科學(xué)地使用計(jì)算機(jī)輔助物理教學(xué)

摘要：在物理教學(xué)中，科學(xué)的使用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，不僅可以拓展和超越物理時(shí)空、“改變”物理形體的大小、還可調(diào)節(jié)物理過程的進(jìn)程速度、使抽象的問題形象化，從而使學(xué)生在課堂上就能完整、清晰、形象地感知物理現(xiàn)象，提高學(xué)習(xí)效率?？茖W(xué)使用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段，要實(shí)現(xiàn)它與傳統(tǒng)教學(xué)模式的有機(jī)結(jié)合，保證圖形效果與科學(xué)性相統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）；物理教學(xué)；模擬；實(shí)驗(yàn)

中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-6148(2007)2(S)-0053-3

現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展促使現(xiàn)代教育技術(shù)的飛速發(fā)展，作為高科技產(chǎn)物的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)也正逐步融入物理課堂教學(xué)。勿庸置疑，這種現(xiàn)代化教學(xué)手段的使用增強(qiáng)了物理課堂教學(xué)的直觀性、趣味性，增大了課堂容量，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，在許多方面是傳統(tǒng)的教學(xué)模式所無法比擬的。然而，計(jì)算機(jī)固有的局限性決定了它在輔助中學(xué)物理教學(xué)中不可避免的存在弊端，如運(yùn)用不當(dāng)，會(huì)適得其反。本文對計(jì)算機(jī)輔助中學(xué)物理教學(xué)中應(yīng)該注意的問題談幾點(diǎn)看法［1］。

1計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(computer Assisted Instruction——CAl)是把計(jì)算機(jī)作為一種新型教學(xué)媒體，將計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用于課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)課教學(xué)、學(xué)生個(gè)別化教學(xué)及教學(xué)管理等各教學(xué)環(huán)節(jié)，以提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率的教學(xué)模式。

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生和發(fā)展的。當(dāng)社會(huì)正隨著各種新技術(shù)的涌現(xiàn)而邁向信息時(shí)代的時(shí)候，人們接受知識的方式也發(fā)生了重大改變，對教育提出了更高的要求，具有更多高新技術(shù)成份的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)愈發(fā)顯現(xiàn)出它在教育中的重要性。

2計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)為物理教學(xué)提供了有利的條件

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理教學(xué)過程也是以物理現(xiàn)象為研究基點(diǎn)，學(xué)生對物理概念的認(rèn)識、理解和掌握，要依靠對物理現(xiàn)象的感知。由于物理實(shí)驗(yàn)條件的限制，某些物理實(shí)驗(yàn)根本無法完成，學(xué)生不能獲得完整的感性材料，容易造成感知上的障礙，從而影響物理知識的學(xué)習(xí)，利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)在某種程度上可以彌補(bǔ)這些不足。

2．1拓展和超越物理時(shí)空

在現(xiàn)代物理的教學(xué)中，存在一些高難技術(shù)和有危險(xiǎn)性的物理實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)不適于或根本無法在課堂上演示。例如各種高能加速器、原子反應(yīng)堆、核裂變與聚變等，都可以通過計(jì)算機(jī)模擬的方式，完整、安全地呈現(xiàn)在屏幕上，從而起到拓展和超越物理時(shí)空的作用，使學(xué)生有如臨現(xiàn)場的感覺。

2．2“改變”物體形體大小

例如行星是搬不到實(shí)驗(yàn)室的，學(xué)生也無法用肉眼觀察微觀粒子的運(yùn)動(dòng)。但是，我們可以利用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)模擬出太陽系行星的運(yùn)動(dòng)情況，從而比較生動(dòng)的講述萬有引力定律。同樣，我們可以利用多媒體技術(shù)模擬出分子原子的運(yùn)動(dòng)，探索分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律。由此可見，計(jì)算機(jī)輔助物理教學(xué)可以“改變”物體形體的大小，模擬天體以及分子運(yùn)動(dòng)，豐富教學(xué)內(nèi)容，增加學(xué)生的感觀認(rèn)識，提高教學(xué)效果。

2．3調(diào)節(jié)物理過程的進(jìn)程速度

在許多物理變化過程中，比如拋體運(yùn)動(dòng)或剛體碰撞運(yùn)動(dòng)，它們是瞬間變化的，其進(jìn)程速度很快，學(xué)生往往看不清運(yùn)動(dòng)的詳細(xì)情況，實(shí)物演示效果很差。而采用錄像快拍、計(jì)算機(jī)控制慢放手段或計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，學(xué)生就可以通過屏幕清晰地看出每一時(shí)間段的運(yùn)動(dòng)情況和整個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡的變化，增強(qiáng)了學(xué)生對這些物理過程的正確認(rèn)識和理解，降低了教學(xué)難度。

2．4使抽象的問題形象化

在物理教學(xué)過程中，教師很難用語言描述那些人眼觀察不到的物理現(xiàn)象，如電流、電磁場的傳播、電磁感應(yīng)等物理現(xiàn)象。若借助計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，我們就可以將這些“無形”的動(dòng)態(tài)物理現(xiàn)象變?yōu)椤坝行维F(xiàn)象”呈現(xiàn)出來，使大家“看到”它們的變化規(guī)律。

由此可見，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)進(jìn)入物理教學(xué)，不僅能再現(xiàn)或模擬各類物理現(xiàn)象，而且還能通過各種手段使復(fù)雜的問題簡單化，將漫長或瞬間的物理演變過程成為可控、有序的演化過程，能把物理內(nèi)容形象、生動(dòng)的展示在學(xué)生面前，使學(xué)生在課堂上完整、清晰、形象地感知物理現(xiàn)象，給學(xué)生提供思維過程中必須的感性材料，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生由知識的接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R的主動(dòng)發(fā)現(xiàn)者、探索者，從而降低了教學(xué)難度，提高了學(xué)習(xí)效率。

3正確處理計(jì)算機(jī)輔助物理教學(xué)中的幾個(gè)問題

將計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段應(yīng)用于物理教學(xué)中，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)，形成了人機(jī)人的教育模式，能促進(jìn)學(xué)生知識和能力的發(fā)展，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為教育的發(fā)展提供了新思路。在物理教學(xué)過程中，科學(xué)使用計(jì)算機(jī)輔助手段，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，克服其不足，是擺在每位物理教師面前的一項(xiàng)重要課題。

3．1傳統(tǒng)教學(xué)與計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)相結(jié)合，更有利于對物理知識的學(xué)習(xí)

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)對于優(yōu)化教學(xué)過程，強(qiáng)化教學(xué)效果有積極的作用，但是還有消極的一面，比如，它注重模擬實(shí)驗(yàn)的完美，輕視了演示實(shí)驗(yàn)的作用；若濫用課件教學(xué)，將喧賓奪主，淡化教師的主導(dǎo)作用等不良現(xiàn)象，從而影響教學(xué)效果。為了提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問題的能力，我們必須實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)與計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。

3．1．1不要濫用教學(xué)課件

不論使用何種媒體，都必須有明確的教學(xué)目的，結(jié)合教學(xué)周密安排。一節(jié)課的時(shí)間是有限的，采用教學(xué)媒體并非越多越好，教學(xué)任務(wù)是中心，使用媒體是輔助教學(xué)，要防止“喧賓奪主”，課堂上過多追求表面的“奢華”和“大容量”，容易分散學(xué)生的注意力，影響課堂教學(xué)效果。

3．1．2不能改變教師在課堂上的主導(dǎo)作用

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)只是優(yōu)化課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)的一個(gè)有效的工具，它的引入為物理課堂教學(xué)的改革注入了新的活力，為學(xué)生創(chuàng)造了一個(gè)輕松、交互、動(dòng)態(tài)、開放的學(xué)習(xí)環(huán)境，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性是有效的。但是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)不是代替教師的主導(dǎo)作用，更不是代替教師。教師在實(shí)際教學(xué)中，是否使用和如何使用多媒體，關(guān)鍵要看是否有利于突出教學(xué)重點(diǎn)、突破教學(xué)難點(diǎn)，課件的使用只能在突破難點(diǎn)，強(qiáng)化重點(diǎn)的一個(gè)環(huán)節(jié)或幾個(gè)環(huán)節(jié)中起輔助作用。教師必須學(xué)會(huì)適應(yīng)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)的教學(xué)模式，處理好兩者之間的關(guān)系，與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合才能提高教學(xué)效果。

3．1．3在物理教學(xué)中多媒體與黑板的結(jié)合，可以起到事半功倍的教學(xué)效果

在課堂上，黑板的板書能保留一節(jié)課，對學(xué)生有示范作用，在多媒體教學(xué)中欠缺的知識，教師可以利用黑板彌其不足，從而達(dá)到師生的互動(dòng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識問題、解決問題的能力。

3．1．4在計(jì)算機(jī)輔助物理教學(xué)中要重視師生之間的情感交流

教學(xué)過程是人與人的情感交流過程，主要體現(xiàn)在師生共同討論的合作性和學(xué)生思維的自主性，這個(gè)過程不只是傳授知識，還有方法的啟示和能力的培養(yǎng)，師生感情的交融等作用，這是不能用任何現(xiàn)代教學(xué)手段所代替的。

在計(jì)算機(jī)輔助多媒體教學(xué)中，要關(guān)注師生的情感交流，否則，就會(huì)影響教學(xué)效果。對于傳統(tǒng)的物理教學(xué)，教師講課學(xué)生聽，教師演示學(xué)生看，學(xué)生做題教師巡視，師生注意對象一致，情感交流頻繁；而運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)時(shí)，教師的操作點(diǎn)在鍵盤，學(xué)生的注目點(diǎn)在屏幕，這種注意對象的不同，容易阻斷師生情感的交流。因此，只有實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)模式的有機(jī)結(jié)合，才能達(dá)到良好的教學(xué)效果。

3．2保證計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中的形象效果與科學(xué)性相統(tǒng)一

計(jì)算機(jī)模擬是物理現(xiàn)象的提煉和再現(xiàn)，設(shè)計(jì)多媒體輔助教學(xué)課件首先要遵循科學(xué)性原則，即保證物理過程與現(xiàn)象的正確性。模擬物理現(xiàn)象不能片面追求表面的形象效果，一定要注意與科學(xué)性相統(tǒng)一，否則將會(huì)誤導(dǎo)學(xué)生，從而形成錯(cuò)誤的概念和認(rèn)識，這是我們在構(gòu)建和使用CAI物理課件時(shí)特別應(yīng)該注意的一個(gè)問題。

例如，在講“電流”時(shí)，為了說明正電荷移動(dòng)的方向是電流的方向，便設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)程序：讓正電荷緩緩的沿電路移動(dòng)。這是違反客觀規(guī)律的，事實(shí)上電流的形成是自由電子在電路中定向移動(dòng)，正電荷是不移動(dòng)的。另外，電鍵閉合后，由于電場的傳播速度很大，整個(gè)電路中的自由電子幾乎是同時(shí)移動(dòng)并產(chǎn)生電流的，但自由電子的移動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速，類似這樣的課件一定要避免給學(xué)生造成誤導(dǎo)，傳輸一些錯(cuò)誤的知識。

3．3絕對不能用模擬實(shí)驗(yàn)完全替代實(shí)物實(shí)驗(yàn)

用計(jì)算機(jī)模擬一些實(shí)物難以操作的實(shí)驗(yàn)，的確能收到意想不到的效果。然而，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的基礎(chǔ)，它既是學(xué)生對物理知識的認(rèn)知起點(diǎn)，又是物理知識由抽象到具體再到抽象這一升華過程的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要培養(yǎng)途徑。因此在物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，凡是通過努力能讓學(xué)生動(dòng)手做的，必須讓學(xué)生親手做，這樣，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、?dòng)手能力、解決問題的能力才能夠得到提高。

例如，“歐姆定律”揭示的是導(dǎo)體兩端電壓與電流之間的關(guān)系規(guī)律，有這樣一個(gè)課件：用計(jì)算機(jī)在屏幕上投出實(shí)物圖，通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)頭得到相應(yīng)的阻值，計(jì)算出相應(yīng)的電壓、電流值，并在圖中的電壓表和電流表上顯示出來，利用這樣的課件來進(jìn)行演示講解，顯得方便、簡捷、正確，而且外觀精致，但同時(shí)也失去了物理實(shí)驗(yàn)的全部特點(diǎn)和演示、驗(yàn)證的功能，充其量只是一個(gè)魔術(shù)或游戲。這樣的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段，不僅不能提高學(xué)生的實(shí)踐操作技能，還會(huì)使學(xué)生對所學(xué)知識的科學(xué)性產(chǎn)生懷疑。

4適量、適當(dāng)、適時(shí)的使用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

4.1計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)必將成為學(xué)校教學(xué)的主要方法

利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，改變了我們傳統(tǒng)的物理教育思想與教學(xué)模式，必將成為21世紀(jì)學(xué)校物理教育教學(xué)的主要方法。因此，在當(dāng)前我國積極推進(jìn)教育現(xiàn)代化、信息化的大背景下，倡導(dǎo)和探索計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，將復(fù)雜抽象的物理概念變得形象生動(dòng)，提高同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣；對于提高課堂效率，發(fā)展學(xué)生的信息素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

4．2運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)要講究科學(xué)性，注意適量、適當(dāng)、適時(shí)，注重實(shí)效

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)確實(shí)給物理課堂帶來了生機(jī)和活力，但不是決定性因素。運(yùn)用得好，既可以大大提高教學(xué)質(zhì)量，又能提高學(xué)習(xí)效率；運(yùn)用得不好，非但不能提高教學(xué)質(zhì)量，反而會(huì)攪亂了正常的教學(xué)秩序，分散學(xué)生的注意力。

在物理教學(xué)過程中，要正確處理計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)模式的關(guān)系，正確處理計(jì)算機(jī)軟件的形象效果和科學(xué)性的關(guān)系，正確處理計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)物實(shí)驗(yàn)的關(guān)系。要講究科學(xué)性，注意適量、適當(dāng)、適時(shí)，注重實(shí)效。在設(shè)計(jì)教學(xué)過程中，教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)選擇教學(xué)媒體和素材。教學(xué)媒體的選擇應(yīng)該與教學(xué)內(nèi)容相統(tǒng)一，與教學(xué)方法相協(xié)調(diào)，與認(rèn)知結(jié)構(gòu)相兼容，做到教學(xué)手段服務(wù)于教學(xué)目標(biāo)，真正體現(xiàn)其重要價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

［1］王柏廬.走進(jìn)中學(xué)IT教學(xué).北京.高等教育出版社.2003.9

(欄目編輯王柏廬)