如何在中学物理教学中应用计算机辅助教学

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如何在中学物理教学中应用计算机辅助教学
【摘要】随着现代信息技术的普及和发展，极大地影响着传统的教育观念的和教学手段。本文拟从计算机辅助教学的效果、时间的延迟与加快、重复性、理想化、省时、抽象问题形象化等六方面加以论述。计算机辅助教学在物理教学过程中的应用，必将对课堂信息和师生之间的交流将产生重大影响，在提高物理课堂教学方面发挥越来越重要作用。
【关键词】计算机辅助教学；物理教学；应用
一、计算机辅助教学的现状
近年来，计算机辅助教学是现代科学技术在教育教学中的具体应用，随着全球数字网络化的普及，计算机辅助教学在教育教学的领域中必将掀起又一番浪潮。计算机辅助教学技术就是利用有关的计算机技术，编制、制作教学软件，将一定的教学内容以文本、图片、声音、影视等多种媒体在计算机上表达、呈现，而教师和学生则利用多媒体计算机教学软件进行教学[1]。多媒体技术迅速兴起，并逐渐进入课堂，它以图文并茂、声像俱佳、动静皆宜的表现形式，以跨越时空的非凡表现力，大大增强了人们对抽象事物与过程的理解与感受，从而将课堂教学引入了全新的境界。
计算机教学以其课堂信息含量大、节省板书时间、题材丰富形象、形式活泼多样以及便于学生课后复习查询等优势，己确立了其在今后教学改革发展过程中的重要地位，这一现代教育手段已在各中小学校得到了广泛的重视并被争相采用。当前，教育改革中—个最热门的话题就是关于计算机辅助教学系统的应用，即如何将多媒体技术引入课堂教学中。
二、计算机辅助教学在中学物理教学中的应用
由于时间、观察条件、器材等因素的限制，很多实验无法实现或难以观察，例如一些微观现象，既看不见又摸不着，讲述时枯燥无味，抽象空洞，借助多媒体技术，利用视频、音频、动画等效果的结合就能模拟实验，化小为大、化静为动、化抽象为具体，突破时空、微观、宏观对教学实验条件的限制，进行观察。
计算机辅助教学以大容量的非顺序式呈现，和学生在CAI活动中能处于一种积极、主动的精神状态，决定其作为教学手段的优越性。具体说来，有以下几方面优点的应用：
1、放大效果
物理现象中有很多是很难用肉眼看清的，有些甚至借助最现代的仪器也很难看到。利用计算机的模拟，我们可以把一个原本无法看到或看清的现象纤毫毕现地呈现到学生的面前。例如在大气压强一节课中，利用Flash软件大气压强随气体粒子的减少而减小的动画，可以清晰地展示出粒子多少与运动快慢跟大气压强大小的关系，这样，微观的现象得以宏观再现，十分有利于学生对大气压强的认识。又如：原子物理中的粒子散射实验，原子的内部结构，学生可能对这些情景比较难以想象，理解，这时用几何画板就能准确描绘，帮助理解。
2、时间延迟与加快
一个物理过程的进行时间有长有短，长的象宇宙的演化，象某些原子核的衰变，动辄数十万年，远远超出了一个人的寿命所及。短的像闪电，像光和物质间的作用，一闪即逝，在你尚未来得及感觉的时候它已消逝无踪。对于这些自然界中转瞬即逝，不易细致观察的物理过程，多媒体技术却可以把快节奏变为慢镜头，甚至于把一个过程分成几个片段放映。当然，在实验室中我们可能加快或减慢其中的一些过程，但有更多的现象却是无法改变它的进程的，这时，计算机在教学上的优势就体现出来了。例如：研究动量守恒定律中两个小球的弹性碰撞过程，多媒体动画可把它分为碰撞前、碰撞时形变先变大后恢复、两者又分开后各自运动三个慢镜头过程，有利于学生想象和分析。在计算机上，我们可以把一个自然界中无法变动的过程随意地加快或减慢，帮助对物理现象和物理规律的理解力还十分有限的中学生更好地形成的感性认识。

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3、重复性
物理现象的可重复性似乎是不容置疑的，物理规律如果不能在不同时间、不同地点得以重现从而得到反复验证的话，便不会得到承认，那么，这方面计算机还有什么用武之地呢？回答是肯定的。因为实际教学还受到实验条件的限制，在一节课中，你呈现给学生的实验现象可能需要远远不止一节课的准备工作，实际实验的可重复性还可能受到天气的影响，或者需要考虑成本的因素，安全的因素等等。而计算机则完全不存在这样的问题，当程序完成后，模拟的现象可以任意次地重复。同时，还可以就实验中的某一步骤进行反复的播放，以加强对该步骤的重点强调。例如：在凸透镜成像的实验中，学生对物体在三个位置(两倍焦距以外，一倍焦距与两倍焦距之间，一倍焦距以内)的成像特征理解有点困难，如果用几何画板软件制作一个像随物体位置变化而变化的课件。那么，成像的虚实、放大与缩小、倒立与正立等特征与物体的位置关系会一览无遗的呈现在学生眼前，同时让静态的东西变为动画,更能吸引学生的注意力。反应慢的同学也可以反复看，这样就可以达到事半功倍的效果，学生接受起来就很轻松。
4、理想化
物理研究中的一个很重要的的方法便是近似，于是便有了许多理想化的模型，中学教学中有许多这样的用词：光滑（无摩擦）、空气阻力不计、匀速直线运动，但每一位物理教师都明白，这些情况在实际中都无法找到完全相符的实例。当然，许多现象可以通过巧妙地设计达到近乎完美的近似，比如为了减小摩擦力而采用的气垫、磁悬浮、真空等，但真正的理想化在现实中是绝不会出现的，有些现象甚至连近似都无法轻易达到。在计算机中你则可以完全不必担心次要因素对现象的影响，因为程序设计过程中你可以预先将这些因素排除在外，还有什么比让学生观察到真正理想化的物理现象更好的理由让你去使用课件呢？
5、节省时间
在传统教学过程中，老师要花较多时间写板书，特别是上课时写例题、画图用的时间较多。如在讲"滑块与小车相对滑动"专题时，需画许多物体运动过程示意图，找位置关系，教师累，学生也觉得繁杂，但如果相对滑动过程用电脑多媒体演示的话，过程就很清楚，只需将课前制作的文本、公式、图片等资料显示出来就行，且可以通过各种控制器，使过程进行演示，节省时间,提高课堂效率。
6、抽象问题形象化
一些抽象的物理概念和物理规律，在单纯语言讲解的情况下，感性材料不足，教师只能做现象分析，说服力不强，学生感到知识抽象深奥，难以掌握。这种情况下可以通过多媒体把抽象理论和抽象模型具体形象地展示在屏幕上帮助学生理解。如在电磁振荡过程中，ＬＣ回路中通过线圈的电流强度、电容器两极板间的电压、电场能、磁场能都作周期性的变化，一般的演示实验只能让学生观察到串联在电路中的电流表指左右摆动，不能观察到电流、电压、电场能、磁场能的具体变化特点及它们之间的关系，利用计算机就可以形象动态地展示出各量的变化过程，使学生看到电流、电压、电场能、磁场能是怎样逐渐变化的。并可以同时用单摆作简谐振动时重力势能和动能的相互转化来类比电磁振荡中电场能和磁场能的相互转化，课后学生反映理解相当透彻，记忆牢靠。

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三、计算机辅助教学应该注意的问题
每种教学手段都有它的优势和不足，计算机辅助教学也是一样。以下列举计算机辅助教学的几点不足。
1、硬件要求高
随着计算机运算速度的提高，程序的编写者对程序的运行效率越来越不重视，而随着存储介质的进步，程序的“身材”也是越来越肥胖。这似乎竟已经成了一种风气。微软的WINDOWS系列操作系统，它们对硬件日益苛刻的要求几乎成了许多囊中羞涩的电脑迷们的恶梦。所以，当你在准备制作一个课件时请留意，你的课件是否可以在更低档次的电脑上用。毕竟，共享是电脑网络的初衷。
2、灵活性不够
由于CAI课件是事先编好的固定程序，不可能具备人类教师那样的灵活性，对编程时未预料的问题，不能准确处理，因而限制了学生的意外学习，对培养创造性不利，因此在选择使用CAI时，务必根据具体的教学目标和教学内容发挥CAI系统在教学上的长处，避免不恰当的应用CAI[2]。
3、现象本身不真实，影响说服力
这一问题是无论如何也无法避免的，模拟现象无论如何精美逼真，立体感如何强，都只是在一块小小的屏幕上的图像，它永远不可能取代实物，学生有充分的理由对这些现象保留自己的怀疑。当然，如果你理解计算机辅助教学的“辅助”二字的意义的话，你便不会认为这是什么遗憾，正如我们对其它教学手段的理解一样，它们之间只有相辅相成，才能发挥出最大的作用。如果有可能的话，做每个模拟实验时都应当同时进行实物实验，哪怕实物实验是多么的困难，让学生了解实物实验的难度、强度有时更能促进学生的思考。如果做不到，也必须尽可能地解释实验的依据，而不是播放一下演示了事。
总之，充分认识多媒体课件在物理课堂中的教具地位，掌握它的长处与短处，并能在课件制作中和实际教学中加以改进、克服或补救，制作出符合学生特点、教材要求的优秀课件，更好地和传统教学手段相配合，使其获得真正的生命力，使我们的学生真正从中感受到物理世界的动人魅力。正确认识了多媒体辅助教学的优势与不足,我们在进行物理教学就可以多方面发挥多媒体教学的优势。