信息技术优化物理实验‘可视化’教学的理论与实践.doc

信息技术优化物理实验可视化教学的理论与实践唐华昌 四川省成都市新都一中610500马开春 四川省成都市新都一中 610500摘 要：实验是中学物理教学中的一个重要组成部分，可以说没有物理实验就等于没有物理教学，但由于各种原因使物理实验教学存在着许多实验现象、操作过程、数据采集、分析处理以及学生对实验的理解思维过程不可视化，而随着信息技术在教育教学中应用，为实验教学的可视化提供了更易于操作和实现的物质平台，通过演示实验课件、虚拟现实技术、传感器和接口技术等将学生置于多媒体动画、图片、图表、音频等视听资料和计算机网络所创造的物理实验现象可视化时空之中，使其在虚拟的真实中探索、发现、理解和掌握教学内容，从而在潜移默化之中达到培养学生创造性素质和能力的目的。关键词：信息技术、物理实验、可视化全日制中学物理教学大纲指出：“物理是一门实验科学”，运用物理实验，可以丰富学生感性认识，提高学习兴趣；突破教学重点难点，理解概念规律；形成物理图像，认识物理过程；启发学生思维，增强探索精神；培养学生观察能力，掌握实验技能；促使学生养成良好习惯，学会科学方法。因此，物理教学离不开物理实验，没有物理实验就等于没有物理教学。但现行高中物理实验教学中存在着如下问题：由于实验器材、实验现象等因素的限制，常常使得演示实验效果不明显，实验的可观察面太小，或是某些实验（如伽利略斜面实验，太空旅行等实验）根本就无法做，使得许多实验现象都不可能置于学生的可视化情景之中；由于实验器材的不足，学生的分组实验就不能做到一人一套器材，课外的“小实验、小制作”根本就不可能进行，导致学生的许多实验操作及实验现象都都处于不可视情景之中；在传统的物理实验教学中，很多实验数据采集很难，以及学生的操作过程和数据处理通常都得不到及时的反馈，使得学生常常觉察不到自己操作上存在的不足与不规范，觉察不到实验结果的意义；物理概念和规律是物理现象与思维相互作用的结果，但在传统的物理实验教学中，往往存在着忽视实验现象的理解、分析处理的思维过程，使得实验现象的理解、处理、归纳等思维过程不可视化。上述问题充分说明在物理实验教学中存在着实验现象、实验操作过程、实验数据的采集、分析处理及学生对实验的理解思维过程的不可视化。那么如何克服上述物理实验教学中存在的问题而将学生完全置于物理实验的可视化时空之中，通过物理实验的可视化教学来提供学生学习整合知识，表达、监控思维的工具，加强对学生的多通道刺激，激发学生的学习热情，进而培养学生的物理学科探究素质、创新能力呢？在信息社会的今天，能否借助现代信息技术来提高物理实验教学的优化呢？实践证明，校园网络建设的完善、学生网络教室的建成、为物理实验教学的优化提供了可靠的物质条件，信息技术从演示实验辅助课件的应用，到计算机的传感器和接口技术的应用，再到虚拟实验平台的建立等，变换了实验信息处理方式，给学生创设了一种可视化的思维情景，优化了物理实验教学。因此，我们提出了信息技术优化物理实验可视化教学模式。1 信息技术优化物理实验可视化教学的含义物理实验是指人们在人为控制条件下利用科学仪器、设备，使物理现象反复再现，从而有目的地进行观测研究的一种方法。而信息技术优化物理实验可视化教学则是指利用实验技术媒体和现代信息技术媒体（如演示实验辅助课件、传感器和接口技术、虚拟实验平台、实验室等）将物理实验中观察面小，或无法操作的实验等再现于多媒体动画、图片、图表、音频等视听资料和计算机网络所创造的可视化时空之中，使学生在虚拟的真实中探索、发现、理解和掌握教学内容，从而在潜移默化之中达到培养学生创造性素质和能力的目的。2信息技术优化物理实验可视化教学的价值2.1符合学生直观化思维习惯与高中物理要求大多数学生发现由初中进入高中，物理课突然变得很困难了。原因何在？我认为，高中物理课的学习难点主要发生在：首先，高初中教学内容的四个过渡：由不变（常量物理）到变化（变量物理）的过渡；由静态图形研究到动态图形（包括图像）研究的过渡；由直线情景到平面情景甚至到空间情景的过渡；由能明确感知（如路程、速度等等）到大量出现抽象规定（如加速度、多力的等效处理）的过渡。其次，在思维要求上，高中更多地要求逻辑分析思维，各种思维方法的综合应与学生初中形成的“眼见为实”的心理、思维习惯的矛盾。而在教学中，部分教师忽视形象思维，以为只有抽象思维才是高级思维能力，以为单凭“讲”就可以达到教学目标的教师才算“本事”，将“教学法”局限为“教授法”，单纯依赖文字、语言讲“生动”“形象”，却往往是枯燥、难懂。所以高中物理中的抽象规定与初中过分注重直观化思维的习惯有不小的差距。如在“牵引力的本质是摩擦力”的教学实验中，研究表象活动对建立物理概念和掌握物理规律的意义，研究结果表明：按照“感知操作形成表象分析综合得出概念巩固表象巩固概念练习”这样进行教学活动的班比无演示实验提供直观表象的班，人均成绩提高50%。所以，要处理好高初中的过渡，作好教学内容、方法的可视化处理是关键。教学中通过提供可视化的学习模型，先直观可视可感知现象然后再抽象分析降低思维难度，这样学生才可能在模仿中加深理解，在理解中培养思维能力。2.622提供了学生学习整合知识，表达、监控思维的有力工具人类创造了语言（包括口头语言和书面语言）作为思维的物质外壳，并在语言的基础上逐渐形成了一套概念、判断和推理系统，以此来实现对事物本身的运动变化和事物之间相互联系的概括与间接的反映。但是文字符号只是“间接的”反映，因为这种反映是通过“概念”“判断”“推理”间接地完成的，而不是直接对事物本身（就像照相机那样）进行反映。文字信息和数据等只有通过可视化变成形象，才能激发人的形象思维，才能在表面上看来是静止的文字图景和杂乱无章的数据中找出其中隐藏的规律。学生在获取这些用文字表达的物理现象或事实的信息时，只能按阅读的顺序在头脑中一段一段展现，而物理分析要求信息是全面的真实反映事物变化关系的，而不是片断式的展示，这就要求学生通过某种方式将信息整合起来，这里常用的方式就是实验或做图（时间图、空间关系图、矢量分析图等等）将其可视化，利用了实验的连续性或图形的整体性，将可视化作为一种工具，整合文字中的时空信息，同时由于直观和全面地展现了各量的关系，也能起到启迪思维的作用。可见，可视化是记录、组织、管理思维的有效手段，是形象与抽象结合、分析与结论结合、过程与结果结合、思维的点与线面结合，用可视化的方式整合思维能培养学生思维的形象性、整体性、有序性、简单性。同时，可视化过程自身对信息的处理，通过“瞻前顾后”与信息对话、与自身思维对话，能实时监控思维的发展变化。2.3 有利于激发学习热情，加强多通道刺激，提高学习效果孔子说“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”。而只有声音和文字刺激的课堂，学生容易进入思维封闭状态。要激活学生的思维，可视化处理是一种有效的手段，它能为学生提供直观的、形象的甚至惊奇的情景，能极大地调动物理学习兴趣。教育心理学研究表明：人的感官对知识信息的吸收比率是不相同的，视觉的吸收比率为83%，听觉的吸收比率为11%，嗅觉的吸收比率为3.5%，触觉的吸收比率为1.5%，味觉的吸收比率为1%。显然，增加视觉、听觉信息是多获取信息最可取的方法。提供可视化的教学，图、文、声、像、动并茂，能有效补充书本教材的不足，促使学生多通道地整合信息，最大限度地提高学习信息吸收的广度和深度。如果师生都有可视化的习惯和能力，能用可视化的方式进行讨论、交流，那么知识的保持将大大优于传统教学的效果。2.4有利于培养学生物理科学探究素质、创新能力科学探究活动是人通过观察，发现事物规律的活动。人的创造性不仅取决于人的逻辑思维，而且取决于人的形象思维。爱因斯坦描述了科学创造活动中思维过程的第一阶段“是指利用思维元素进行直觉思维或形象思维，就我的情况而言，上述思维元素是视觉的和肌肉的类型”，然后才进入第二阶段即选用适当的词语概念来进行逻辑分析、推理，以论证和检验直觉思维和形象思维结果的正确性。 与此类似，物理科的教学中也要充分利用视觉表象与动觉表象作为思维加工对象，依此进行教学设计，情景化的教学就能提供给学生视觉或动觉的思维加工材料，而且突出思维材料的时间逻辑关系、空间逻辑关系，更便于学生的理解。3信息技术优化物理实验可视化教学的理念31构建了符合建构主义学习理论要求的教学情景及协作、会话等意义建构过程建构主义理论认为信息技术和媒体是创设学习情境，是学生主动学习、协作、探索、完成知识意义建构的认知工具；知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得，在学习环境中具有“情境” “协作” “会话”和“意义建构”四大要素。而信息技术优化物理实验可视化教学模式构建了符合建构主义理论要求的教学情景及协作、会话等意义建构过程。3.1.1情景：学习环境中的情境必须有利于学生对所学内容的意义建构。也就是说，在物理教学中，教学设计不仅要考虑教学目标分析，还要考虑有利于学生成为意义的主动建构者的情境的创设问题，并把情境创设看作是教学设计的重要内容之一，即创设情景是“意义建构”的必要前提。而信息技术优化物理实验可视化教学模式，通过演示实验课件、计算机传感器和接口技术、虚拟实验室等为物理实验作了最好的补充，将物理实验操作过程、实现现象、数据处理等完全置于“可视化”时空之中，为学生提供了清晰完整的实验现象过程，提供了准确观察物理现象和操作摸拟的教学情景，提供了学生实验能力培养和知识获取的建构过程。3.1.2协作和会话：“协作”与“会话”是协作学习的重要环节，通过协作学习，学习者群体的智慧，思维及其成果，可以被群体共享，共同完成对所学知识的意义建构。信息技术优化物理实验可视化教学模式，学生借助于计算机网络教室，在虚拟实验操作平台下，充分利用多媒体的交互性，通过对教师设置的问题及学生发现的问题的讨论，深化学生对实验的认识，教师通过多媒体教室网络点对点通讯功能，对每一个学生的学习活动进行个别化的指导，保证实验对象的主动参与和协作学习。3.1.3意义构建：“意义构建”是整个学习过程的最终目标，是一个从低级向高级的动态过程，而且要符合具体的认知过程。在学习过程中帮助学生建构意义就是要帮助学生对当前学习内容所反映的事物的性质、规律以及该事物与其它事物之间的内在联系达到较深刻的理解。这种理解在大脑中的长期存储形式就是关于当前所学内容的认知结构。通过信息技术为物理实验创建一种可摸拟操作过程、实验现象及数据处理可视化教学情景，进一步加深实验操作、观察及分析等意义建构的过程，帮助学生对所进行实验涉及的现象和问题进行全面的深刻的理解。32信息技术为物理实验“可视化”教学提供了更易于操作和实现的物质平台和技术支持3.2.1利用传感器、接口技术和微电脑连接，自然真实的再现物理现象，给观察和分析以灵活性，提高其研究的可信度和精确度在传统的物理实验教学中，由于实验器材或实验现象本身（如发生时间快、范围小等）的限制，常常使得演示实验效果不明显，或者实验的可观察面太小，而在信息技术高速发展的今天，信息技术在物理学科教学中的应用，为这些物理实验的可视化提供了物质平台和技术支持，即只要把适当的传感器通过接口技术与电脑连接起来，电脑就可以把正在发生的物理现象、特别是正在进行的物理实验的真实情景，以连续动画的方式记录下来，所记录的真实情景可以随时在电脑的屏幕上显示出来，进行仔细的观察和分析。可以慢镜头播放，甚至定格，以便详细的观察和分析，也可以快速播放，观察物理过程的连续性。可以把局部区域放大，观察分析局部微观现象，也可以扩大观察范围，以便于宏观地把握整体规律。例如，绳波实验是教材机械波的形成和传播中的一个重要而典型的实验，实验者手持长绳的一端，连续而轻轻的抖动，可以看见一个个凹凸相间的波形向长绳的一端传播。这个实验一般都进行得较快，波形的瞬时变化，学生不容易观察清楚，每个瞬时的波形也不可能定格，因此教师不可能引导学生对波形进行仔细的研究和分析，传统教学过程是做了绳波实验后，接着用模拟教具或幻灯片对波的形成和传播过程进行模拟演示和研究分析，模拟的波动过程当然不是真实的波动过程。学生对模拟的过程与真实的过程往往在认识上肯定是有一定的差距的，而利用传感器和接口技术，电脑可以当堂记录绳波演示实验的真实情景，实验完成后，可以把实验过程缓慢地在电脑的屏幕上显示出来，师生一起进行仔细的观察研究和分析，对真实的波动过程的观察和研究不仅可提高了可信度，对学生的观察分析能力的培养也一定优于模拟的波动过程。3.2.2虚拟实验平台的建立，可以逼真形象的可视模拟物理现象，体验真实物理实验情景3.2.2.1可视模拟理想实验，体验“物理的真实”情景，理解“自然的真实”反映物理实验的重要性不言而喻，但实现不能在理想条件下进行，很多实验现象也不便记录，还因为受大量的非主要因素的干扰，致使实验主要现象不明显，不便于观察，这是某些物理实验最大的不足之处。如两列水波的干涉实验，要求学生观察到固定的、明显的振动加强和振动减弱区域互相间隔排列的干涉条纹，几乎是不可能的。原因就在于两列水波很难做到频率相等、相差恒定，其差别越大现象越不明显。即使做到了也不便于观察和分析。但是，对于这个实验信息技术的虚拟实验功能显示了作用。通过制作的两列水波干涉的摸拟实验，干涉条纹清晰，完全再现了理想条件下的“真实”的干涉现象，把学生置于干涉现象的可视化情景之中，加深了学生对干涉现象的认识和理解。当然这里的“真实”是“物理的真实”，是“自然的真实”反映。因为物理概念、物理规律即物理理论都是建立在理想条件、理想模型条件之上的，而大自然不存在理想条件、理想模型。那么，物理理论给我们展现的物理情景是“真实”的吗？毫无疑问是真实的，我们称之为“物理的真实”。这个真实不同于“自然的真实”反映，它源于自然的真实，但高于自然的真实。虚拟技术模拟所展现的物理情景是物理的真实，是“自然的真实”的本质表现。又如，物理学中还有一些理想实验，或曰思想实验，也是不可能做出来的，物理现象的发生必有一定的条件，物理学家在分析、研究一定条件下的物理现象时，常常把条件外推到理想情况即理想条件，在理想条件下物理现象又会怎么样呢？理想条件是不可能实现的。这种实验只能是思想分析实验。“思想实验”的研究方法是建立理想模型和物理定律很有用的方法。如有名的“伽利略理想斜面实验”，它是惯性定律的基础。爱因斯坦所设计的一系列的“光速不变”思想实验，奠定了狭义相对论两大基本原理之一的“光速不变原理”的基础。虚拟技术摸拟理想实验，把抽象的理论分析转化为形象可见的物理现象，对学生建立理想模型和理解物理规律是有很大作用的。3.2.2.2 可视模拟短时高速过程，放大物理现象，掌握慢镜头分析方法有许多物理实验现象，发生的时间极短，过程进行得很快，根本不可能观察得清楚，如两物体的碰撞，从开始接触到挤压发生形变，形变由小到大又由大到小直到脱离接触，这一系列过程实验中是难以观察到的，一些抽象的物理量，如相互作用的弹力、速度、动量的变化就更难观察了。若用电脑模拟碰撞过程，则这一系列过程都可以变为可见，而且在碰撞过程中发生的微小形变也可以进行模拟放大，便于学生仔细观察和分析。其最大优点是可以放大物理现象，放慢演示速度，在缓慢的演示过程中，让学生清楚而全面地把握“物理的真实”，建立理想模型。化高速为短速，变短时为长时，这种分析方法我们称之为“慢镜头法”。慢镜头法是研究短时高速成过程的一种有效的方法，多媒体电脑和虚拟现实技术是实施这一功能的最好工具和技术支撑。3.2.2.3 可视模拟中学实验条件下无法完成的实验，变书本实验可视操作，加深学生的理解物理图景中学物理中还有不少的实验需要精密的仪器，复杂、昂贵的设备才能做到，但目前中学校的条件还达不到，因此，目前这些实验是无法做的。这些实验用多媒体电脑摸拟，把教科书上静止的图画转变为电脑上可以操作的实验，把由文字描述的现象转变为生动的可观察的实验现象，不是很有价值吗。如库仑定律的验证、a粒子散射实验、引力恒量的测定、质子的发现、中子的发现等。3.2.2.4 摸拟微观粒子运动，建立物质微观结构微观粒子运动的宏观表现可以是由实验观察到，但微观粒子自身的运动形式，运动本质特征是无法直接观察到的。多媒体电脑可以生动形象地模拟微观粒子的本质运动，建立物质微观结构模型，如玻尔原子模型、玻尔原子能级跃迁、光电效应现象中光子和电子的相互作用，将其微观结构和相互作用置于学生的可视化情景之中，加深学生理解其物理图景。3.2.2.5 可视摸拟天体运动，掌握天体运动规律，体验太空旅行天体运动抽象而且难以理解，学生总觉得神秘可测，又无法通过实验演示天体的运动规律。如果利用多媒体电脑便可以模拟天体的运动，如行星的公转和自转，卫星的椭圆或圆周运动等。模拟人造地球卫星的匀速圆周运动、地球同步通讯卫星等，由模拟图景，学生可以体验太空旅行，很容易掌握天体的运动规律，同时还可以很容易的理解向心加速度的产生机制，向心力的来源，线速度和动量的变化。又如用录像或电脑模拟人造卫星的发射和回收过程，学生们通过对人造卫星发射和回收过程的可视，很容易掌握其运动规律以及发射和回收的力学原理。3.2.3 构建虚拟实验室，可视学生实验操作过程，强化学生对实验过程和实验情景的理解，加强学生对错误操作方法的纠正由于很多中学校实验条件的限制，学生分组实验不可能做到一人一套器材，只能一部分人做，一部分人看，或者学生的课外“小实验，小制作”根本就不可能进行，从而使得很多实验操作过程和实验现象都处于不可视情景之中，学生只能想当然死记硬背实验步骤和实验现象，这对学生对物理知识的理解和掌握以及实验能力的培养都是无益的。而用信息技术构建的虚拟实验室（即物理实验多媒体课件）虽不能替代物理实验本身，但能起到辅助教学的作用，学生可以通过虚拟实验室来可视物理实验操作过程，可视物理现象，当然课堂教学的大部分时间应留给学生进行独立实验，使用虚拟实验室即物理实验多媒体课件创设教学情景，帮助学生进一步理解和掌握实验的原理、步骤，认识常见的操作错误等，甚至可以在实验条件不允许的情形下让学生通过虚拟实验器材进行操作和实验，都可以帮助他们纠正实验操作中的不规范行为，提高他们的实验技能和素养，培养实验能力。其中虚拟实验室（即物理多媒体实验课件）的基本结构如下：说明：在物理多媒体实验课件中，对于难以用语言表达或传统媒体无法表达的内容，可用3DS MAX3制作动画。各种实验仪器都用数码相机拍摄后，保存为JPEG格式，再用Photoshop 5.0等图形软件处理后录入课件。每个实验的正确实验步骤及典型错误用摄像机摄录后，再用视频捕捉卡把视频信号转换成MPG格式,最后用多媒体创作工具Authorware等软件合成素材。 3.2.4信息技术具有强大的交互功能，可形成网络交互实验室，可视和体验国际学生实验和尖端实验技术信息技术具有强大的交互功能，可形成网络交互实验室，学生可以根据自己的意志和愿望指挥电脑，电脑也能对人的各种指令作出反应，甚至电脑还能对周围环境做出反映。学生也通过网络交互实验室与国际、国内学生交流，把国际、国内学生实验和尖端实验技术可视化网络实验室中，体验和感受国际学生实验和尖端实验技术，开拓学生视野。如我们开发制作的人造卫星的发射课件就具有网络交互实验室的功能 ，人可以根据自己的意愿，输入不同的参数，物体就能作不同类型的运动，从而把完全的理论分析变为实验可视，使得学生更容易理解和掌握人造卫星的发射、回收原理，不同轨道变换时的控制方法，同步卫星的运行情况等。同时，学生也可以在网络上相互讨论。又如上面所述的构建虚拟实验室，可视学生实验操作过程实际上也就是利用了信息技术的交互功能这一特点而实现的。实际上，人与人之间通过网络已实现了相互交往、相互传递信息。然而，教育发展的光辉前景就是建立起教育教学网、小范围的班级网、校园网、到大范围的地区网、国家网、，国际网、教师在网上教、学生在网上学，传递、反馈教与学的信息，真正实现因材实教，因人而教。因此，利用信息技术强大的交互功能，可以构建起网络交互实验室，让学生不仅可以在自己的实验室体验探究物理实验，更主要的是可以通过网络实验室和其它同学甚至是国际上的所有学生及老师一起体验、探究各种类型的物理实验、了解物理发展的前沿、体验物理尖端实验技术。在这里，教师的主导性和学生的主体性都能得到最大限度的发挥。网络教学和远程教学的发展，势必影响现有的教学组织形式和教学体系，势必改变人们的教育思想和教育观。3.2.5信息技术具有准确、快捷的数据处理能力,可使物理实验中数据采集、分析处理过程可视，数据处理快速简洁在很多物理实验中，实验数据很难采集，或采集的数据不准确，或是采集后的数据很难处理。但利用信息技术后，比如使用相关软件，可以应用多媒体电脑采集数据、制作表格、记录数据、列出方程进行运算，在坐标网格上描点作出图像，这种功能非常适合于物理实验教学。如牛顿第二定律中研究物体产生的加速度与把受的外力成正比，与质量成反比的这个关系时，要用一根细线跨过定滑轮拉动小车做加速运动，小车的加速度是通过小车的位移显示并计算出来的，而小车的位移很难准确测出来，即使测量出来了，数据的计算也很烦琐。因此，在这个实验中，如果使用适当的传感器和接口技术把小车的运动情况在电脑上显现出来，并通过相应的软件采集小车在运动过程中任何时刻的位移，并通过相应的软件程序计算出小车运动的加速度，进而找到小车产生的加速度与小车质量、所受拉力之间的关系。这样利用信息技术就很容易使得这些实验中的数据可视、数据处理更加简洁。又如，在组织学生做“伏安法”测定电源电动势和内阻的实验时，在各小组都测量了五组数据之后，把其中一组的数据输入电脑，进行计算，得到电动势和内阻之值，又在电脑上建立坐标系，描点做出图像，从图像上又得到电动势和内阻之值，两种处理方法得到的结果完全一样。应用电脑上这些物理实验课时，学生手脑并用，主动性得到极大发挥，能很快学会实验的分析和研究方法，而且时间可以大大减少。中学物理有很多实验和教材内容都可以按这种方法进行，如光的折射定律的教学，伏安法测电阻的教学等。4信息技术优化物理实验可视化教学操作模式4.1 辅助物理实验教学演示模式在物理学科教学中，演示实验是帮助教师教学的一种重要手段，而“辅助教学模式”就是指物理学科教学“演示实验”中，利用演示实验辅助课件、计算机传感器和接口技术、虚拟实验平台等技术将中学物理演示实验中观察面小、现象不明显、或中学实验条件下无法完成的演示实验等置于学生的可视化的教学情景之中，从而优化物理实验教学，但它仍旧处在“辅助地位”,辅助教师进行教学，发挥“辅助作用”，教师仍发挥主导作用，学生仍处于主体地位。即在课堂教学中由教师创设物理情景，帮助和促使学生形成并明确研究问题，将学生注意力集中到研究的情景上来，产生学生的学习需要和冲动，做好学习准备，然后进行实验探究和信息技术媒体对物理实验的优化即实验探究过程和物理现象、实验数据等可视化。这阶段教师的作用是创设问题情景，提出问题或矛盾，调动学生的思维情景，规范学生的行为。实验媒体和信息技术媒体在这阶段的作用是展示情景，与学生的生活建立共同经验体验，加深学生的理解。而后通过实验图景及所获得数据分析处理并成生成概念原理，同时建构新旧知识联系，形成合理的结构，并拓展训练。其操作模式如下： 4.2 虚拟现实实验室模式虚拟现实实验室模式是由计算机生成的交互人工世界，“沉浸”与“交互”是基本特征，在虚拟现实实验室模式中，学习者仿佛置身于一个完全真实的学习环境中，在虚拟实验平台上，充分发挥自己的想象，去体验、改进和设计实验，然后在实践中具体的应用。它可以避免真实实验或操作所带来的危险（如高压实验等）以及真实实验经费困难或实验器材的限制等，为学生的充分发展提供更广阔的空间。当然，在媒体虚拟实验室中需要老师事先设计和制作好学生可能需要的所有物理实验器材、实验课件，而且都要具有可交互性、灵活性。即由师生共同创设情景，确定课题，引起思考规范主题，得出实验方案，由实验室或虚拟实验室提供器材，范例，智力支持和资源共享提供科学简化模型，进而进行实验探究，互动交流，获取实验数据，辨析数据，科学处理，分析处理生成概念原理，同时建构新旧知识联系，形成