中学物理实验的3D数字虚拟
摘 要
中学物理是中学基础教育阶段的重要学科，在高考中也占有重要比重，而在物理学中，物理实验部分又是物理学中的重要内容，是学生认识物理现象，了解物理定律的必要途径，本项目以此为出发点，对中学物理学所涉及到的全部38个实验进行三维动画模拟再现，内容包含力学、光学、热能、电磁等多方面内容，覆盖人教版教材所涉及到的全部物理实验。本套动画的推出，必定会对物理学基础教育起到很好的辅助作用，使物理实验教学变得简单、直观、易学易懂，这也是这套模拟动画的价值所在。
【关键词】中学物理实验模拟动画 物理实验动画 实验模拟动画 物理模拟动画的优势 三维动画模拟
物理学在整个基础教育的初中和高中部分都占据重要位置，在高考中也占据举足轻重的地位，物理学也是自然科学的重要组成部分，物理学之所以有这样高的地位，这和物理学自身的学科特点密不可分，物理学是最亲民最接地气的学科，它所涉及到的诸多方面都和人们日常生产生活息息相关，它也是我们正确认识世界了解世界的一扇窗口。
物理学注重现象，强调本质，提倡动手能力，因此在物理学中有大量的实验课程，在实验课程中需要学生实践操作，包括观察、测绘、参数比较、发现规律等内容，由于物理实验过程本身具有一定的逻辑性、直观、形象，实验常常是所见即所得，因此物理实验过程非常便于用三维动画手段来进行模拟重现。用三维动画形式对物理实验进行模拟重现，具有以下几个优势。
1 中学物理实验3D数字虚拟的七大优势
物理实验课程是物理学中的重要组成部分，物理实验课程强调学生的动手能力，并对实验原理和实验流程各个环节有深入完整的认识。针对中学物理实验教学，目前市面上有很多实景拍摄，并由教师现场讲解的教学视频，本套动画演示视频与传统实景拍摄的教学视频相比，具有以下特点和优势：
1.1 市面上没有同类（三维动画）产品
关于中学物理教材（人民教育出版社）实验部分内容，目前市面上没有系统成套的三维演示教学动画，因此本项目会补充这一市场空白。同时由于物理实验自身的特点，也比较适合用三维动画形式来演示，这比一些flash形式的教学动画要生动形象。
1.2 变抽象为具象
物理实验中很多现象是抽象隐性的，通过肉眼观察或实拍手段都无法观察到具体现象，学生只能生记硬背，比如电流的流动方向，磁场的磁感线指向等，而这些现象在三维模拟动画中都能通过生动形象的形式来展示，让人记忆深刻，过目不忘。
1.3 画质清晰
教学视频以三维动画形式呈现，动画中涉及到的实验器材模型都经过三维建模师精雕细琢，并采用 1920X1080 全高清分辨率进行渲染输出。因此整个动画画面清晰，学习过程令人赏心悦目。传统拍摄的教学视频画面通常显的很乱，画质较差，光感或明或暗，多有不尽人意之处。
1.4 讲解语言精练
实验演示动画的配套解说词均由创作团队中的物理学教师进行反复推敲论证，并请专业播音教师进行配音，因此在语音讲解方面语言精练，逻辑清晰。传统拍摄的教学视频教师讲解有随意性，表达上也存在口语化，发音不标准等现象。
1.5 实验现象、数据、图表、同步呈现
在很多物理实验中，需要根据现象，实时测量数据，并对数据进行对比，若通过传统拍摄，这个过程变得异常繁琐，也会令学生眼花缭乱，抓不住重点。而这些在本套三维动画教学中就变得异常直观，以“研究固体融化时温度的变化规律”一节为例，在具体动画表现时可以这样设计，画面左边铁架台为对晶体加热，画面右边铁架台对非晶体加热，中间为两组实验的曲线表，曲线表垂直轴为温度变化，水平轴为时间变化，图表中的绿色曲线为实时描绘出来的温度变化曲线图，两个图表背景有时钟图形。在本动画中，将两组实验一左一右同步同台演示，随着酒精灯烧杯的加热，和时钟秒针一圈一圈的旋转，温度变化曲线表也同步动态描绘成型，整个过程将现象，温度，时间，温度变化曲线等诸多元素动态的整合在一起，直观形象、一目了然，这些通过实拍手段是不可能实现的。
1.6 打破常规流程重新演绎
为了更好的对一些物理实验过程进行诠释，我们会根据实验自身的特点，对实验过程进行重新设计，如在实验“探究影响导体电阻大小的因素”中，可以将不同材料，不同长短、粗细的四根电阻排列在一起进行实时对比，这样更便于学生学习理解，给人留下深刻印象。
1.7 视听语言使实验过程变得简单
物理学教材通过“文字语言”对实验过程进行阐述，而动画是通过“视听语言”对实验过程进行阐述，视听语言通过形象的三维画面，同步跟进的音频解说，这种形式会让整个实验过程看起来简单易懂，一目了然，便于理解，也提高教学效率。
2 结语
在本项目成立之初，我们也走访了很多学校，了解了当前物理教学现状，并听取一线教师的意见和建议，为保证本项目的顺利实施，我们也邀请了多位物理教师进行业务指导，同时我们专业化的动画制作团队也保障了项目的顺利实施，通过一年来的不懈努力，我们项目也取得了一定成效，希望本项目会对物理学基础教育起到推波助澜的作用。
参考文献
[1]课程教材研究所主编.人教版初中物理课教材[M].北京：人民教育出版社，2008.
[2]教育部基础教材审定工作办公室主编.新课程实验教材精粹选评[M].北京：人民教育出版社，2011.
