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摘要：随着教育信息化的不断推进，以图片和音、视频等多媒体技术为载体的电子物理教学得以迅速发展。在此基础上，基于虚拟现实技术的虚拟情境教学也开始应用于物理教学实践。本文就虚拟现实技术，及其应用于物理教学的意义和方式展开研究，以期对物理教学实践有所助益。
关键词：虚拟现实技术；物理；应用方法
本文引用格式：胡章华.虚拟情境在电子物理教学的应用初探[J].教育现代化,2019,6(82):127-128.
情境教学就是根据学生的年龄和知识水平的不同，创设生动的教学场景和适宜的教学环境，以激发学生的情境思维和学习兴趣，达到既定的教学目标。优质的教学情境可以促进学生对知识的主动建构，因而在教学中具有重要地位。随着信息技术的飞速发展，电子教学通过图片、音频、视频等载体，以及先进的互联网信息技术实现教学实践中的实时有效互动，颠覆了传统的黑板粉笔加口语讲授的教学模式。在这一基础上，情境教学的创设手段由通过语言描述情境和使用图画展示情境，发展为利用现代信息技术和多媒体设备创设接近真实的教学情境，这是教育信息化和现代化发展的必然趋势。
一当前虚拟现实技术的发展及其与教育领域的融合
信息技术的飞速发展，深刻影响着人类社会的生产和思维方式。教学媒体是教育实践的重要辅助工具，任何一种新媒体与教育的融合，都会引起教学实践各个层面的巨大变革。虚拟现实是信息技术和多媒体技术的终极应用，将其应用于教育，必将引发教育理念和模式的重大变化。
虚拟现实技术，是综合运用数字图像处理、传感技术、人机交互技术、人工智能等高新技术，用计算机生成逼真的三维感觉，参与者戴上特制的传感设备，便可以对虚拟世界进行体验和交互。[1]虚拟现实技术可以构建出教学所需的逼真的虚拟场景，使学生具有身临其境的感觉，在教育领域有着巨大的应用潜力和发展前景。
在信息化发展不断深入的今天，虚拟现实技术已经广泛应用于教育领域，尤其是物理、化学、生物等学科，使用虚拟现实技术创建三维学习环境，将知识信息逼真呈现，使学生实现了自主探究式学习，完成对所学知识意义的主动建构。
二 虚拟情境在教育领域的优势及其介入物理教学的意义
（一）虚拟情境在教育领域的应用优势
基于虚拟现实技术的虚拟情境，其应用于教育领域的优势体现于以下几个方面。
1.沉浸感，是指利用计算机生成逼真的三维立体图像，让学生仿佛置身于真实的客观世界，全身心地沉浸在虚幻世界中，把精力最大程度地投入学习。
2.交互性，指用户对虚拟环境内物体的可操作程度和用户从虚拟环境中得到反馈的自然程度。[2]在虚拟情境中，学生可以通过传感设备按照自己的学习需要，通过改变模型大小和颜色，移动、旋转、放大或缩小虚拟模型等方式实现与虚拟情境的动态交互。
3.想象感，虚拟情境可使学生沉浸于逼真的环境中，提高对所学知识的感性和理性认知，并在此基础上产生新的联想和想象，获取新的知识，培养创造性思维。
（二）虚拟情境介入物理教学的意义
1.通过虚拟实验提供替代经验
物理实验课程为理工科基础教学课程，也是对理工科学生系统实验教学及实验技巧传输的主要渠道。[3]虚拟现实技术能给学生造成直观的视觉冲击，使其产生身临其境之感，在物理实验教学中合理使用虚拟现实技术，可以将一些具有危险性和不具备现实操作条件的实验，如核反应堆实验、放射性物质实验等，通过虚拟情境让学生对实验过程产生真实体验。即使是在现实物理实验室中可以开展的实验，虚拟现实技术也可以极大地提高其交互动和趣味性，加深学生对相关物理理论知识的理解，促成学生的学习主体性的发挥。
2.提升物理教学实效
以虚拟现实技术打造接近真实的物理虚拟实验室、三维物理仪器模型、虚拟操作平台等，实现对物理教学的可视化、具象化，使学生大胆尝试，亲自动手实践，在深入理解物理理论知识和实验原理的基础上，激发创新思维，提高物理核心素养。而且，学生通过虚拟情境进行物理相关实验时，即使由于操作不当在某个环节出了差错，也可以进行重新操作，不会使整个实验无法挽回，这样可以使他们将将注意力集于理解实验原理和进行其他探索，有效提高物理教学的质量与效率。
3.减少物理教学的资金投入
以虚拟现实技术打造虚拟物理教学情境，通过计算机软件进行物理教学，不仅可以提高学生的教学参与度，使学生可以在各种场合和时间灵活进行自主学习，丰富物理教学的组织形式，还可以有效缩减物理教学设备的经费。
4.使物理教学更为灵活、便捷
在通过虚拟现实技术打造的虚拟情境中，物理教学设备、仪器等都不是真实的存在，器材不会真正损坏且参数可随意调节，还可以任意组建、连接，随着物理模型的不断创建还可以进行扩充。虚拟物理教学情境中的物理结构、运行规律等要素与真实情况几乎一致，学生还可以改变物理器材的大小、方位，以进行个性化的观察和探索。物理教学因此更加灵活和便捷。
5.实现优质物理教育资源共享
充分利虚拟现实技术，联合多校打造物理协同实验室和远程虚拟教学平台，可以实现顶级物理师资力量和优质物理教学资源的共享，使更多的学生能够接受优质的物理教育，拓宽其学习路径。
三 虚拟情境在物理教学中的应用方式
（一）虚拟情境应用于物理实验室
利用虚拟现实技术创建物理虚拟实验室，是物理虚拟情境教学的重要实现方式。物理虚拟实验室由虚拟实验台、虚拟器材库和开放式实验管理系统组成，我国不少学校已经着手进行此项工作的实践探索。我国第一个物理虚拟实验室是由中国科学技术大学开发的，仪器可以拆卸，实验数据随机产生，可以使学生对实验环境和仪器结构产生直观的认知。由于开发较早，此软件是单机版，并未使用3D界面。此后，随着信息技术的飞速发展，类似物理虚拟实验室不断推出并实现了功能的优化。
（二）应用于物理课程教学
目前，信息技术在我国物理教学中的应用已极为普遍，利用虚拟现实技术构造一个以学生为主体的互动学习空间，学生通过自身与空间的相互作用获取技能和知识，便于师生之间、学生之间的交流。[4]物理教学团队也不断开发物理虚拟教学模型，如吉林师范大学物理学院开发的固体物理中的三维晶体结构。物理虚拟情境无论是宇宙宏观环境，还是粒子结构的微观环境，学生都可以在虚拟课堂中进行观察和研究。对学生来说，基于虚拟现实技术的三维物理虚拟情境教学，可以让抽象的物理理论知识和现象更为具体可感，降低物理学习难度。
（三）应用于物理虚拟实操训练
基于虚拟现实技术的沉浸性、交互性特征，将其应用于物理教学后，学生可以在虚拟教学情境中进行物理虚拟实操训练，弥补传统物理教学中的学生实践性不足的缺陷。虚拟情境杜绝的物理实践中的可能存在的危险，并且可以多人多次操作，使所有学生都有机会反复练习，全面掌握相关知识和技能。
在学生进行真实操作之前，教师应要求学生通过虚拟演示实验明确实验的目的、要求和原理，然后按照相关的要求进行虚拟操作，并辅以相关的思考题。[5]这样，学生可以通过虚拟操作的练习避免真实世界中相关的操作的失误。
（四）应用于物理虚拟远程教学
通过虚拟现实技术实现物理远程教学，尤其是在5G技术的推动下，全息名师公开课、虚拟仿真教学等全新教学模式通过试点形式在全国各地开展。一旦技术成熟应用于物理教学，不但可以提高全国的优质师资和教学资源的利用率，更可以提高学生的物理学习兴趣和物理教学实效。
四 结语
随着5G时代的到来，虚拟现实技术在现实层面上有了可行性。将虚拟现实技术引入物理教学有着诸多好处，可以有效提升教学质量和效率。但由于虚拟物理实验只是对现实物理实验的一种模拟，而被虚拟化仪器是一种基于软件的模拟技术，与实际硬件系统必然存在差异，在物理实验教学中具有一定的局限性。[6]因此，教育部门和物理教育工作者要正确处理虚拟技术和物理教学的关系，不断探索和改进虚拟情境下的物理教学实践。
参考文献
[1]芦璐,徐乐乐.VR技术对物理教学的影响[J].现代商贸工业,2017(12):161-162.
[2]康亚静.虚拟现实技术在大学物理双语教学中的应用及可信度评估[D].湖南大学,2009.
[3]文晓艳,吴也.虚实结合下的大学物理实验教学模式分析[J].教育现代化,2019,6(14):53-55.
[4]谢帆.VR技术在高等教育教学中的创新应用[J].教育现代化,2018,5(28):288-289.
[5]何任翱.虚拟演示实验的开发及在物理理论教学中的应用[D].湖南大学,2016.
[6]王世运,何仲,黄槐仁,等.基于VR的大学物理虚拟实验建模研究[J].数字技术与应用,2011(09):105.
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