摘要：物理是一门基于实验的学科。然而,前期调研发现，在当前中学实验教学中，受到实验种类多样化、仪器结构复杂、仪器数量不足、以及后期设备维护困难等因素的制约，学生不能在合适的实验条件和环境下反复调试仪器，进行自主学习。与此同时，随着素质教育的推进，培养学生的核心素养成为我国教育教学深化改革的重点。如今互联网技术迅速发展,网络教学研究也不断深入，如何运用互联网共享资源辅助实验教学,模拟真实的实验场景,带给学生身临其境的实验感受成为研究热点。

本研究从核心素养的角度出发，设计并开发了一个基于 Web3D 技术的中学物理探究实验，以期将物理学科核心素养落实在实验教学中。在整理和分析已有相关文献和理论的基础上，本研究首先以我国初中科学教材中“牛顿第一定律”实验为例进行设计开发，然后邀请了 10 名初一学生进行了试用，最后给参与对象发放用户体验问卷来了解该虚拟实验的使用情况。结果表明，虚拟实验能够帮助学习者更好地理解和掌握相应的知识，对学生核心素养的培养也具有一定的促进作用。

关键词：虚拟实验； Web3D； 初中物理；核心素养

目录

摘要

Abstract

1绪论-1

1.1研究背景-1

1.1.1培养物理学科核心素养是中学物理实验教学的关键-1

1.1.2当前初中物理实验教学的现状-1

1.1.3基于 Web3D 技术的虚拟实验的优势-2

1.2研究内容-2

1.3研究意义-3

1.3.1减少实验费用，使抽象的实验具体化-3

1.3.2为中学实验教学提供可共享的优质网络资源-3

1.3.3为中学生物理核心素养的培养提供可行的策略-3

1.4研究方法-3

1.4.1文献研究法-3

1.4.2案例分析法-4

1.4.3问卷调查法-4

2相关概念及理论基础-4

2.1核心素养的概念与特征-4

2.2国外关于核心素养的研究-6

2.3国内关于核心素养的研究-8

2.3.1核心素养本体论-9

2.3.2核心素养理念下的课程教学改革-9

2.3.3核心素养评估体系-9

2.3.4学科核心素养发展研究-9

2.4物理学科核心素养的研究现状-9

2.5虚拟实验的研究现状-12

2.5.1虚拟实验的概念与特征-12

2.5.2基于 Web3D 的虚拟实验研究现状-12

3.基于 Web3D 的物理虚拟实验设计-14

3.1前期分析-14

3.1.1具体实验内容选择-14

3.1.2物理学科核心素养目标分析-15

3.1.3教学内容分析-18

3.2Web3D 虚拟实验页面交互设计-18

3.3指向核心素养的 Web3D 虚拟实验流程设计-20

3.3.1问题引入-20

3.3.2问题研究-20

3.3.3合理推理-21

4.“牛顿运动定律”虚拟实验的应用-21

4.1实验应用前期准备-21

4.2实验应用过程-22

4.3实施效果评价-22

4.4教学实施效果分析-23

5.研究总结与展望-23

参考文献-25

致-谢-27

附-录-28