三維的模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中從不