计算机辅助物理教学的优势和局限性

山东教育 2000/ 8 50 教学手段现代化 J IAOXUESHOUDUANXIANDAIHUA 计算机辅助物理教学的 优 势 和 局 限 性 济南一中 田守民 济南烟酒厂子弟学校 田兰花 计算机辅助物理教学 (CA I) 是利 用计算机多媒体系统协助物理教师实 施教学 ,帮助学生分析物理现象和物 理过程 ,发现认识物理规律 ,完成物理 教学任务的一种先进的教学方式 。 21世纪将是计算机叱咤风云的时代 , 在教学实践中应用计算机教学是时代 发展的需要。计算机辅助物理教学存 在多方面的优势 ,但其自身的特点也 决定它不可避免地存在局限性。 一、计算机辅助物理教学的优势 11 可以加强教学的直观性 CA I 课件的直观 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现力 ,易于展 现物理过程 ,利于学生形成清晰的物 理图景。从认识论的角度来看 ,学生对 于事物的认识过程的起点是对事物的 感性认识。利用 CA I 直观教学可以更 好地帮助学生建立正确合理的物理表 象 ,有利于克服学生在归纳、综合等抽 象思维过程中形成的障碍 ,有利于学 生在头脑中形成概念 ,加深对规律的 认识。 利用 CA I 强大的计算和动画功能 能很好地弥补学生认知过程中存在的 不足 ,加深对复杂规律的认识。例如 : 在“交变电流”的课件中 ,矩形线框在 匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀 速转动 ,切割磁感线产生感应电动势。 如何认识这样一个典型的“变量模型” 呢 ?通过动画技术、色彩、闪烁和音响 等多种技巧的应用 ,不仅可以很好地 帮助学生完成从立体图像向剖面图的 转移 ,而且还可以很好地表现线框在 旋转过程中 ,速度矢量与磁感线之间 夹角的变化和感应电动势变化的过 程 ,以及两个量变化之间的对应关系 , 并在屏幕上 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 多个窗口 ,使各量的 变化与线框的转动呈动态的展示。通 过这样一个课件 ,学生头脑中就形成 了一个鲜明生动的形象 (表象) ,便于 学生在此基础上进行进一步的理性思 维。 另一个“变量模型”例子就是弹簧 振子的简谐运动。在此软件中通过动 画、色彩与闪烁技巧、多种功能键的使 用 ,很好地体现了振子运动的过程中 位移、回复力、加速度、速度四个矢量 的变化过程及相关性 ,屏幕设计的各 个窗口呈动态显示 ,让学生从动力学、 能量等不同的视角观察简谐运动各物 理量的变化过程 ,可得到很好的动态 直观效果。此类课件还有 :凸 (凹) 透镜 的成像规律 ,L C 电磁振动规律等。 在物理教学中 ,经常涉及到一类 看不见、摸不着的抽象的物理现象 ,但 由于设备和条件的限制在中学阶段无 法实验。利用计算机模拟的强大表现 力 ,可以将其展现在学生面前 ,便于学 生理解。例如 :α粒子散射实验 ,中学不 可能做 ,书上也只有一个示意图。利用 计算机模拟这一实验过程 ,可以帮助 学生理解实验过程和结论。学生在屏 幕上看到了一个放大的原子 ,看到许 多α粒子穿过原子 ,同时极少数α粒 子被弹回来 ,说明原子中大部分空间 是空的 ,原子核的体积很小 ,几乎全部 质量集中在原子核上。当然还可以用 计算机模拟无法实际观察到的物理过 程 ,如汽缸内混和油汽的爆炸等。 模拟物理运动过程中出现的临界 状态 ,可以给学生建立一幅清晰的物 理图景。例如 : 运动学中的物体追及 的最大距离和不相撞条件 , 这在教学 中教师需费大量口舌才能让高一新生 接受。而通过多媒体课件展现这一过 51 山东教育 2000/ 8 教学手段现代化 J IAOXUESHOUDUANXIANDAIHUA 程 ,然后让学生总结临界条件 ,对提高 学生分析解决问题的能力将大有裨 益。 计算机辅助物理教学可以把细微 的现象放大 ,可以把迅速的过程放慢 , 还可以把运动的、瞬间的画面静止下 来 ,有助于学生仔细观察 ,深刻理解物 理过程的细节。例如 ,在研究平抛运动 的实验中 ,课本上是依据同时开始做 平抛运动的物体和做自由落体运动的 物体总是一起落地这一实验现象 ,推 导出平抛运动在竖直方向的分运动是 自由落体运动这一结论的。平抛过程 时间短暂 ,稍纵即逝 ,语言讲解显得苍 白无力 ,学生难以在头脑中形成清晰 的物理图景。我们用 Aut horware 制作 了一个动画 ,在演示实验以后播放 ,就 可以很清楚、很实在地说明实验结论。 首先重现了实验现象 ,然后 ,过两个一 起下落的小球连一条水平直线 ,使直 线随小球一起下落 ,并放慢动画速度。 设置的功能键 ,可以随时使画面静止 下来 ,供学生观察分析。这类动画还 有 :机械波传播过程的微观分析 ;花粉 微粒的布朗运动机理 ;滑动摩擦力的 微观解释 ;物体与物体相互作用的微 小形变等。 “场”是物质存在的一种形态 ,极 为抽象。利用计算机的动画功能可以 模拟电场、磁场、重力场等 ,让客观存 在的但看不见摸不着的东西变得形象 逼真。例如 :在讲“楞次定律”这一课 时 ,采用动画模拟磁场的变化过程 ,并 利用闪烁功能将磁感线、磁铁与线圈 的相对运动及感应电流的形成显示得 栩栩如生 ,让学生对“阻碍”这一关键 词得到很好的理解。 21 可以提高学生学习物理的兴趣 学习兴趣是指学生对学习活动产 生的心理上的爱好和追求的倾向 ,是 影响学习效果的一个重要变量。在中 学物理教学中培养学生学习兴趣是教 学大纲所要求的目的之一。多媒体CA I 技术是集多种媒体于一身的计算机技 术 ,它不仅具有计算机的贮存容量大、 运算速度快等优点 ,而且具有对文字、 声音、图像、动画等信息的处理能力 , 可以使教学成为声、图、文并茂的教学 系统 ,可以进行视、听、触等多种方式 的形象化教学 ,使大脑右半球得以充 分开发 ,让形象思维能力得以充分发 展。多媒体 CA I 可弥补传统教学直观 性、立体感、动态感等方面不强的弱 点。它通过显示、模拟、仿真、动画、放 大、定格、重放、闪烁等手段很好地解 决物理实验中常存在的能见度差、直 观性不强、可控性不好、重复性弱和稳 定性差等缺点 ,容易激发学生学习物 理和探索未知世界的兴趣 。多媒体 CA I 教学可以做到 :因材施教 ,人人参 与 ;摸拟微观 ,妙中生趣 ;场态模拟 ,形 象有趣 ;声图并茂 ,视听带趣 ;动态显 示 ,横生妙趣 ;语言感人 ,充满情趣。 31 可以打破单一的教学模式 ,实 现教和学的多样化 如 : ①以教师讲解为主 ,计算机作 辅助演示 ,提高课堂效率 ; ②在课件中 设置某些数据输入点 ,增强人机交互 性 ,便于学生参与 ; ③利用计算机加大 课堂容量 ,上好习题课等。 二、计算机辅助物理教学的局限性 和困难 11 使用不当 ,容易背离物理学科 自身特点 尽管计算机辅助物理教学存在以 上种种优势 ,但如果使用不当 ,仅仅为 了单纯追求一时的教学效果 ,或单纯 为用计算机而用计算机 (现在很多评 比课要求必须用计算机 , 似乎成了时 髦 ) , 很容易背离物理学科自身特 点。众所周知 , 物理学是一门以实验 为基础的学科 , 物理规律的获得离不 开实验 , 学生动手能力、分析能力的 培养都需要实验。做好实验也是当前 素质教育的要求。而目前在计算机辅 助中学物理教学实践中 , 却有很大一 部分课件利用计算机强大的动画和计 算功能模拟物理实验 , 以替代本可以 进行的演示实验。有的教学课件甚至 通过建立数学模型 , 模拟实验仪器、 仪表和元件 , 建立虚拟实验室 , 提供 给学生进行研究性实验 , 使物理实验 丧失了其在物理教学中应起的作用。 以电压表、电流表和游标卡尺与螺旋 测微器读数为例 ,会考、高考考查的频 率很高 ,而得分率总是不令人满意。有 人为此制作成交互式的动态 CA I 课件 反复让学生演练 ,而不提供实物练习。 这样做即使学生考试得了高分 ,又有 何意义呢 ?再如多用电表原理也可以 利用 Aut horware 制作成多媒体课件。 于是学生都可以在屏幕上放手使用一 番 ,而不用担心惹出什么麻烦 ,各种电 路接线可以用鼠标瞬间完成 ,并立刻 知道接得对不对。利用这类软件作为 实物实验 ,实验教学的效率好像大大 提高了。但是这种模式教育出来的学 生 ,解答物理题目或许能力很强 ,而一 旦接触实际的科学实践活动 ,必将暴 露出其缺少实际操作训练的一面。而 且 ,缺乏实验基础的课件很容易令学 生产生疑问 :这是真的吗 ?事实上 ,也 确实存在这样的交互式课件 ,无论输 入什么数据 ,总能得到希望的结果。这 完全背离了实事求是的科学精神。 21CA I 对软件、硬件两方面的要 求很高 ,现阶段不太容易达到 想使 CA I 在日常教学中真正发挥 应有的作用 ,在硬件上 ,必须做到多媒 体计算机进入每一个教室 ,并且具备 大屏幕的投影装置 ,仅此条件在我国 现阶段只有极少数重点中学能够做 到。目前 ,许多学校一般是集中建立一 个多媒体教室 ,这样似乎解决了硬件 问题 ,而事实上 ,这样的教室只是起到 了 CA I 实验室的作用 ,与日常教学还 有相当的距离。 CA I 软件不易获得。尽管我国有 许多公司开发中学物理 CA I 课件 ,但 能够在课堂上供教学使用的却很少。 即使有 ,也难以令人满意。如果教师根 据自己的教学经验亲自来制作 CA I 软 件 ,当然很好 ,但似乎这更难达到。原 因是 : ①精通编程软件 (如 Aut horware Director ,Animator ,3Dmax 等) 的教师 较少 ; ②在当前没有摆脱“应试教育” 桎梏的前提下 ,任课教师很难投入太 多的时间和精力。另外 ,我们在 CA I 制 作中发现还存在这样的困难 :不同教 师开发的 CA I 课件风格各异 ,侧重点 也有所不同 , CA I 课件很难适应不同 教师上课。 随着时代的发展 ,相信计算机辅 助物理教学的软、硬件都会得到很好 的解决 ,教师应用课件的水平也会相 应提高。在教学实践中 ,我们应尽量利 用现有条件 ,发挥计算机辅助物理教 学的巨大优越性 ,克服背离物理实验 的倾向 ,为素质教育贡献力量。