3D虚拟增强现实技术在中学物理教学中的应用研究

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　　【摘 要】物理教学出台了新领域的挑战，通过教学方式和手段变化不断提高教学质量。3D虚拟增强现实技术的开展为新物理教学拉开了新领域。在教学上通过分析3D虚拟技术对教育产生的影响与3D虚拟技术的应用来解决部分教学问题。所以本文将研究物理教学中3D增强现实技术的应用问题，促进物理改革进程，培养学生物理模型的建立。
　　【关键词】物理模型; 3D虚拟技术 ;物理实验
　　【中图分类号】G642       【文献标识码】A
　　【文章编号】2095-3089（2019）09-0231-01
　　一、引言
　　新教育改革的出台，确立了改革方向与目标。教学新领域前所未有的挑战——虚拟现实技术的开放与实施。物理教学中，教师可以通过3D虚拟增强现实技术展开教学，培养学生的探究能力，丰富教学情景，应用到实际问题当中。用新的教育信息去带动物理课堂，让教育走向现代化，突破教育问题与难点。确立物理观念和科学思维，在新课程改革的大框架下开辟新的领域，突出物理学科的教学质量与价值。让学生去重视科学探究与实际的关系，结合想象得出结论。
　　二、3D虚拟增强现实技术在物理教学中的应用
　　1.物理教学该如何使用3D虚拟增强现实技术。
　　3D虚拟增强技术是一种新兴技术。其通过计算机的显示和新兴网络的跟踪技术来定位科技 ，真实场景的模拟将虚拟信息叠加通过计算机程序代码的交流，计算机大脑的运转以对现实世界的想象进行填充改编。在教育场景上使学生通过物理建模，感受在视觉上听觉上和触觉上现实的变化，让学生通过虚实结合在物理课堂上应用，在教育领域中3D虚拟增强现实技术为学生在物理课堂上呈现出全息图像、虚拟实验和虚拟环境相结合的环境。目前学生对虚拟技术的认知度不高，教师在课堂教育上应逐步的引入此技术虚实结合以假乱真。让学生通过虚拟技术获得虚拟体验，来解决物体的运动规律问题。物理模型通过计算机构建模拟，使重力加速度这个物理名词不失真。计算机构建模型来完成物理教学，虚拟模型与自然环境的联系来完成信息反馈，然后通过信息反馈作为参考研究，提出新的教育方式，改变教育频率。
　　3D虚拟增强技术不单单是通过图形，声音，超文本来实现的，它作为新媒体技术的一大突破，还可以让学生通过实时生成的拟现实声像，触觉信息还有运动感知等等来实现新时代教育目标。让学生身临其境，在课堂上通过老师讲的情景构建相互融合，在物理实验利用3D虚拟增强技术来构建虚拟的场景开展物理实验。可以输入物理实验所用到的参数观察运行演化的过程。学生可以通过VR训练场和实验台进行操作训练，让实际物体变成物理模型通过操作VR，操作方式可以随着学生思维逻辑的变化而改变，设计的细节也可以发生改变。老师应该告诉学生怎样处理学习对象去控制转化。例如在研究天体运动时，老师可以利用3D虚拟增强技术来重新建立物理模型，引导学生建立一个初概念，在VR下观察天体运动碰撞物体，能量的转化，将抽象思维转化虚拟现实进行数据分析，这种应用技能就要求计算机运算系统性能高。
　　通过3D虚拟增强现实技术，弥补现有物理教学中的不足，满足教育需求，选择合适的设备去解决物理问题，创立一些逼真的教学环境，提高学生的互动能力。
　　2.为物理实验奠定基础。
　　物理作为一门以实验为基础的学科，一些定理规律都是通过实验来验证得到的。物理是以科学为基础的学科，培养学生动手思考的能力，提升科学素养。物理实验在教学内容里必不可少，现有课堂的局限性比较大很多的实验是无法表现出来与无法完成的，但是可以利用VR来弥补这方面的不足，让学生更能直观的，细致的体验到物理的奥秘。在学习热机时一般的物理教学就是通过一些简单的演示模型，将化学能转化为机械能通过汽油机和柴油机演示模型，来表现做功过程，可以通过VR来观察吸气、做功、压缩 、排气的做功过程，打开汽油机或者柴油机的盖子，通过现实模型无法表达建立虚拟模型，让学生更好的认知物理过程。在物理教学中有些实验存在偶然性，就需要通过3D虚拟增强现实技术来帮助实验的完成度，它可以通过虚拟现实无数次的重复过去演绎的场景，就可以去返回重新研究认识，让学生自主的完成实验课题，探究物理运动，去完成体验式的学习，可以虚拟物体的运动轨迹图，将其变得更加直观有效，将速度，位移，加速度直观的演绎，让学生展开物理研究。
　　3.关于平抛运动的问题研究。
　　VR为教学的突破革新提供了技术要求，它改变了传统的教学模式的弊端。在探究平抛运动的运动特点和运动规律时，普通的教学模式利用化曲为直的思想等效替代来处理物理问题将自由落体运动和匀速直线运动相结合，老师可以通过VR让学生不在使用逻辑思维去抽象的想象，幻想无法全面的建立物理模型，无法明确一些实验现象，导致结果不清楚 探究问题不明不白。虽然学生已经有了一定的逻辑思维能力，但是能力远远赶不上事实变化，传统的教学不利于学生对物理实验的研究。在物理教学中老师可以采用3D虚拟增强现实技术来完成对平抛运动的教学设计，完善实验的环境，理想环境是没有空气阻力，没有摩擦，使用三个质量相等大小相等的平滑小球，在支架上同时放置三个小球球，一起释放，观察到运动的小球分别做平抛运动，水平竖直方向分别做匀速直线运动和自由落体运动运动，同学们可以通过回放，去观察每一个小球的运动并且屈曲分析物体的加速度变化。通过VR技术，解决学生在物理实验认知的困难利用等效替代的模型去解决问题。
　　总结
　　3D虚拟增强现实技术去完善教育的不足，使用新兴手段让教师更加方便课堂，提升教学质量，让学生能认识到新世纪的大门，科技改变生活。增强学生的思维空间推理能力，让学生慢慢的去适应虚拟现实，独立自主的去思考，提升学生爱学习的能力，通过VR与未来实现互动，有效学习，丰富知识构建，提升科学素养，让物理学不再枯燥，让每一个孩子能喜欢使用VR获取知识。
　　参考文献
　　[1]侯丹， 宋昊泽. 3D虚拟增强现实技术在中学物理教学中的应用研究[J]. 天津师范大学学报（基礎教育版）， 2018， v.19;No.73（3）：72-77.
　　[2]王艾， 侯丹. 通过物理演示实验教学提升学生的综合素养[J]. 天津师范大学学报（基础教育版）， 2016， 17（3）：57-60.
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