3D虛擬增強現(xiàn)實技術在中學物理教學中的應用研究

江輔星

【摘 要】物理教學出臺了新領域的挑戰(zhàn)，通過教學方式和手段變化不斷提高教學質量。3D虛擬增強現(xiàn)實技術的開展為新物理教學拉開了新領域。在教學上通過分析3D虛擬技術對教育產生的影響與3D虛擬技術的應用來解決部分教學問題。所以本文將研究物理教學中3D增強現(xiàn)實技術的應用問題，促進物理改革進程，培養(yǎng)學生物理模型的建立。

【關鍵詞】物理模型; 3D虛擬技術 ;物理實驗

【中圖分類號】G642 ??????【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）09-0231-01

一、引言

新教育改革的出臺，確立了改革方向與目標。教學新領域前所未有的挑戰(zhàn)——虛擬現(xiàn)實技術的開放與實施。物理教學中，教師可以通過3D虛擬增強現(xiàn)實技術展開教學，培養(yǎng)學生的探究能力，豐富教學情景，應用到實際問題當中。用新的教育信息去帶動物理課堂，讓教育走向現(xiàn)代化，突破教育問題與難點。確立物理觀念和科學思維，在新課程改革的大框架下開辟新的領域，突出物理學科的教學質量與價值。讓學生去重視科學探究與實際的關系，結合想象得出結論。

二、3D虛擬增強現(xiàn)實技術在物理教學中的應用

1.物理教學該如何使用3D虛擬增強現(xiàn)實技術。

3D虛擬增強技術是一種新興技術。其通過計算機的顯示和新興網絡的跟蹤技術來定位科技 ，真實場景的模擬將虛擬信息疊加通過計算機程序代碼的交流，計算機大腦的運轉以對現(xiàn)實世界的想象進行填充改編。在教育場景上使學生通過物理建模，感受在視覺上聽覺上和觸覺上現(xiàn)實的變化，讓學生通過虛實結合在物理課堂上應用，在教育領域中3D虛擬增強現(xiàn)實技術為學生在物理課堂上呈現(xiàn)出全息圖像、虛擬實驗和虛擬環(huán)境相結合的環(huán)境。目前學生對虛擬技術的認知度不高，教師在課堂教育上應逐步的引入此技術虛實結合以假亂真。讓學生通過虛擬技術獲得虛擬體驗，來解決物體的運動規(guī)律問題。物理模型通過計算機構建模擬，使重力加速度這個物理名詞不失真。計算機構建模型來完成物理教學，虛擬模型與自然環(huán)境的聯(lián)系來完成信息反饋，然后通過信息反饋作為參考研究，提出新的教育方式，改變教育頻率。

3D虛擬增強技術不單單是通過圖形，聲音，超文本來實現(xiàn)的，它作為新媒體技術的一大突破，還可以讓學生通過實時生成的擬現(xiàn)實聲像，觸覺信息還有運動感知等等來實現(xiàn)新時代教育目標。讓學生身臨其境，在課堂上通過老師講的情景構建相互融合，在物理實驗利用3D虛擬增強技術來構建虛擬的場景開展物理實驗。可以輸入物理實驗所用到的參數(shù)觀察運行演化的過程。學生可以通過VR訓練場和實驗臺進行操作訓練，讓實際物體變成物理模型通過操作VR，操作方式可以隨著學生思維邏輯的變化而改變，設計的細節(jié)也可以發(fā)生改變。老師應該告訴學生怎樣處理學習對象去控制轉化。例如在研究天體運動時，老師可以利用3D虛擬增強技術來重新建立物理模型，引導學生建立一個初概念，在VR下觀察天體運動碰撞物體，能量的轉化，將抽象思維轉化虛擬現(xiàn)實進行數(shù)據(jù)分析，這種應用技能就要求計算機運算系統(tǒng)性能高。

通過3D虛擬增強現(xiàn)實技術，彌補現(xiàn)有物理教學中的不足，滿足教育需求，選擇合適的設備去解決物理問題，創(chuàng)立一些逼真的教學環(huán)境，提高學生的互動能力。

2.為物理實驗奠定基礎。

物理作為一門以實驗為基礎的學科，一些定理規(guī)律都是通過實驗來驗證得到的。物理是以科學為基礎的學科，培養(yǎng)學生動手思考的能力，提升科學素養(yǎng)。物理實驗在教學內容里必不可少，現(xiàn)有課堂的局限性比較大很多的實驗是無法表現(xiàn)出來與無法完成的，但是可以利用VR來彌補這方面的不足，讓學生更能直觀的，細致的體驗到物理的奧秘。在學習熱機時一般的物理教學就是通過一些簡單的演示模型，將化學能轉化為機械能通過汽油機和柴油機演示模型，來表現(xiàn)做功過程，可以通過VR來觀察吸氣、做功、壓縮 、排氣的做功過程，打開汽油機或者柴油機的蓋子，通過現(xiàn)實模型無法表達建立虛擬模型，讓學生更好的認知物理過程。在物理教學中有些實驗存在偶然性，就需要通過3D虛擬增強現(xiàn)實技術來幫助實驗的完成度，它可以通過虛擬現(xiàn)實無數(shù)次的重復過去演繹的場景，就可以去返回重新研究認識，讓學生自主的完成實驗課題，探究物理運動，去完成體驗式的學習，可以虛擬物體的運動軌跡圖，將其變得更加直觀有效，將速度，位移，加速度直觀的演繹，讓學生展開物理研究。

3.關于平拋運動的問題研究。

VR為教學的突破革新提供了技術要求，它改變了傳統(tǒng)的教學模式的弊端。在探究平拋運動的運動特點和運動規(guī)律時，普通的教學模式利用化曲為直的思想等效替代來處理物理問題將自由落體運動和勻速直線運動相結合，老師可以通過VR讓學生不在使用邏輯思維去抽象的想象，幻想無法全面的建立物理模型，無法明確一些實驗現(xiàn)象，導致結果不清楚 探究問題不明不白。雖然學生已經有了一定的邏輯思維能力，但是能力遠遠趕不上事實變化，傳統(tǒng)的教學不利于學生對物理實驗的研究。在物理教學中老師可以采用3D虛擬增強現(xiàn)實技術來完成對平拋運動的教學設計，完善實驗的環(huán)境，理想環(huán)境是沒有空氣阻力，沒有摩擦，使用三個質量相等大小相等的平滑小球，在支架上同時放置三個小球球，一起釋放，觀察到運動的小球分別做平拋運動，水平豎直方向分別做勻速直線運動和自由落體運動運動，同學們可以通過回放，去觀察每一個小球的運動并且屈曲分析物體的加速度變化。通過VR技術，解決學生在物理實驗認知的困難利用等效替代的模型去解決問題。

總結

3D虛擬增強現(xiàn)實技術去完善教育的不足，使用新興手段讓教師更加方便課堂，提升教學質量，讓學生能認識到新世紀的大門，科技改變生活。增強學生的思維空間推理能力，讓學生慢慢的去適應虛擬現(xiàn)實，獨立自主的去思考，提升學生愛學習的能力，通過VR與未來實現(xiàn)互動，有效學習，豐富知識構建，提升科學素養(yǎng)，讓物理學不再枯燥，讓每一個孩子能喜歡使用VR獲取知識。

參考文獻

[1]侯丹， 宋昊澤. 3D虛擬增強現(xiàn)實技術在中學物理教學中的應用研究[J]. 天津師范大學學報（基礎教育版）， 2018， v.19;No.73（3）：72-77.

[2]王艾， 侯丹. 通過物理演示實驗教學提升學生的綜合素養(yǎng)[J]. 天津師范大學學報（基礎教育版）， 2016， 17（3）：57-60.