計(jì)算機(jī)在物理教學(xué)中的應(yīng)用

馮長(zhǎng)平

摘要：本文著重討論計(jì)算機(jī)在物理教學(xué)中的應(yīng)用及其注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；物理教學(xué)；課件

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2017）07-0099

計(jì)算機(jī)是20世紀(jì)世界上最偉大的發(fā)明，它在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，使21世紀(jì)的人類社會(huì)成為信息化社會(huì)。信息化的社會(huì)對(duì)教育信息化的發(fā)展、對(duì)信息化人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。為了適應(yīng)社會(huì)對(duì)人才的需求，計(jì)算機(jī)將被廣泛地運(yùn)用于學(xué)校教育教學(xué)中，它在學(xué)校教育教學(xué)中的應(yīng)用將推動(dòng)整個(gè)教育教學(xué)的變革，引發(fā)教育觀念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)手段等一系列的變化。作為21世紀(jì)的物理教師，應(yīng)該發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢(shì)，積極投身于把計(jì)算機(jī)運(yùn)用于物理教學(xué)這一活動(dòng)中，把抽象的、豐富多彩的、難學(xué)的物理學(xué)變成學(xué)生容易接受的、樂(lè)意學(xué)習(xí)的一門(mén)自然科學(xué)，為我國(guó)的科教興國(guó)戰(zhàn)略貢獻(xiàn)自己的力量。下面，筆者就計(jì)算機(jī)在物理課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)等方面的應(yīng)用談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

一、物理課堂教學(xué)

21世紀(jì)要求人們具備更多的科學(xué)文化知識(shí)。以前的課堂教育模式已經(jīng)不能滿足時(shí)代的需要。利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)可以增大課堂教學(xué)的信息量，滿足知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代對(duì)教育的需求。什么是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)呢？計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（Computer Assisted Instruction）簡(jiǎn)稱CAI，就是以數(shù)字方式表現(xiàn)學(xué)科教學(xué)內(nèi)容和過(guò)程的圖、文、聲、像、動(dòng)畫(huà)以及活動(dòng)影像等信息，這些信息用來(lái)幫助或代替教師執(zhí)行部分教學(xué)任務(wù)，為學(xué)生傳授知識(shí)，提供訓(xùn)練技能、檢索或解答疑難問(wèn)題以及進(jìn)行水平測(cè)試等。計(jì)算機(jī)是輔助教師完成各項(xiàng)教學(xué)任務(wù)，幫助學(xué)生完成認(rèn)知過(guò)程，支持學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的認(rèn)知工具，它的理論基礎(chǔ)就是認(rèn)知構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為學(xué)習(xí)者提供了理想的構(gòu)建主義學(xué)習(xí)環(huán)境。

從教學(xué)軟件方面來(lái)看，用于執(zhí)行教學(xué)任務(wù)的計(jì)算機(jī)程序，我們稱其為課程軟件，簡(jiǎn)稱課件。它是實(shí)現(xiàn)和支持特定課程的計(jì)算機(jī)教學(xué)軟件和配套學(xué)習(xí)過(guò)程的軟件。而把用于物理課堂教學(xué)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件稱為物理課件，它是一種全新的教具。物理教師可以利用Flash、PowerPoint、Authorware、幾何畫(huà)板等多媒體集成軟件，并根據(jù)自己的創(chuàng)意，將文本、圖片、聲音、動(dòng)畫(huà)、影像等素材集成，創(chuàng)作出聲畫(huà)并茂、情景交融的物理課件。這樣可以使學(xué)生在愉快的環(huán)境中學(xué)習(xí)物理概念、掌握規(guī)律。物理課件的使用與制作是21世紀(jì)物理教師必備的素質(zhì)。

從教學(xué)效果來(lái)看，把物理教學(xué)內(nèi)容以豐富、生動(dòng)的多媒體形式來(lái)表達(dá)，改變了課堂教學(xué)形式單一、直觀性差的缺憾。恰當(dāng)運(yùn)用計(jì)算機(jī)這種現(xiàn)代化的教學(xué)媒體，可以使教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)活潑，教學(xué)過(guò)程弛張有序，增大信息量，提高信息質(zhì)量，提高教學(xué)效果。

從社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，現(xiàn)行的課堂教育模式將被網(wǎng)絡(luò)教育模式所代替，當(dāng)學(xué)校實(shí)行網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)時(shí)，將對(duì)物理教師提出新的要求。

二、模擬物理實(shí)驗(yàn)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模擬物理實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)運(yùn)用于物理教學(xué)的重要內(nèi)容，我們可從以下幾個(gè)方面利用計(jì)算機(jī)模擬物理實(shí)驗(yàn)：

1. 形象逼真化方面

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以對(duì)一些不可為實(shí)驗(yàn)（如原子彈爆炸、核裂變、天體運(yùn)動(dòng)等），危害性實(shí)驗(yàn)（如放射性衰變），過(guò)程性實(shí)驗(yàn)（如電容器充、放電時(shí)極板上電量的變化），原理性實(shí)驗(yàn)（如示波器內(nèi)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡），無(wú)法看到或看清的現(xiàn)象（如通電導(dǎo)線中的電流、原子結(jié)構(gòu)、布朗運(yùn)動(dòng)）等具有獨(dú)特的演示效果。模擬實(shí)驗(yàn)可以使抽象的物理概念形象化，使學(xué)生有一種身臨其境的感覺(jué)，使學(xué)生頭腦中建立起形象的物理情景，加深對(duì)抽象物理概念的理解和記憶。

如講解開(kāi)普勒定律時(shí)，計(jì)算機(jī)能為學(xué)生描繪一幅天體運(yùn)動(dòng)的圖象。行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其軌道為橢圓。

2. 可控方面

計(jì)算機(jī)可以把一個(gè)自然界中無(wú)法變動(dòng)的過(guò)程根據(jù)教學(xué)需要進(jìn)行加快或減慢，這將有助于學(xué)生形成對(duì)物理現(xiàn)象和規(guī)律的正確認(rèn)識(shí)。如：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、電容器的充放電現(xiàn)象等。

3. 可重復(fù)和分解方面

有些實(shí)驗(yàn)，我們只能看到最后結(jié)果，而形成結(jié)果的原理卻很難反映出來(lái)，給學(xué)生的理解帶來(lái)了一定的困難，如電子束的運(yùn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)可以顯示實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。即教師在課堂上可以根據(jù)教學(xué)的需要對(duì)計(jì)算機(jī)模擬的物理現(xiàn)象或物理過(guò)程進(jìn)行任意播放、隨意分解，直到使教學(xué)效果完美為止。

4. 理想化方面

近似方法是物理研究中很重要的方法，因此，物理學(xué)家在研究物理問(wèn)題時(shí)提出許多理想化的物理模型。如：光滑、空氣阻力不計(jì)、質(zhì)點(diǎn)、勻速直線運(yùn)動(dòng)等。在教學(xué)中，教師無(wú)法找到與模型完全相符的例子。而物理課件可以完全滿足理想化的要求。

三、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

物理的演示實(shí)驗(yàn)一般要求當(dāng)堂測(cè)量數(shù)據(jù)、當(dāng)堂處理數(shù)據(jù)得出結(jié)論。傳統(tǒng)的手工數(shù)據(jù)處理方法要耽誤許多課堂時(shí)間，不利于提高教學(xué)質(zhì)量。如果利用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，則立即可以得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

對(duì)于學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)，利用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)可以即時(shí)得出結(jié)論。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，學(xué)生可以當(dāng)場(chǎng)補(bǔ)測(cè)某些數(shù)據(jù)。同時(shí)可以使教師當(dāng)場(chǎng)評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這樣減少了教師批閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)間，使教師能夠集中精力搞好別的教學(xué)工作。即計(jì)算機(jī)運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)將有利于提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

四、采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先必須采集數(shù)據(jù)。利用某種檢測(cè)技術(shù)將待測(cè)模擬量由傳感器和轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)收集到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行儲(chǔ)存、計(jì)算和處理的裝置我們稱其為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。以計(jì)算機(jī)為核心構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以在計(jì)算機(jī)的控制下自動(dòng)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這種方法可以完成一些常規(guī)儀器難以完成的實(shí)驗(yàn)，能提高實(shí)驗(yàn)測(cè)量的精度和效果，有利于學(xué)生在實(shí)踐操作活動(dòng)中掌握知識(shí)，有利于學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)和高素質(zhì)的形成。

五、學(xué)生學(xué)習(xí)指導(dǎo)

學(xué)生可以利用計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)軟件進(jìn)行自學(xué)，可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)程度選擇適當(dāng)?shù)牧?xí)題，可以與計(jì)算機(jī)對(duì)話。學(xué)生可以利用計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬物理現(xiàn)象或物理過(guò)程，從而幫助自己審題?？傊糜?jì)算機(jī)做物理習(xí)題既能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題的（上接第99頁(yè)）（習(xí)慣和能力，又能兼顧程度不同的學(xué)生，真正做到“因材施教”。endprint

六、注意事項(xiàng)

1. 在教學(xué)過(guò)程中，不能用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)代替真實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)。教學(xué)中應(yīng)以真實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)為主，模擬實(shí)驗(yàn)為輔。只有將真實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)與模擬實(shí)驗(yàn)恰當(dāng)結(jié)合起來(lái)運(yùn)用于教學(xué)中，才能收到良好的教學(xué)效果。

2. 教師運(yùn)用他人軟件時(shí)，應(yīng)根據(jù)課堂的需要進(jìn)行有效選擇，不能照搬照抄。

3. 對(duì)自己編寫(xiě)的教學(xué)輔助軟件應(yīng)注意內(nèi)容的科學(xué)化。即軟件模擬的物理現(xiàn)象或過(guò)程符合實(shí)際的物理現(xiàn)象或過(guò)程，絕對(duì)不能出現(xiàn)科學(xué)性方面的錯(cuò)誤。如：注意物理規(guī)律的條件和范圍等。

4. 應(yīng)注意到計(jì)算機(jī)輔助物理教學(xué)的缺點(diǎn)：一是容易造成教學(xué)內(nèi)容與方法的程式化。二是模擬實(shí)驗(yàn)本身的不真實(shí)，影響說(shuō)服力。

七、結(jié)論

在物理教學(xué)中，要使學(xué)生頭腦中建立清晰的物理圖像、形成正確的物理概念，直觀的物理圖景是非常重要的。因?yàn)橹庇^物理圖景的形象記憶，往往比語(yǔ)言符號(hào)的邏輯記憶更為重要。物理教學(xué)中的演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)以及各種參觀，是教師以前幫助學(xué)生在頭腦中建立清晰的物理圖景的主要方法。但對(duì)于理想化實(shí)驗(yàn)、微觀物理現(xiàn)象、不易做或效果不易觀察的實(shí)驗(yàn)等情況，教師只能采用講述的方法解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。現(xiàn)在，物理教師可以利用計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬、定格顯示、重復(fù)等手段，把物理圖像尤其是復(fù)雜的物理過(guò)程清晰、逼真、科學(xué)地模擬出來(lái)。這種動(dòng)、靜結(jié)合，隨時(shí)可以反復(fù)展示過(guò)程的模擬，可以有效地幫助學(xué)生克服在形成表象過(guò)程中所遇到的困難，豐富他們的思維素材。

總之，利用計(jì)算機(jī)輔助物理教學(xué)的優(yōu)勢(shì)是明顯的，它既可以為學(xué)生提供生動(dòng)、逼真的物理圖像、典型鮮活的物理現(xiàn)象，又能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和積極性，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生參與到教學(xué)活動(dòng)中。同時(shí)，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)還能增加課堂教學(xué)的信息密度，減輕師生在課堂上的勞動(dòng)強(qiáng)度，優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，提高教學(xué)效率。

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（作者單位：河南省安陽(yáng)縣二中 455112）endprint