CAI 在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

藍(lán) ,高繼偉

(長春師范學(xué)院物理學(xué)院,吉林長春 130032)

CAI(Computer-Assisted Instruction)是指用計(jì)算機(jī)幫助或代替教師執(zhí)行部分教學(xué)任務(wù),傳遞教學(xué)信息,向?qū)W生傳授知識和訓(xùn)練技能,直接為學(xué)生服務(wù)。

1 CAI的產(chǎn)生和發(fā)展

計(jì)算機(jī)技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用是上個(gè)世紀(jì)后半期教育發(fā)展的重大成就之一,也是當(dāng)今教育現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志。因此,計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) (CAI)也應(yīng)運(yùn)而生。上個(gè)世紀(jì)60年代末和70年代初,美國許多著名大學(xué)和計(jì)算機(jī)公司相繼開展了計(jì)算機(jī)輔助教育的研究和開發(fā)工作,同時(shí)一些發(fā)達(dá)國家,如加拿大、英國、日本、德國、法國等也開始了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)領(lǐng)域的研究。我國計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)工作開展得較晚,但發(fā)展迅速,成績令人矚目。80年代初期,北京師范大學(xué)和上海師范大學(xué)等牽頭成立了全國計(jì)算機(jī)輔助教育學(xué)會。80年代后期,許多高等院校開設(shè)了相關(guān)課程并成立了CAI研究所、CAI中心實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)在,全國各級教育部門,軟件公司都在積極從事CAI軟件的開發(fā),新的軟件不斷涌現(xiàn),質(zhì)量不斷提高。

在高校,工作在第一線的教師開始廣泛使用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。并開發(fā)了適合教學(xué)實(shí)際和學(xué)生實(shí)際的軟件。隨著CAI技術(shù)在廣大教師中的普及,CAI手段已成為傳統(tǒng)教學(xué)方式的重要補(bǔ)充,在提高學(xué)生素質(zhì)和教學(xué)質(zhì)量方面起到越來越重要的作用。

2 CAI在物理教學(xué)中的作用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展及計(jì)算機(jī)的大量普及,很多中學(xué)已經(jīng)配備了微機(jī)室、專用多媒體教室,建立電教中心,為計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) (CAI)打下了硬件基礎(chǔ)。事實(shí)上,在教學(xué)中善于使用現(xiàn)代化多媒體教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué),有利于增強(qiáng)教學(xué)的直觀性、生動(dòng)性和時(shí)代性,增加教學(xué)容量;有利于學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)性、系統(tǒng)性;有利于增加師生交流機(jī)會,使教學(xué)氛圍更加生動(dòng)活潑,更好地因材施教,提高課堂教學(xué)的效率和質(zhì)量。實(shí)踐證明,教學(xué)媒體的現(xiàn)代化是實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育的技術(shù)基礎(chǔ)和重要環(huán)節(jié)[1-2]。

總體說,計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)會使學(xué)生增強(qiáng)獨(dú)創(chuàng)性及學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,更有利于培養(yǎng)他們的創(chuàng)造能力。具體來說,在物理教學(xué)中,計(jì)算機(jī)能方便而全面地展示各種物理情景,有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和科學(xué)素質(zhì),尤其是在培養(yǎng)其抽象能力、空間能力、觀察歸納能力方面。有效地利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué),往往能達(dá)到事半功倍的效果[3];在某些側(cè)面上,計(jì)算機(jī)能超越教師的能力。

第一,CAI教學(xué)能將難點(diǎn)簡單化,提高教學(xué)質(zhì)量。不少物理教師常采用CAI教學(xué)手段進(jìn)行物理教學(xué),把難以用傳統(tǒng)教學(xué)表達(dá)的重點(diǎn)、難點(diǎn)利用CAI教學(xué)手段,或制作相應(yīng)的動(dòng)畫、或模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、或人為控制模擬實(shí)驗(yàn)過程,讓抽象、現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備難以完成的物理現(xiàn)象呈現(xiàn)在學(xué)生面前,使學(xué)生如見其人、如聞其聲、如臨其境,從而將難點(diǎn)簡單化。

第二,CAI可以進(jìn)行必要的重復(fù),要想掌握好知識就必然要經(jīng)過重復(fù)實(shí)踐和練習(xí)。例如在研究歐姆定律時(shí),可以通過多媒體給學(xué)生演示電流與電壓的關(guān)系,通過改變電壓 (或者電流)讓同學(xué)們觀察,總結(jié)規(guī)律,使學(xué)生認(rèn)識到導(dǎo)體本身、流過導(dǎo)體的電流、導(dǎo)體兩端電壓之間存在著制約關(guān)系,可以讓學(xué)生加深對這個(gè)關(guān)系的認(rèn)識。

圖1 平拋運(yùn)動(dòng)的頻閃圖

圖2 鈾核的裂變

第三,CAI可以避免乏味、單調(diào)。多媒體聲像并茂的效果有助于避免乏味、單調(diào),調(diào)動(dòng)起學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。把軟件設(shè)計(jì)成游戲型的,使學(xué)生把注意力集中于找出隱蔽信息,出于得高分的欲望,必須進(jìn)行快速反應(yīng),在不知不覺之中學(xué)習(xí)了知識。CAI為教學(xué)創(chuàng)設(shè)了生動(dòng)有趣的教學(xué)情境,化無聲為有聲,化靜為動(dòng),激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。計(jì)算機(jī)多媒體教學(xué)能夠使靜止的物體可以按指定的軌跡運(yùn)動(dòng),靜態(tài)的圖可以像動(dòng)畫一樣移動(dòng),可以像流水般呈現(xiàn)一幅幅變幻的圖像。例如,在講解作用力與反作用力時(shí),為了讓學(xué)生積極投入到課堂中來,在開課時(shí),可以用計(jì)算機(jī)播放一段精彩的足球錄像,使學(xué)生的注意力立即被吸引,視聽神經(jīng)迅速興奮起來,此時(shí),便把教學(xué)引到了心理層面。使學(xué)生真切體會物體間力的作用是相互的,由此引出作用力與反作用力的概念。

第四,CAI可以幫助學(xué)生更細(xì)致、深入地了解物理情景。在物理教學(xué)中,有很多物理現(xiàn)象出現(xiàn)的時(shí)間極短,當(dāng)學(xué)生還沒來得及看清時(shí),該過程就已經(jīng)結(jié)束,學(xué)生就理解不了其中的本質(zhì),給教學(xué)帶來困難。如對平拋運(yùn)動(dòng),我們就可以使用數(shù)碼相機(jī)把其運(yùn)動(dòng)全過程拍下來,然后進(jìn)行制作,利用計(jì)算機(jī)可反復(fù)操作,使學(xué)生認(rèn)識其過程,同時(shí)還可以利用它的某一時(shí)刻的靜止畫面來解釋它下落時(shí)的特點(diǎn) (圖1)。教學(xué)中的難點(diǎn)就容易突破,省時(shí)方便。

第五,應(yīng)用CAI能夠?qū)崿F(xiàn)從微觀向宏觀轉(zhuǎn)移。由于條件限制,物理教學(xué)中有些實(shí)驗(yàn)在課堂教學(xué)中無法演示,學(xué)生只能從理論上了解。像原子物理這部分內(nèi)容,學(xué)生理解不深刻、記不勞。教師可以應(yīng)用多媒體的三維動(dòng)畫進(jìn)行動(dòng)態(tài)的模擬演示。例如,把中子、鈾核等用不同顏色區(qū)別,讓中子撞擊鈾核,伴隨著一聲巨響,看到裂變過程 (圖2)。當(dāng)學(xué)生受此震撼時(shí),其內(nèi)容自然記憶深刻。

第六,應(yīng)用CAI便于師生間雙向交流。傳統(tǒng)的物理教學(xué)過程中,主要是教師講學(xué)生聽,不便于學(xué)生個(gè)性的培養(yǎng)。應(yīng)用CAI能夠真正改變學(xué)生和教師的位置,使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體。當(dāng)學(xué)生有問題時(shí),可以及時(shí)提出或利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與同學(xué)討論,從而多渠道尋找解決問題的辦法。當(dāng)學(xué)生對某個(gè)物理現(xiàn)象有自己的觀點(diǎn)時(shí),也可以提供給大家進(jìn)行研討和交流,教師提供解答,這種雙向交流使學(xué)生的思維更加活躍,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識,實(shí)現(xiàn)學(xué)生主體、教師主導(dǎo)的現(xiàn)代教學(xué)思想。

第七,CAI與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。物理學(xué)科是一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的自然科學(xué)。因此,物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要組成部分,計(jì)算機(jī)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以發(fā)揮應(yīng)有的作用,無論是在課堂演示實(shí)驗(yàn)中還是在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中,以及在課外活動(dòng)等各種涉及物理實(shí)驗(yàn)的活動(dòng)中,計(jì)算機(jī)都能扮演重要的角色。計(jì)算機(jī)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的用途主要有三個(gè)方面,即測量、數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)控制。有很多物理演示實(shí)驗(yàn)都要當(dāng)堂測量數(shù)據(jù)、當(dāng)堂計(jì)算、當(dāng)堂得出結(jié)論,例如在教學(xué)中牛頓第二定律就是通過課堂演示實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的。傳統(tǒng)的做法耽誤很多時(shí)間,如果利用微機(jī)測量并處理數(shù)據(jù),則立即可以得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。一旦有錯(cuò)誤,可以當(dāng)場補(bǔ)測某些數(shù)據(jù),并立即重新計(jì)算,有利于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

綜上所述,CAI教學(xué)具有形象性、多樣性、新穎性、趣味性、直觀性、豐富性等特點(diǎn),在提高課堂教學(xué)質(zhì)量上具有極大的潛能,是一個(gè)對教學(xué)具有極大影響力的課題。CAI教學(xué)對于深化課堂教學(xué)改革,大面積提高教學(xué)質(zhì)量,全面提高學(xué)生素質(zhì)具有相當(dāng)重要的作用。

3 CAI在高中物理教學(xué)中遇到的困難及存在的誤區(qū)

3.1 制作時(shí)遇到的困難

從CAI軟件制作的角度看,物理學(xué)科對CAI軟件的要求比文科各科和其他理科學(xué)科更為復(fù)雜,因而,軟件的實(shí)現(xiàn)也比較困難,具體表現(xiàn)在:

(1)物理學(xué)中有大量的數(shù)學(xué)公式,制作CAI軟件時(shí)比較難于表現(xiàn)。

(2)物理學(xué)中機(jī)械運(yùn)動(dòng)、熱、電磁、光、原子核的運(yùn)動(dòng)十分復(fù)雜,有時(shí)會造成CAI軟件制作困難。

(3)運(yùn)用動(dòng)畫描述物理運(yùn)動(dòng)比其他學(xué)科難度大。例如,在“自由落體”運(yùn)動(dòng)中,就應(yīng)當(dāng)使位移符合規(guī)律。在計(jì)算機(jī)中位移h是用象素來表示的,而時(shí)間t以幀為單位,因此,在制作軟件時(shí)必須合理選擇象素與米、幀與秒的對應(yīng)關(guān)系,不然,制作出的軟件就會違背物理規(guī)律導(dǎo)致科學(xué)性錯(cuò)誤。相當(dāng)多的物理情景并不是僅僅在屏幕上展現(xiàn)一個(gè)圖像,而是隱含著一個(gè)參數(shù)——時(shí)間t,這是物理學(xué)科區(qū)別于其他學(xué)科的一個(gè)主要特點(diǎn)。

(4)在題庫、練習(xí)、指導(dǎo)這類課件中,由于學(xué)生無法輸入數(shù)學(xué)式子、希臘字母等,只好大量使用選擇題、判斷題的題型,就連填空題也難以利用。物理中有很多須考核學(xué)生作圖能力的知識點(diǎn),如受力圖、電路圖、光路圖、函數(shù)圖像等等,由于學(xué)生無法在屏幕上作圖,即使能作圖,計(jì)算機(jī)也無法判斷所作圖的正誤,所以很少有這類題目出現(xiàn),若改為選擇題的形式,則根本達(dá)不到培養(yǎng)作圖能力的目的。

矛盾是普遍存在的。任何事物都有其兩面性,尤其是新生事物,它所存在的弊病或許更多一些。作為尚在發(fā)展中的CAI技術(shù),肯定還存在著許多這樣那樣的問題。我們既不能因噎廢食,也不能無視這些問題的存在。只要我們認(rèn)清了,改進(jìn)了,CAI才能在實(shí)踐中逐步地完善起來。

3.2 應(yīng)用時(shí)存在的誤區(qū)

信息時(shí)代,如何適應(yīng)新形勢下的教學(xué),既完成教學(xué)任務(wù),提高教學(xué)質(zhì)量,又較好地幫助學(xué)生從沉重的負(fù)擔(dān)中解放出來,是擺在每一位教師面前的重要課題。利用CAI手段是解決這一問題的一條快捷而有效的途徑。CAI具有信息傳遞的快捷性,知識更新的便利性,內(nèi)容和形式的新穎、生動(dòng)性等特點(diǎn),以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為核心,突破傳統(tǒng)課堂教學(xué)的局限性,把先進(jìn)的教育思想、視聽技術(shù)、計(jì)算機(jī)多媒體、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合于教學(xué)中,為教育教學(xué)改革插上了騰飛的翅膀。使用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué),無疑給課堂教學(xué)帶來了無限生機(jī)。但是在實(shí)踐中,許多教師在觀念上和具體運(yùn)用過程中仍存在一些誤區(qū),有必要予以澄清。

(1)教學(xué)過程是學(xué)生的認(rèn)知過程,只有學(xué)生積極地參與教學(xué)過程,教學(xué)才能取得良好的效果。CAI教學(xué)具有趣味性、娛樂性和科學(xué)性、聲文圖像并茂等特點(diǎn),如果運(yùn)用合理,教學(xué)效果是常規(guī)教學(xué)手段無法比擬的。通過CAI教學(xué)可使教材中抽象的、不可見的概念、定理變得直觀并且具體,如聲波的產(chǎn)生以及傳播;使常規(guī)教學(xué)中不易或不能實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)象得以實(shí)現(xiàn),如鈾核的裂變等等。這些都可以引起學(xué)生的極大興趣,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,擴(kuò)展學(xué)生的知識面。然而若不能恰當(dāng)使用CAI教學(xué),一味追求和頻繁使用,忽視教學(xué)過程中學(xué)生的主體地位,片面地認(rèn)為CAI可完全替代教師的主導(dǎo)作用,這種想法是完全錯(cuò)誤的。多媒體課堂輔助教學(xué)只能為實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的目的而服務(wù),不能刻意追求過多、過濫的動(dòng)畫演示。

(2)認(rèn)為一個(gè)多媒體教學(xué)課件必須有許多演示,若課件中沒有動(dòng)畫的演示,則此課件的檔次就不高,這是一種錯(cuò)誤的認(rèn)識。因?yàn)槎嗝襟w課件只是為課堂教學(xué)服務(wù)的,應(yīng)以完成課堂教學(xué)的任務(wù)為第一要素,如刻意追求動(dòng)畫的演示未免有些舍本逐末,況且動(dòng)畫不能替代真實(shí)的模型。CAI教學(xué)只是一種優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)、豐富教學(xué)的手段,不可在教學(xué)過程中過多過濫使用。

(3)為了發(fā)揮CAI教學(xué)信息量大的優(yōu)勢,在制作課件時(shí)只顧容量的增大、信息的延伸,而忽視了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和接受能力這是一種錯(cuò)誤的做法。因?yàn)槠渌溄拥牟牧媳M管很多,但對教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和對學(xué)生理解課中內(nèi)容卻沒有幫助,許多信息游離在教學(xué)目標(biāo)之外,成為脫離實(shí)際的無用信息,既分散了學(xué)生的注意力,又浪費(fèi)了學(xué)生寶貴的課堂學(xué)習(xí)時(shí)間。所以說課件信息量并非越多越好,課堂教學(xué)是受時(shí)間限制的,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),教師應(yīng)該讓學(xué)生接受最有價(jià)值的信息。教師要認(rèn)真研究教材和學(xué)生認(rèn)真研究搜集到的素材,精心設(shè)計(jì),使計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)真正成為促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的工具。

總之,對教師而言,多媒體輔助課堂教學(xué)是對傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的一種補(bǔ)充和發(fā)展。對學(xué)生而言,課堂教學(xué)中適當(dāng)運(yùn)用CAI教學(xué)手段,形成多角度、多層次的信息剌激,能夠強(qiáng)化學(xué)生對知識的記憶和理解,縮短學(xué)生對知識的掌握時(shí)間。運(yùn)用多媒體課堂教學(xué)是課堂教學(xué)發(fā)展的必然趨勢,在實(shí)施過程中必然會遇到許多問題,但“辦法總比問題多”,重要的在于教師自己對教材和教法的深刻思索,在于教師對課堂的把握程度以及教師對目標(biāo)的設(shè)定和取舍,從而盡力避免在使用CAI教學(xué)過程中出現(xiàn)誤區(qū)[4-5]。

4 結(jié)束語

采用傳統(tǒng)的教學(xué)手段,不一定就是因循守舊,而用CAI也并不完全等于現(xiàn)代化的教學(xué)?，F(xiàn)代化的教學(xué),關(guān)鍵是教學(xué)理念和教育思想的現(xiàn)代化,而不僅僅是教學(xué)手段的現(xiàn)代化。如果教學(xué)理念不能跟上時(shí)代的步伐,即使使用了先進(jìn)的多媒體信息技術(shù),課堂教學(xué)也仍然會成為填鴨式的傳統(tǒng)教學(xué)模式。

在使用CAI的同時(shí)我們要積極轉(zhuǎn)變教育理念,并及時(shí)將先進(jìn)的理念切實(shí)貫徹到課堂教學(xué)的組織和實(shí)施的過程中,使教學(xué)行為方式與時(shí)代發(fā)展趨勢同步,與世界教育發(fā)展趨勢同行,并最終引導(dǎo)學(xué)生用自己的眼睛去觀察,用自己的頭腦去思考,用自己的心靈去體驗(yàn),學(xué)會生存,學(xué)會關(guān)心,學(xué)會學(xué)習(xí),學(xué)會創(chuàng)新,學(xué)會合作,學(xué)會負(fù)責(zé),成為有個(gè)性的和諧發(fā)展的現(xiàn)代人。

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