核心素养下高中物理教学中虚拟仿真技术的应用研究

引言

《教育信息化 2.0 行动计划》强调 “以技术赋能教育教学变革”，高中物理作为培养学生科学素养的核心学科，面临着抽象概念难理解、高危实验难开展、微观过程难呈现等现实挑战。虚拟仿真技术通过构建沉浸式学习环境，将力、电、光等抽象物理现象转化为可交互的动态模型，既能弥补传统实验教学的不足，又能引导学生在探究中深化对物理规律的认知，为核心素养的落地提供了技术支撑与实践载体。

一、虚实融合，让物理观念在 “具象化” 中扎根

物理观念是核心素养的重要组成，但其抽象性易使学生产生困惑。虚拟仿真技术通过虚实融合将概念具象化，助力学生建立清晰认知。

（一）以 “动态建模” 破解抽象概念，筑牢认知根基

物理学科中有很多抽象概念，如加速度、电场线、磁感应强度等，这些概念看不见、摸不着，学生仅通过文字描述和静态图像很难真正理解其内涵。虚拟仿真软件可转化为三维动态模型。学生拖动参数滑块即可实时观察物理量变化，如改变物体受力或质量时，能直观看到加速度与速度变化的关联，在交互中构建 “现象 — 规律 — 本质” 的认知链条，深化理解。

（二）用 “场景还原” 串联知识网络，构建系统观念

高中物理知识体系庞大，各个知识点之间存在着密切的联系。但在传统教学中，知识点往往是分散讲解的，学生很难将其串联起来，形成系统的物理观念。虚拟仿真技术可以通过 “场景还原”，搭建跨章节的虚拟场景，将不同的知识点融入到具体的场景中，帮助学生发现知识点之间的内在联系。例如在虚拟发电场景中，学生既能模拟天体运动对水电站水位的影响，理解机械能守恒；又能观察发电机工作过程，掌握电磁感应原理。通过场景中知识点的关联，帮助学生形成结构化物理观念，整体把握知识网络。

二、沉浸探究，让科学思维在 “问题链” 中生长

科学思维是分析和解决问题的关键方式。借助虚拟仿真技术创设沉浸式探究环境，设计 “问题链”，可引导学生思考，促进科学思维发展。

（一）设 “阶梯式问题” 驱动逻辑推理，激活 “建模思维”

逻辑推理是科学思维的重要组成部分，而建模思维则是物理学习中常用的思维方式。在物理教学中，通过设置 “阶梯式问题”，可以驱动学生进行逻辑推理，激活其 “建模思维”。

以 “平抛运动” 为例，在虚拟实验中，教师可以以 “初速度变化对轨迹的影响” 为起点，引导学生观察不同初速度下物体的运动轨迹。然后，逐步提出 “若忽略空气阻力会怎样”“斜抛运动能否分解为平抛运动” 等进阶问题。学生在虚拟环境中可以通过控制变量，改变物体的初速度、抛出角度、是否考虑空气阻力等参数，观察物体运动轨迹的变化。

（二）创 “开放式情境” 鼓励创新思考，培育 “批判思维”

批判思维是科学研究中不可或缺的思维品质，它要求学生能够对事物进行全面、客观的分析和评价，提出自己的见解。在高中物理教学中，创设 “开放式情境”，让学生在虚拟环境中进行自主探究和创新设计，可以鼓励学生进行创新思考，培育其批判思维。

在 “电路设计” 虚拟模块中，教师可以提供多种元器件，如电阻、电容、电感、电源、开关等，让学生自主搭建电路。学生可以根据自己的想法设计不同的电路，模拟电路的工作状态，观察短路、断路等故障现象。在设计完成后，教师要求学生对比不同设计方案的能耗与稳定性，提出优化建议。

（三）建 “跨学科任务” 促进综合应用，发展 “系统思维”

物理学科与其他学科之间存在着密切的联系，很多实际问题的解决需要运用多学科知识。在高中物理教学中，建立 “跨学科任务”，可以促进学生对物理知识的综合应用，发展其系统思维。

围绕 “新能源汽车续航问题”，教师可以整合力学、电磁学与能量守恒等知识，设计虚拟探究任务。学生在虚拟环境中可以模拟电池的充放电过程，观察电池容量、充电时间、放电电流等参数的变化；还可以测试电机的工作效率，分析不同路况下电机的能耗情况。

三、精准赋能，让教学实践在 “靶向化” 中提质

虚拟仿真技术能精准赋能教学实践，针对难点与个体差异实施靶向教学，提升质量。

（一）聚焦 “高危实验” 补位教学，保障探究安全

高中物理中 “高压放电”“放射性衰变” 等高危实验，传统教学因安全限制难以让学生亲自动手，影响探究体验。虚拟仿真技术可构建安全的虚拟实验场景，让学生在其中操作，掌握流程和注意事项，消除恐惧，保障安全的同时充分发挥探究能力。

（二）立足 “个体差异” 分层设计，实现因材施教

学生存在认知水平、学习能力和兴趣差异，传统 “一刀切” 模式难以满足个性化需求。虚拟仿真技术可立足个体差异分层设计，教师依据学生认知水平设置基础层（侧重现象观察）、进阶层（注重规律推导）、创新层（强调方案设计）的虚拟任务。并通过后台数据追踪学生表现，调整教学策略，满足不同学生需求，提高教学针对性和有效性。

（三）链接 “生活场景” 拓展应用，彰显学科价值

物理知识源于生活且应用于生活，将教学与生活场景结合可让学生体会其实用价值。虚拟仿真技术能链接 “生活场景”，如开发 “家庭电路检修”“桥梁受力分析” 等生活化虚拟场景，让学生在其中解决真实问题，将所学知识应用于实际，感受物理学科的广泛应用，认识其价值，激发学习兴趣和热情。

四、结语

虚拟仿真技术在高中物理教学中的应用，并非简单的工具叠加，而是以技术为支点重构 “教与学” 的关系 —— 让抽象的物理规律可见可触，让封闭的课堂探究走向开放多元，让核心素养的培养从理念转化为可操作的教学行为。未来教学中，需进一步平衡虚拟与真实、技术与人文的关系，使虚拟仿真技术真正成为学生科学素养生长的 “助推器”，为高中物理教学高质量发展注入持久动力。

参考文献

[1]朱丽霞.高中物理教学中虚拟仿真技术的应用[J].新课程导学，2025，（16）：17-20.

[2]周详.虚拟仿真技术在高中物理教学中的应用[J].中学物理教学参考，2024，53（26）：61-63.

[3]林湘昆.虚拟仿真技术在高中物理规律教学中的应用研究[D].鲁东大学，2024.