虛擬實驗技術(shù)在中學(xué)物理建模中的應(yīng)用研究

李從高

摘要：現(xiàn)階段的教育改革正如火如荼的進行，加強中學(xué)的物理教學(xué)改革，提高教學(xué)的質(zhì)量和效率，就成為重要的教學(xué)發(fā)展目標(biāo)。新的教學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，成為教學(xué)改革推動的重要力量?；诖?，本文主要就中學(xué)物理建模中虛擬實驗技術(shù)的應(yīng)用情況，從理論層面進行有效深化，促進物理教學(xué)的整體質(zhì)量水平提高。

關(guān)鍵詞：中學(xué)物理；虛擬實驗技術(shù)；技術(shù)應(yīng)用

0.引言

中學(xué)階段的物理教學(xué)過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)的知識點比較多，其中的實驗教學(xué)是比較關(guān)鍵的內(nèi)容，充分注重科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，將物理實驗教學(xué)中帶有危險性以及難以操作的實驗教學(xué)內(nèi)容，通過虛擬實驗技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，就比較有助于學(xué)生了解試驗操作的步驟和過程，對提高學(xué)生的思維能力就有著積極意義。

1.中學(xué)物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀及虛擬實驗系統(tǒng)特征

1.1中學(xué)物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀分析

從當(dāng)前中學(xué)物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀能發(fā)現(xiàn)，物理實驗自身的形象生動有趣味特點比較突出，對學(xué)生在理解物理概念以及得出物理規(guī)律有著良好作用。但是在實際的教學(xué)過程中，由于受到傳統(tǒng)教學(xué)觀念的因素影響，還存在著應(yīng)試化教學(xué)的殘留，只注重學(xué)生的考試，而沒有對學(xué)生的思維能力以及創(chuàng)新能力等進行培養(yǎng)[1]。中學(xué)的一些物理實驗教學(xué)的投入力度比較弱，實驗教學(xué)中的相應(yīng)設(shè)備儀器比較落后以及不完善，這就直接影響了物理實驗教學(xué)的開展，老師在物理實驗教學(xué)的環(huán)節(jié)沒有加強重視，沒有留給學(xué)生足夠的實驗時間等。物理實驗教學(xué)中也有著諸多難點，實驗操作的準(zhǔn)確度把握以及微觀量漲落因素的影響等，這些都對實際的物理實驗教學(xué)增加了難度。

1.2中學(xué)物理實驗教學(xué)中虛擬實驗系統(tǒng)特征

中學(xué)物理實驗教學(xué)中，隨著教學(xué)改革的深化實施，對新的教學(xué)技術(shù)應(yīng)用需求也愈來愈大，其中的虛擬實驗系統(tǒng)的應(yīng)用，就成為提高中學(xué)物理實驗教學(xué)質(zhì)量的重要保障力量。虛擬實驗系統(tǒng)的構(gòu)建和應(yīng)用也有著鮮明的特征體現(xiàn)，其中靈活性的特點比較突出，在具體的物理實驗操作中，虛擬實驗技術(shù)的應(yīng)用，能有效方便學(xué)習(xí)者改變實驗條件，從而更加方便的觀察實驗現(xiàn)象變化，能有效的對數(shù)據(jù)實時對比分析研究[2]。虛擬實驗系統(tǒng)的實踐性特征也比較突出，能幫助學(xué)生對物理知識有新的認識，對實驗中的不確定因素加以消除，從而有效提高學(xué)生自身的實踐能力。虛擬實驗系統(tǒng)的特征還體現(xiàn)在開放性層面，主要就是虛擬實驗的時間開放以及空間開放等，能有效滿足對學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

2.中學(xué)物理虛擬實驗系統(tǒng)規(guī)劃和系統(tǒng)應(yīng)用

2.1中學(xué)物理虛擬實驗系統(tǒng)規(guī)劃

中學(xué)物理虛擬實驗系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)劃是比較重要的，只有通過科學(xué)完善的虛擬實驗系統(tǒng)應(yīng)用，才能促進中學(xué)物理的完善建模，所以在前期的規(guī)劃工作方面要妥善做好。在任務(wù)的分析環(huán)節(jié)要注意，對各種虛擬儀器外形以及物理特征和功能要明確，對接口建模數(shù)據(jù)能有詳細的了解，并要畫出樹樁層次結(jié)構(gòu)圖形，這樣就能比較方便建模的時候加以應(yīng)用。要注重獲得儀器紋理數(shù)據(jù)以及對實驗用的儀器設(shè)備明確，注重實驗的過程和活動動作等，在對任務(wù)分析基礎(chǔ)上，進行創(chuàng)建模型。主要是運用建模工具來進行創(chuàng)建虛擬儀器模型，其中有物理建模以及幾何建模，然后統(tǒng)一輸出“wrl”格式[3]。接著就要進行優(yōu)化模型以及調(diào)入紋理和美化修飾的相關(guān)操作。

2.2中學(xué)物理虛擬實驗技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用

中學(xué)的物理虛擬實驗系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，就要充分重視和教學(xué)應(yīng)用相結(jié)合，實驗教學(xué)當(dāng)中的通才以及專才相結(jié)合，通過虛擬實驗系統(tǒng)的精確性以及先進性作為保障，提高物理實驗教學(xué)的整體質(zhì)量。而虛擬實驗系統(tǒng)的靈活開放也對實際實驗操作打下了質(zhì)量基礎(chǔ)，通過以互聯(lián)網(wǎng)為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺應(yīng)用，把系統(tǒng)應(yīng)用模式延伸以及擴展到異地異步的程度，提高物理實驗的整體質(zhì)量和效率[4]。物理虛擬實驗的系統(tǒng)構(gòu)建中，要能夠滿足方便使用的要求，注重模塊化以及層次化的設(shè)計思想融入，操作要簡單，價格要低廉，通過交互技術(shù)以及建模技術(shù)作為核心的技術(shù)加以應(yīng)用。中學(xué)物理虛擬實驗技術(shù)在物理建模中的應(yīng)用中，為能讓學(xué)生沉浸在物理實驗虛擬環(huán)境當(dāng)中，就要在虛擬儀器的建模操作環(huán)節(jié)加強重視，主要分成幾個重要部分，進行幾何建模以及物理建模和行為建模程序?qū)崿F(xiàn)。

中學(xué)物理建模中采用虛擬實驗技術(shù)進行幾何建模，就可通過三維建模軟件手工繪制三維模型，這一建模方法的應(yīng)用是比較常見的，也比較符合實際要求。通常是使用的VR工具軟件，當(dāng)前的CAD建模工具也是比較優(yōu)秀的建模工具?；蛘呤峭ㄟ^數(shù)字化儀器的應(yīng)用來實現(xiàn)自動建模，通過三維掃描儀器的應(yīng)用能有效獲得物體表面采樣點三維空間坐標(biāo)。實施幾何建模的過程中，比較常用的樹狀層次結(jié)構(gòu)圖有著良好的作用，結(jié)合對象各部分模塊間結(jié)構(gòu)關(guān)系來加以確定樹狀結(jié)構(gòu)圖，這樣就比較有助于提高幾何建模的質(zhì)量。另外，中學(xué)物理建模過程中，在對虛擬實驗技術(shù)的應(yīng)用中，就會涉及到材質(zhì)以及質(zhì)量和形狀等改變模式，這些都要能和幾何建模進行有機的結(jié)合起來，這樣才能形成逼真的物理模型。通過和動力學(xué)系統(tǒng)的結(jié)合進行仿真，就能形成良好的物理建模效果。再有就是行為建模，可與部分的實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實特征進行有機的結(jié)合起來。

對于中學(xué)物理建模虛擬實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，主要是通過WEB的B/S模式，服務(wù)器端的WEB SERVER是基礎(chǔ)性的模塊，接收客戶端請求和響應(yīng)返回虛擬實驗場景。瀏覽器端也是虛擬實驗的重要載體，所有的虛擬物理實驗的操作也都是在瀏覽器當(dāng)中實施的[5]。虛擬實驗系統(tǒng)的過程模型方面，就要按照相應(yīng)的教學(xué)過程開展，通過用戶界面呈現(xiàn)以及實驗情境創(chuàng)設(shè)和實驗過程以及總評價等幾個重要部分組成。例如用戶界面呈現(xiàn)主要是通過用戶界面和虛擬實驗交互的，方便物理實驗中學(xué)生的學(xué)習(xí)操作知識的學(xué)習(xí)。通過虛擬實驗系統(tǒng)的應(yīng)用，就能大大提高中學(xué)物理教學(xué)的質(zhì)量。

3.結(jié)語

總而言之，中學(xué)物理建模的過程中，運用新型的技術(shù)就顯得比較關(guān)鍵，虛擬實驗技術(shù)的應(yīng)用是完善和保障中學(xué)物理建模質(zhì)量的重要力量，希望能通過此次的理論研究，能為中學(xué)物理建模工作的進一步開展起到一定啟示作用。

參考文獻：

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[3]李茂林，李慶紅，張磊，張曉麗.虛擬實作設(shè)計在海洋學(xué)實作教學(xué)中的應(yīng)用[J].時代教育.2015（12）

[4]汪南方，潘璞，翦育林.多媒體虛擬實驗在《測色與計算機配色》教學(xué)中的應(yīng)用[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）.2017（04）

[5]汪貴文.中學(xué)物理虛擬實驗?zāi)Ｊ降奶剿鱗J].技術(shù)物理教學(xué). 2016（02）