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1、VR技术在中学物理教学中的应用前景蒋佳林目录摘要：3Abstract:41 绪论51.1研究背景51.2国内外现状。51.3研究问题以及研究方法71.3.1研究方法71.3.2研究问题72问卷调查制作及结果分析82.1调查问卷制作情况简介。82.2问卷调查的实施。82.3问卷调查结果分析。92.3.1中学物理学习现状分析。92.3.2中学物理实验教学现状分析102.3.3中学生对VR技术的认识现状。112.3.4中学生是否具备使用虚拟学习环境的条件现状分析。123 VR技术的介绍及在中学物理教学中的应用可能133.1VR技术的简介及特点。133.2VR技术的发展现状。133.3VR技术在中学物
2、理教学中的应用可能。144.1VR技术在中学物理课堂教学中的应用。154.1.1中学物理课堂教学中存在的问题。154.1.2VR技术在中学物理课堂教学中的优点及案例分析。154.2VR技术在中学物理实验教学中的应用。164.2.1中学物理实验教学中存在的问题。164.2.2VR技术在实验教学中的优点。174.2.3VR技术在中学物理实验教学中的教学模式分析。184.2.4VR技术在中学物理中的应用案例。“探究点电荷在电磁场中的运动情况”。195 VR技术在中学物理教学中的不足以及教学推广策略。205.1VR技术在中学物理教学中的不足。205.2VR技术在中学物理教学中的普遍推广策略。21结论2
3、1参考文献：22附录23附录一23附录二25附录三31致谢32VR技术在中学物理教学中的应用前景蒋佳林物理与空间科学学院物理学专业2016级 指导老师：许湘摘要：随着以培养“全面发展的人”为核心的核心素养教育体系的提出，传统的中学物理教学方法受教学环境以及教学设备的限制，缺乏形象具体的教学展示手段而面临着巨大的挑战。而VR技术能创设虚拟的教学场景，具有便捷、直观、可操作性强以及交互性强等特点。恰好能够成为传统物理教学方法的有效补充，为教学改革带来新的机遇。本文将以中学物理教学为研究中心，分析VR技术在中学物理教学过程中可能的应用方式，运用VR技术简化中学物理教学过程的方法，以及目前VR技术在物
4、理教学应用中的优势与困难。探究如何在中学物理教学过程中科学、高效地运用VR技术解决传统教学模式中遇到的困难，建立高效的物理课堂，完成物理核心素养教学。为教育改革提供一个可能的方向。关键词：VR技术；中学物理教学；虚拟现实；核心素养Application prospect of VR technology in middle school physics teachingJiangJiaLinPhysics and space science college Grade 2016 Instructor: Xu XiangAbstract: with the development of the
5、core literacy education system with the cultivation of all-round development people as the core, the traditional middle school physics teaching methods are limited by the teaching environment and teaching equipment, and the lack of image and concrete teaching display means is facing great challenges
6、. And VR technology has the characteristics of convenience, intuition, maneuverability and interactivity. It can be an effective supplement to traditional physics teaching methods and bring new opportunities for teaching reform. Based on the research center of physics teaching in middle school, this
7、 paper analyzes the possible application of VR technology in physics teaching in middle school, and uses VR technology to simplify the process of physics teaching in middle school. law, and the advantages and difficulties of the current VR technology in the application of physics teaching. Explore h
8、ow to use VR technology scientifically and efficiently in the process of physics teaching in middle school to solve the difficulties encountered in the traditional teaching mode, establish an efficient physics classroom, and complete the teaching of physics core literacy. provide a possible directio
9、n for educational reform. Keywords: VR technology； physics teaching in middle school； virtual reality； key competencie351 绪论1.1研究背景。2016年新一轮的教育改革提出了发展学生核心素养的新要求。物理学科在新课改核心素养的框架下，提出了物理核心素养，即“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”和“科学态度与责任”。Error! Reference source not found.确立了基于物理学科核心素养的教学目标和内容，强调在教学设计中重视教学情境的创设，重视科学探究
10、能力，通过问题解决发展学生物理学科核心素养。在传统的教学过程中，对学生实现核心素质教育存在着很多困难。同时教育信息化在各级部门的不断推动下，取得了相应的成果，也对中小学教师信息技术应用能力提出了更高的要求。教师的“教”要运用适宜的信息技术手段，不同学科教师也要根据学科特点选择相应的媒体技术，利用前沿技术如AI,VR,AR等辅助教学活动。结合物理学科的特点，我认为VR技术更加适用于物理教学。因此，探究VR技术在中学物理教学过程中的应用形式与方法以及可能的应用前景大有可为。1.2国内外现状。在国外，最先将虚拟现实技术引进教学实验过程的学校是美国的麻省理工学院，早在1988年，该院的电子工程计算机科
11、学系的教授JesusA.delAlamo就创立了微电子在线实验室，学生可以通过这个虚拟实验室进行实验设计、电路模型修改等，还能使用远程测试设备验证自己的实验设计是否成功，这些都只需要使用自己的电脑，不需要使用实验器材，在2010年还实现了只需要通过手机就能完成实验。在美国，还有很多应用虚拟现实技术的实例，例如俄勒冈大学的物理实验网站、霍华德休斯医学研究会、密歇根大学等。同样，德国波鸿鲁尔大学开发了一个通过MABTAB等软件并结合了Java Apple t等一些插件的可以自主计算生成虚拟实验中人机交互动画和模拟动画的学习系统实验室。除此之外，虚拟现实技术在意大利、新加坡、西班牙等国家也有普遍应用
12、。虚拟现实技术国内发展与国外发展相比，国外发展较快，而国内发展虽然起步较晚，但发展速度惊人，很多国内高校都有了专属于自己学校学生和老师的虚拟实验室，学生和老师可以进行大量且有效的虚拟实验。北京大学自主研发了一款虚拟实验系统，该系统可用于大数量计算，而且差不多已经实现了两个实验系统，分别是高速缓存和流水线。同样，我国清华大学在拥有电力系统国家重点实验室的基础上，利用虚拟的仪器建立了汽车发动机检测系统，该系统可以用来检测汽车发动机综合性能。除了北大和清华，我国北京航空航天大学也有虚拟实验室，在基于虚拟现实技术的基础上，设计和建设了许多关于虚拟实现技术的实验室。“而中国科技大学却是真正意义上第一个教
13、育部批准的物理类、拥有一套虚拟实验教学软件的国家级虚拟教学仿真实验中心。”由此可见，虚拟现实技术在国内的发展，特别是高校的发展，速度非常之快。但是国内现状研究表明，对于一些普通高等院校以及中小学，关于虚拟现实技术的研究几乎还是零，特别是中小学，基本上都没有支持虚拟仿真实验的设备，所以虚拟仿真实验在国内还是有很大的进步空间的。作为一种持续发展的技术，虚拟现实技术在教育领域的尝试从未间断。为全面了解国内虚拟现实技术的发展状况，本文作者在中国知网数据库搜索了相关主题，并根据发表期刊论文数的折线图分析其发展状况。（图详见附录）其中以VR技术为关键词，通过折线图（图1.2.1）可以看出，从1911年到2
14、020年论文篇数一直呈现上升趋势，并且从2015年起到2020年，上升趋势非常明显，论文数量从2000篇上升到接近6000篇 。由此可见，VR技术的发展是目前的热点。本人又分别以“VR技术+教育”（图1.2.2），“VR技术+物理教学”（图1.2.3），“VR技术+物理实验教学”（图1.2.4）为关键词搜索论文篇数并制作折线图。通过以上四个折线图综合分析发现。虽然目前VR技术是目前的发展热点，但是将VR技术与教育结合起来研究的论文篇数仅占10%，将VR技术与物理教学相结合论文篇数累计仅有55篇，其中有35篇是VR技术与物理实验教学有关的。从以上数据可以看出VR技术在中学物理教学中的应用研究还处
15、于初始阶段。通过文献查阅目前VR技术在我国在中学小学的应用时发现。VR技术在中学物理中的应用主要是通过创建VR虚拟实验室。常见的有NB物理实验室。NB物理实验室网页版实验主页截图NB物理实验室可以下载APP，也能够直接在网页上进行试验。可以根据需要选择初中物理实验和高中物理实验。并且可以根据教材版本选择不同的版本初中可供选择的版本比较多，包含了全部教材版本。高中实验可供选择的版本只有人教版和新人教版两种。将VR技术应用到课堂教学的实例主要是以创建VR教室的方式。以钱塘小学开展的101VR教室为例。通过VR眼镜和智能手机相结合的方式为学生创设一个沉浸式的虚拟环境，结合老师的讲解和VR虚拟环境的创
16、设，可以使学生在课堂上直观形象的通过观察学习知识。钱塘小学101VR公开课实录截图1.3研究问题以及研究方法。1.3.1研究方法本文主要采用文献研究法，问卷调查法和类比分析法。首先通过阅读有关文献，了解国内外研究现状，然后根据实际的调查情况确定自己的研究问题。结合研究问题的需要设计问卷调查，并发放问卷调查收集资料。结合问卷调查的反馈结果，对比传统中学物理教学，分析VR技术应用中学物理教学中的理论上的优势和缺点。并为VR技术在中学物理教学中的应用提供理论参考依据。1.3.2研究问题经过分析思考，本论文的研究问题主要有一下三个问题。第一，研究VR技术的特点和发展现状，分析VR技术运用在中学物理教学
17、的可能。第二，结合问卷调查结果，分析中学物理教学过程中主要存在的问题，以及运用VR技术解决这些问题的方法。第三，通过实例，分析VR技术在中学物理教学中的优势和缺点。第四，结合实际，找到解决VR技术在中学物理教学中的缺陷的可能解决方法。2问卷调查制作及结果分析2.1调查问卷制作情况简介。本论文作者阅读大量参考文献以及根据自己教学经历发现，已经有许多学者、教师调查过大多数地区的物理教学现状，以及学生学习中学物理过程中主要面临的一些难点。归结主要有一下两点：（1） 物理知识比较抽象，物理概念的理解，物理模型的建立需要强大的空间想象能力和理解能力。传统的语言描述，二维图像展示很难使学生完全理解一些抽象
18、的物理知识和复杂的物理运动模型。（2） 很多学校对物理实验教学不够重视。主要是因为学校实验器材缺乏；学校课时任务紧；教师只注重学生对实验结果的使用，不注重实验过程的探究等原因。导致中学物理教学过程中实验课程的教学大大缩水。根据以上问题制成本次问卷调查。本次问卷调查内容可分为三部分。调查问题调查问题对应题号被调查者的基本信息1-3中学物理教学现状4-23学生对VR技术的了解状况24-26学生是否具备VR技术使用的现状27-32经过多次修正最终确定问卷调查表，详情见附录（中学物理教学现状问卷调查表）2.2问卷调查的实施。本论文作者在实习期间以及以前在中学学习期间发现了中学物理实验教学中存在着一些问
19、题，并结合当今教育信息化的发展趋势做出此调查，以探讨VR技术在中学物理教学中的应用前景。本次调查的对象为全国随机抽查的中学学生，调查方法采用问卷调查法。利用网上问卷星软件给随机对象发放网络问卷进行调查，收回问卷共计211份，使用Excel等软件对调查问卷的结果进行统计分析。2.3问卷调查结果分析。本次问卷调查对象面向全国中学生。收回有效问卷211份现对问卷进行结果分析。首先对被调查者基本信息进行分析。其中男学生110人，女学生101人。初中133人占总数63.03%，高中78人占总数36.97%。镇或乡上学校54人占总数25.59%，县上学校64人占总数30.33%，市上学校61人占总数28.
20、91%，省会学校32人占总数15.17%。2.3.1中学物理学习现状分析。问题选项你喜欢物理吗？不喜欢感觉很难不喜欢，没什么兴趣喜欢，感觉物理很有趣，能学到很多知识无所谓，就一个学科而已 8.06%9.95%74.41%7.28%你觉得在物理课堂上学习效率高吗？很高效一般效率低完全不懂20.38%36.02%25.12%18.48%表2.3.11通过表2.3.1-1这两个问题的问卷调查结果显示，有74.14%的学生认为物理很有趣，但仅有20.38%的学生在物理课堂上能够高效学习，有43.60%的学生学习效率低或者完全学不懂，以上数据反应出目前中学物理学习状况比较差。你在学习物理上遇到困难的原因
21、是？物理知识太抽象不会运用公式基础不好课堂上听不懂，学习能力更不上40.76%56.4%62.09%31.28%老师在讲解比较抽象的物理知识时主要运用什么样的方式？语言描述加板书作图运用教学视频运用多媒体动画运用实物演示26.54%30.33%27.01%16.11%你认为老师讲解的比较抽象的问题你能理解多少？完全能够理解能理解大部分能理解小部分完全不能理解22.75%36.97%25.59%14.69%你是否在中学物理学习过程中遇到，老师在讲解时，你很难根据老师的讲解内容，在脑海中浮现场景或者建立模型的情况？从来没有遇到过偶尔遇到有时候遇到经常遇到15.64%31.75%32.23%20.3
22、8%你认为老师在课堂中能够创设比较真实的情境，能增加对你学习的帮助吗？非常大的帮助一般的帮助很少的帮助没有帮助26.54%30.33%28.44%14.69%表2.3.1-2从表2.3.1-2可以看到，有40.76%的学生认为物理知识太抽象是物理学习困难的原因，并且有40.28%的学生对老师讲解的比较抽象的问题理解程度较低。有52.61%的学生有根据老师的讲解，很难建立物理场景和物理模型。但有56.87%的学生认为创设比较真实的教学情境对学习有很大帮助。结合上述分析可以发现，目前中学物理教学过程中对创设形象化，具体化的教学环境有很大的提升空间。2.3.2中学物理实验教学现状分析你喜欢物理实验吗
23、？不喜欢，感觉做实验浪费时间。喜欢，觉得实验课好玩喜欢，对自己理解实验原理有很大帮助无所谓，觉得做不做实验对自己影响不大19.91%32.23%27.49%20.38%你们老师上课经常做实验吗？经常偶尔从不27.49%36.97%35.55%你认为物理实验对你学习物理知识有帮助吗？有很大帮助有帮助但不大没有帮助浪费时间34.12%27.49%20.85%17.54%你认为实验过程中达不到实验需要的环境（如真空，无空气阻力等）对你学习相关知识影响大吗？影响非常大影响大影响不大完全没有影响20.85%33.18%29.86%16.11%你是否会因为实验中存在安全隐患而影响到你做实验的质量（试验次数
24、，操作过程，实验结果）？影响很大有一定的影响可能会有影响完全没有影响21.33%28.91%34.60%15.17%表2.3.2-1从表2.3.2-1可以看到，有59.72%的学生喜欢物理实验并且有61.61%的学生认为物理实验对学习物理有比较大的帮助。但是仅有27.49%的老师经常上课做实验，36.97%的老师偶尔做实验，35.55%的老师从不做实验。由此可以看出目前中学物理教学过程中，学生对物理实验的期待比较高，但是老师们对实验的重视比较低。并且大部分学生对实验过程中的实验环境要求比较高，认为实验环境的和实验安全对学习过程影响较大。2.3.3中学生对VR技术的认识现状。你是否了解VR技术？
25、比较了解有点了解听说过完全不了解20.85%30.81%27.49%20.85%你能否接受通过VR技术创设虚拟环境进行学习？完全能接受能够接受不能接受32.23%31.28%36.49%你是否用过类似的软件进行学习？（NB实验室，虚拟实验教学系统等）用过没有35.55%64.45%表2.3.3-1从表2.3.3-1可以看出51.66%的学生对VR技术有所了解，有63.51%的学生能够接受通过VR技术创设的虚拟环境进行学习。并且有35.55%的学生用过类似的软件进行学习。由此可以看出，VR技术能够被大部分中学生所接受，目前中学生对VR技术开发的虚拟学习环境接触较少，将以VR技术开发的虚拟学习环境
26、推广到中学物理实验教学中有很大的可行性。2.3.4中学生是否具备使用虚拟学习环境的条件现状分析。你家里是否有可以正常使用的电脑？是否联网？有电脑，能联网有电脑，不能联网没有电脑，能联网没有电脑，不能联网24.64%37.44%23.22%14.69%你通常使用计算机是通过什么途径？使用家里的电脑亲戚，朋友，或邻居家的电脑网吧的电脑学校机房的电脑没有使用电脑的途径26.54%29.38%18.96%13.74%11.37%你有使用过计算机进行学习吗？经常偶尔从不25.12%40.28%34.60%你在使用计算机进行基本操作的过程中是否有困难？完全没问题有问题，但能够解决不能正常操作电脑22.75
27、%43.13%34.12%你一周有多少时间能使用计算机上网？10小时以上6-10小时2-6小时2小时以下25.12%34.12%26.07%14.69%你家长是否支持你用电脑进行学习?非常支持比较支持不支持无所谓25.59%24.17%29.86%20.38%表2.3.4-1从表2.3.4-1可以看出目前很大一部分学生都能够有条件使用电脑，并且85.31%的学生每周能使用计算机上网的时间达到两小时以上，除了29.86%的学生家长不支持学生通过电脑学习外，其余家长都不反对学生使用用电脑学习。由此可见，很大一部分中学生是具有通过VR技术创设虚拟环境进行学习的条件的。3 VR技术的介绍及在中学物理教
28、学中的应用可能3.1VR技术的简介及特点。VR是Virtual Reality的缩写，中文的意思就是虚拟现实。2虚拟现实是多媒体技术的终极应用形式，主要是指借用计算机和传感器，能让用户在一个采用计算机生成的三维的动态的虚拟环境中活动或与之相互作用的技术。其具有以下三个特点。一， 沉浸性。指用户对虚拟世界中的真实感。用户在模拟环境中，几乎所有的感觉都和现实世界中一样。二， 交互性。指用户对虚拟世界中的物体的可操作性。通过传感器，用户可以在虚拟世界中操作物体的移动，并具有和现实世界一样的操作体验。三，构想性。指用户在虚拟世界的多维信息空间中，依靠自身的感知和认知能力可全方位地获取知识，发挥主观能动
29、性，寻求对问题的完美解决。3.2VR技术的发展现状。 VR技术的发展最早起源于20世纪50年代美国。其发展大致可分为四个阶段，第一阶段是指该技术形成的前身，对人与自然互动场景进行模拟，例如风筝。第二阶段I van Suther lan 研制的头盔显示器HMD标志着VR技术进入萌芽阶段。第三阶段VIDEOPLACE系统以及VIEW系统能构建出虚拟环境。第四阶段为技术完善及应用阶段。目前VR技术已经比较完善，但其应用还有待开发。目前VR可分为一下四种类型：（1） 沉浸式VR系统。搭载头盔等VR设备，使用户完全沉浸在虚拟世界之中.（2） 桌面VR系统。模拟又计算机执行，用户通过屏幕观察虚拟场景。这种
30、系统成本低，沉浸性弱，目前应用较多。（3） 增强式VR系统。方便携带，用户感官更为强烈，从而沉浸在虚拟世界。（4） 分布式VR系统，在网络覆盖的前提下，用户在同一个虚拟空间进行协同感知，信息共享。目前运用的最广泛的是桌面VR系统，能够使学生通过电脑模拟出的环境进行一些实验操作，并观察实验现象。但其沉浸式体验较差，操作过程比较复杂，实验效果呈现缺乏真实，学生只能按照固定的步骤来完成实验，不能培养学生的探究能力。我认为未来比较适用于教学实践中的系统应该是分布式VR系统和沉浸式VR系统的结合形式。分布式VR系统，有能够让老师同时面对多名学生教学，能够及时地得到学生的反馈，观察学生的行为，对学生提出正
31、确的引导。沉浸式VR系统，有利于提高学生的学习体验，能够建立完善的虚拟世界，帮助学生和教师更好地完成教学任务。3.3VR技术在中学物理教学中的应用可能。无论是物理核心素养教学体系重视教学情境的创设，重视学生的科学探究能力的培养。还是可视化教学要求的直观形象，易切入。在我们传统的教学过程中都很难全面的做到这些要求。而VR技术的出现，为以上问题带来有效地解决办法。在课堂教学方面，VR技术能够创设逼真的教学情景，为学生提供沉浸式的教学环境，提高课堂的交互性。在实验教学方面，VR技术能够打破时间场地的限制，节约实验成本，能够直观清楚地展示实验结果，同时其具有极高的安全性，能够让学生自主探究，在不断地失
32、败中总结出结论。为实验教学提供全面的教学需求与保障。从教学需求和效果上分析VR技术在中学物理教学中应用完全可行。从硬件设施上来看，目前市面上比较适用于课堂教学的VR设备有三种。第一种，移动端头显（手机VR）将智能手机放置在设备中，利用VR软件或VR视频进行播放。第二种，一体机头显（VR一体机）具备独立处理器的VR头显，可通过一体机内的系统进行操作，进行沉浸式体验。第三种，外接头戴式设备（主机VR）依靠电脑，主机等设备运行的VR显示设备。这三种设备都能达到沉浸式体验的要求，但第三种体验效果最好。从综合考虑我认为最好的是第二种，一体机头显。其价格大约在1000-3000之间就能得到很好地体验，对学
33、生学校而言也容易接受。4 VR技术在中学物理教学中的应用分析4.1VR技术在中学物理课堂教学中的应用。4.1.1中学物理课堂教学中存在的问题。物理学是以观察、实验和逻辑思维相结合的科学。3具有很强的逻辑性、精确性等特点。中学物理课的教学根据课堂内容可大致分为三类，概念、规律课，实验课以及习题课。我们将概念、规律课和习题课作为我们课堂教学的重点来分析目前课堂教学中存在的不足。（1） 物理课的学习具有很强的逻辑性，需要学生们积极参与到课堂中才能取得好地学习效果。但由于大班教学人数比较多，老师不可能关注到每个学生导致学生们课堂参与度低，学习的积极性不高，课堂氛围沉闷，学习效果不明显。（2） 物理课程
34、中有许多概念是比较抽象，难懂的。比如加速度、电压、磁场等。传统的教学模式中老师缺乏讲解这类抽象概念的手段。用文字描述的这类概念非常空洞学生很难理解。（3） 新的教学目标要求老师创设情境教学，但用普通的文字，图片，视频来创设的情境比较抽象枯燥，不能实现学生与创设的环境互动，学生的代入感不强很难激发学生的学习兴趣。（4） 物理教学中物理模型的建立非常重要，传统教学中，只能通过文字和图片以及画图等方式来帮助学生建立模型，对学生的立体空间思维能力要求较高，很多学生不能完全理解这些模型，导致学生做题困难。4.1.2VR技术在中学物理课堂教学中的优点及案例分析。（参考钱塘小学101VR沉浸教室公开课实录视
35、频。视频链接见附录）由于目前VR技术在中学物理课堂的使用还比较少，缺少相关的参考。本人参考钱塘小学101VR沉浸教室公开课实录视频，结合当前物理教学中面临的一些问题，分析得出VR技术在中学物理课堂教学中可能的优点和案例分析。（1）VR技术能创设更真实的教学情境。通过VR技术创设教学环境，能够刺激学生的多重感官，让学生从多个角度观察物理情境中的各种细节，使学生更容易沉浸到物理的世界中去。同时VR新颖的教学方式也会更加激起学生的学习兴趣，为课堂教学营造一个良好的氛围。以初中物理“光的直线传播”为例，在这个课程引入中，我们可以用日食和月食的产生来引入，通过VR技术建立虚拟的日食和月食的模型，让学生从
36、不同角度去观察、分析日食月食产生的原因，同时了解日食、月食中，太阳、地球、月亮的位置关系。通过这样的情境创设传授给学生知识，能使学生记忆深刻。还能使学生对知识的了解更加深刻、具体、透彻。（2）VR技术能够提高学生体验学习过程的效果，存在感和关注度。在一般的教学模式中，学生可能因为各种原因对老师所组织的教学活动很难全部参与。在VR教学模式中，。每个学生都是课堂的主人，能够很方便的参与到与老师的互动之中。这样的教学模式解决了传统教学中，后排学生听课效率低的问题，使每个学生都有足够的参与机会，容易在学习中得到满足感。（3）VR技术能够建立虚拟模型，帮助学生理解物理概念，建立解题思路和方法。VR技术能
37、够突破黑板的限制，通过VR技术建立的3D模型，能够使学生对物理模型有一个简洁、直观的认识，能够加深学生的理解。比如在讲解相对速度时，可以创设汽车以不同速度在路上行驶的场景，学生通过不同车上的视角，去感受速度的变化，就可以使学生对相对速度和绝对速度产生深刻地理解。4.2VR技术在中学物理实验教学中的应用。4.2.1中学物理实验教学中存在的问题。物理是一门以实验为基础的学科，但是在目前中学物理实验教学中存在以下几点问题。（1） 实验课开展较少。不管是初中还是高中，物理课标中都明确规定了实验教学的目标。但很多学校由于缺少足够的实验教学资源；教学时间安排较紧，教师在实验教学的课程中一般都以视频或者利用
38、多媒体直接给学生展示实验。老师很少带领学生开展实验课教学。违背了学生全面发展的要求。（2） 物理实验设备陈旧，缺少。大部分中学学校的实验室均存在实验设备缺少，设备损坏较严重的现象，不能得出正确的实验结果。实验器材数量少难以满足所有学生的需求。（3） 许多物理实验具有一定的危险性，老师在教学生做实验的过程中，都是按照自己严格的标准来，学生缺少了探索、思维的过程。出现了学生只注重实验结果的分析，而缺少对实验过程的理解和探究。违背了核心素养中“科学探究”的要求。（4） 面对一些理论探究的实验，比如说探究“自由落体运动”的实验中，由于实验需要在真空中进行，但一般的教学环境很难做到真空，导致同学们缺少直
39、观地观察，对这些概念难以理解。（5） 在一些实验过程中，实验现象发生比较快，或者实验现象变化不明显，学生不能准确观察和确认，导致学生不能根据实验现象推导出正确的实验结论。以上几点问题，使传统教学中实验教学效果差，甚至有些老师只通过练习题讲解的形式来完成实验的教学，学生缺少了动手操作的过程，缺乏了对实验分析探究的过程。导致许多学生对物理失去了兴趣，丧失了探究真理的想法和能力。4.2.2VR技术在实验教学中的优点。（1）方便快捷。运用VR技术进行物理实验教学，突破了传统实验教学中，教学场地、教学器材、教学时间的局限性。学生不必到实验室，老师也不需要提前去准备实验器材，可以在课堂上及时进行实验探究，
40、节约了教学时间，使实验教学更加方便。（2）经济实惠。运用VR实验教学不必考虑到实验中一些实验器材的磨损和损坏。也不用担心因操作失误带来的损失，学生可以在实验过程中不断尝试，不断探索。在一些缺少实验器材的偏远学校也可以运用VR技术进行实验教学，节约了办学成本，提高了办学效率。（3）实验资源丰富，可满足不同场景下的教学。运用VR实验教学可以更具实际需要来设置实验条件，比如空气阻力的影响，摩擦因素的大小，温度的高低都可以通过实验需要来调节。突破了现实环境的限制，可以使学生观察到更加真实情况下的实验现象。（4）安全性高。运用VR实验教学能够使学生进行一些在传统实验教学中比较危险的实验，避免了实验中可能
41、对学生产生的伤害 ，同时也减少了实验中产生的有害物质对环境地污染。VR实验教学没有任何污染与危险，确保了每个学生都能在安全的状态下，对各种实验的探究。（5）实验现象直观、明显，能够直接分析结果。运用VR实验教学，可以调节实验的实验现象的发生快慢，将那些反映比较快的物理现象放慢，也可以将反应不明显的实验现象放大观察。同时还可以运用计算机直接进行实验数据的处理，利用表格和图像的方式反映出来，有利于学生对实验结果的掌握。利用VR技术能够解决一大部分传统物理教学中所遇到的问题，能够提高学生的参与度与关注度，培养学生的动手能力。直观、形象的实验结果，有利于学生对实验教学的理解，提高学生的学习兴趣和对实验
42、结果的分析思考能力。通过回放学生的实验过程，能够使学生得到较好的反思效果，培养其严谨的、实事求是地科学态度。提高中学物理实验教学中的教学效果。4.2.3VR技术在中学物理实验教学中的教学模式分析。VR技术进入物理实验课堂中，必然会对传统的实验教学模式带来冲击，那么如何将VR技术与传统的物理实验模式相结合？如何在虚拟与现实之间找到一个平衡点，使我们物理实验的效果真实而不脱离实际，创建高效的物理实验课堂？根据构建主义理论和教学设计的理论，结合不同学校的实际情况，VR技术下的中学物理实验课堂大致可分为一下三类。第一类：对于一些实验教学仪器缺乏的学校和地区，或者物理学中一些微观、过于宏观、具有极大危险
43、性的实验。现实生活中不具备有直接实验条件的情况下。我们可以采取直接用VR技术来进行实验的教学方式。通过VR技术创造虚拟的实验环境，让学生进行实验。或者通过VR技术来模拟实验结果的方式。来弥补学生不能进行真实实验的不足。同时又能让学生观察到实验的结果，满足学生的好奇心和求知欲。达到较好的教学效果。第二类：对于一些比较复杂的实验，或者实验操作要求比较高，操作失误可能会导致学生发生危险、造成实验器材损坏的实验。我们可以采取先利用VR模拟实验，再进行实际操作的模式进行教学。通过VR模拟实验，可以使学生先熟悉整个实验过程，对实验的操作步骤有一定的了解。在模拟实验中，系统会根据学生的操作进行判断，当学生操
44、作错误后，系统会根据学生的错误操作展示实验结果。并且提示学生改正方法。在学生改正后，系统会显示正确的实验结果。并进行下一步实验。通过模拟实验，使学生发现实验中可能出现的问题以及解决方案。实验操作失误之后引发的后果以及如何避免失误的方法。使学生在实际操作前具有严密实验操作步骤和思维。然后带领学生进行实际操作。这种模式可以提前发现学生的错误并改正，节约实际操作的时间，避免实验过程中因操作失误带来的损失和危险。同时可以让学生比较分析模拟实验和实际操作过程中的异同点，提高实验教学的效率。第三类：对于一些理论推导的实验，比如“探究影响摩擦力因素的实验”；或者容易受外界空气阻力，摩擦力等条件影响的实验。等
45、外界条件不能完全满足实验要求的情况下，我们就可以采用先进行实际操作，再利用VR模拟的教学模式进行教学。首先学生们亲自动手实验，发现实际操作的结果和书本上的理论结果不一样，教师引导学生们分析出现问题的原因，分析出原因之后，再通过VR技术进行模拟实验，排除实际操作中对实验的干扰，得到符合书本的实验结果。通过这样的教学模式，能够培养学生发现问题、分析问题以及解决问题的能力。同时又能使学生在学习中体会到，由生活中实际现象到书本中理论知识的过程。将物理与生活联系，培养了学生的物理思维和善于思考的习惯。4.2.4VR技术在中学物理中的应用案例。“探究点电荷在电磁场中的运动情况”。点电荷在电磁场中的运动情况
46、分析是中学物理的重点和难点，但是由于点电荷微观不可见，电场和磁场也比较抽线，运用传统的教学方式讲解起来费时费力，学生理解也比较困难。现在运用NB物理实验室创设的虚拟环境来进行“点电荷在电磁场中的运动情况”的讲解。用来对比传统教学和运用VR技术进行教学的优缺点。探究步骤教学场景优缺点分析探究电荷在电场中的运动规律。红色为正电荷，蓝色为负电荷将微观的现象通过VR技术模拟，变得宏观可见，利于观察，理解。探究点电荷在磁场中的运动。探究正电荷在电磁场中的运动轨迹。正电荷先穿过方向水平向右的电场，进入到方向向里的磁场中点电荷，磁场，电场的位置，大小都可以根据演示需要自己创建。点击开始，观察正电荷，在电磁场
47、的运动，轨迹。电脑程序模拟带电电荷在电磁场中的运动轨迹，并显示电荷的运动速度。改变电荷，电场和磁场的参数观察电荷的运动情况。通过不断改变实验参数，可以让学生观察到不同状态下的电荷在电磁场中的运动5 VR技术在中学物理教学中的不足以及教学推广策略。5.1VR技术在中学物理教学中的不足。虽然VR技术在中学物理教学中有很大的应用前景，但目前将VR技术应用到课堂中还存在着很难多问题。目前主要问题有以下几点。（1） 研发成本高。目前VR技术应用与教学中的主要形式是桌面VR系统下开发的虚拟实验室。距离沉浸式VR教学的应用还有很大的距离。开发合适的软件，维护系统的正常运行，还需要很大一笔消费。但随着科技的进步这一问题肯定会得到合理地解决。（2） 教师要求很