虚拟实验在中学物理教学中的应用研究

论文摘要

随着计算机技术和现代教育技术的迅速发展,虚拟实验技术的应用越来越广泛。虚拟实验作为继理论研究和实验研究之后的第三种科学研究方法,对社会发展和科技进步起着日益重要的作用,代表着科学研究方法的发展方向。不断深化的教育教学改革对实验教学在培养学生科学研究能力和综合素质方面提出了更高的要求。实验教学的教学内容、教学模式、教学方法亟待革新和完善。虚拟实验技术的成熟发展和实验教学改革的迫切需要使得虚拟实验在教学中的应用从理论研究走向了实际应用。本文正是基于此开发了虚拟实验系统,并将它应用于中学物理实验教学。本文介绍了国内外虚拟实验的发展状况,分析了虚拟实验的建构主义、混合式学习理论和交互理论等理论基础以及所使用的技术。论文详细阐述了虚拟实验系统从设计到实现的全过程,并选择具有代表性的中学物理实验作为虚拟实验应用研究的对象,重点对虚拟实验在中学物理教学中的应用作了深入分析研究。一方面,虚拟实验应用于教师实验教学,论文介绍了虚拟实验辅助教师实验教学的教学模式和教学设计,并以“凸透镜成像和照相机”实验为例,阐述了虚拟实验辅助教师光学实验教学的实际应用,同时还列举了教师在教学过程中运用虚拟实验突破物理教学难点的案例;另一方面,虚拟实验应用于学生自主探究学习,论文介绍了学生自主探究学习模式和教学设计,并以探究“电路短路问题”实验为例,阐述了虚拟物理实验辅助学生电路学习的实际应用,同时还尝试将虚拟实验与真实实验有机结合更好地进行实验探究。两方面应用效果分析表明,使用虚拟实验辅助实验教学,有益于提高教师的教学质量,增强学生的自主学习能力。最后,本文对虚拟实验在中学物理教学中的应用研究工作进行了认真总结,提出了进一步研究的方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 可行性分析
• 1.1.2 中学物理实验教学的现状
• 1.1.3 运用实验突破物理教与学中的难点需要
• 1.1.4 虚拟实验与真实实验的整合
• 1.1.5 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外相关课题研究概况
• 1.2.2 国内相关课题研究概况
• 1.3 研究思路
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究对象
• 1.3.3 技术路线
• 1.4 本文的主要工作
• 1.5 本文的组织结构
• 第二章 虚拟实验的理论基础和技术基础
• 2.1 虚拟实验概述
• 2.1.1 虚拟实验定义
• 2.1.2 虚拟实验的发展模式及特征
• 2.1.3 虚拟实验的分类
• 2.2 虚拟实验的理论基础
• 2.2.1 建构主义学习理论
• 2.2.2 混合式学习（Blended Learning）理论
• 2.2.3 交互理论
• 2.3 虚拟实验的技术基础
• 2.3.1 Flash 与ActionScript 简介
• 2.3.2 Maya 特点简介
• 2.3.3 Dreamweaver 简介
• 2.4 本章小结
• 第三章 虚拟实验系统的设计及实现
• 3.1 虚拟实验系统的设计
• 3.1.1 虚拟实验系统的设计目标
• 3.1.2 虚拟实验的实验过程
• 3.1.3 虚拟实验系统的结构设计
• 3.1.4 虚拟实验系统的内容设计
• 3.2 虚拟实验系统的实现
• 3.2.1 虚拟实验系统开发环境
• 3.2.2 虚拟实验系统的实现
• 3.2.3 虚拟实验系统实现的关键技术
• 3.2.3.1 建模技术
• 3.2.3.2 交互技术
• 3.3 虚拟实验系统的软件测试与效果
• 3.3.1 虚拟实验系统的软件测试
• 3.3.2 虚拟实验系统的测试效果
• 3.4 本章小结
• 第四章 虚拟实验在辅助中学物理教师实验教学中的应用研究
• 4.1 虚拟实验辅助教师实验教学的教学模式
• 4.1.1 虚拟实验辅助教师实验教学的教学模式概述
• 4.1.2 虚拟实验教学模式对实验教学的影响
• 4.2 虚拟实验辅助教师以教为主的教学设计
• 4.2.1 教学前期设计
• 4.2.2 教学情境设计
• 4.2.3 学习资源设计
• 4.2.4 学习评价工具的设计
• 4.3 虚拟实验教学模式的教学案例——《凸透镜成像与照相机》
• 4.3.1 教学设计前期分析
• 4.3.2 教学过程
• 4.3.3 教学评价与反思
• 4.4 运用虚拟实验突破物理教学难点案例
• 4.5 虚拟实验在辅助中学物理教师实验教学中的应用效果评价
• 4.6 本章小结
• 第五章 虚拟实验在辅助学生自主探究学习中的应用研究
• 5.1 自主探究学习模式简介
• 5.2 自主探究学习的教学设计
• 5.2.1 自主探究学习教学设计概述
• 5.2.2 自主探究学习的教学设计方法与步骤
• 5.3 虚拟实验辅助学生自主探究学习案例——探究《电路短路问题》
• 5.4 虚拟实验和真实实验相结合辅助学生自主探究物理实验
• 5.4.1 动手操作类探究实验
• 5.4.2 探究方案类课外实验
• 5.5 虚拟实验在辅助学生自主探究学习中的应用效果评价
• 5.5.1 研究过程
• 5.5.2 研究统计结果
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 后续研究及展望
• 参考文献
• 附录
• 附录Ⅰ 美国软件行业协会标准
• 附录Ⅱ 各项评价指标量规
• 附录Ⅲ 虚拟实验教学访谈提纲
• 附录Ⅳ 虚拟实验教学应用效果调查问卷
• 附录Ⅴ 已开发的中学物理虚拟实验
• 致谢
• 研究生在校期间的科研情况