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虚拟现实在初中物理教学中的应用研究

导读：介绍了国内外虚拟现实技术的发展状况，分析了虚拟现实的

建构主义、混合式学习理入手，分析了虚拟现实技术在初中物理实验教

学中的应用。

第一章绪论

本文主要研究虚拟实验在初中物理实验教学中的应用。本章论

述的主要内容是:选题意义、国内外研究现状、论文的研究内容和方法。

本章内容是本论文研究的基础。

一、选题的意义

随着信息科学技术的不断发展，在教学领域里信息科学技术应

用的越来越广泛。信J息科学技术逐渐参与到中学教学的方方面面，教育

技术信息化是21世纪教育领域里掀起的一股新浪潮，它是信息科学技术

带来的必然产物。目前中学义务教育的目的不仅仅是要求学习者掌握基础

知识，Ifn}_还要求学习者在掌握基础知识的基础上，掌握一定的基本技

能，并具备一定的分析问题、解决问题的能力以及自主创新的能力。

实验教学是中学物理教学活动中必不可少的环节之一，实验教

学环节对十中学生掌握物理知识并与实践相结合至关重要。物理学主要由

实验和理论两部分组成，物理学实验是人类认识世界的一种重要方式，也

是科学研究的基础。它既是中学物理教学的重要基础，又是中学物理教学

的重要内容、方法和手段。在中学物理教学中运用实验的目的主要在十给

学习者学习物理课程创造一个良好的环境，提高学习者获取物理知识和发

展能力的积极性、主动性。伴随着新课改的不断深化及国家对义务教育投

入的持续增长，中学义务教育实验教学软硬件建设和资源设备都有了很大

程度的改善，这些变化都为中学物理实验教学带来了难得的发展机遇。但

传统中学的物理实验教学在发展的同时也还存在着种种的不足。比如说:

实验教学受到时间和空间的约束;学校中有效的实验仪器设备数量严重不

足;大部分中学实验教学内容陈旧、教学手段落后。与此相比，伴随着虚

拟现实技术}fn生的虚拟实验教学其教学方法灵活有趣，能充分调动学生

的主动性、积极性，促使学生主动参加实验教学的整个环节，同时中学教

学资源可以得到优化配置和共亨，这是传统的中学物理实验教学所无法比

拟的。

基十虚拟现实技术的虚拟物理实验教学具有传统物理实验教学

无法比拟的优势，能有效地激发中学生学习物理这门课程的兴趣和热情。

目前，对虚拟实验在中学物理实验教学的研究也成为一个热点问题。

《国家教育部2006年工作要点》第32条中提到要“加强数

字图书馆、数字博物馆和虚拟实验室等应用工程建设”。可见国家教育部

对虚拟现实技术是非常重视的。相比十传统实验教学，虚拟实验能给予学

生更多的实习机会，学生可以在学习新课程前利用虚拟实验系统进行预

习，Ifn在学习新课程以后也能利用虚拟实验系统进行复习、巩固，虚拟

实验可以起到辅助传统实验教学的作用。通过提前预习，学生在做真实实

验的过程中，就会对实验有更深的了解，同时，又减少教师的劳动强度。

传统的实验教学，往往都是一个老师辅导几十个学生，强度大，效率低。

如果学生在做正式实验前先利用虚拟实验进行预习能使他们在真实的实验

过程中更容易把握关键因素，降低老师的劳动强度。随着远程教育的不断

发展，如何在远程教育中开展物理实验教学，也是广大的物理教学人员所

关心的重要问题。对十远程教育中的物理实验教学来说，利用虚拟现实技

术构建的虚拟实验室，使学生产生近乎真实实验的体验。同时还可以在实

验过程中与其他实验参与者进行交流，弥补远程实验教育中情境感弱的不

足「1]。网络虚拟物理实验室建成后，教师和学生可以随时通过互联网进

入虚拟实验室，在虚拟实验室进行实验。网络虚拟物理实验室不仅可以解

决传统物理实验教学资金少、人力投入大、师资不足的问题，更为远程物

理实验教学的实施提供了技术支持，也为远程教育的发展提供了质量保

证。

本文旨在通过对虚拟现实技术国内外研究现状的综述以及对虚

拟实验技术的理论和技术的分析，研究虚拟实验在初中物理实验中的实

践，为虚拟实验技术在教育领域中的进一步应用研究提供一定的科学依

据。

二、研究现

(一)国外研究现

虚拟现实技术起源十美国，美国的研究水平可以代表虚拟现实

技术的发展水平。最初美国的虚拟现实技术的应用主要集中在军事方面，

随着虚拟现实技术的发展以及美国军费开支的削减，这些技术逐渐转为民

用。

上世纪80年代，由十美国宇航局(