计算机辅助物理教学

第四节　计算机辅助物理教学

电子计算机特别是多媒体微机的迅猛发展使其在教学中的应用越来越广泛。与各种传统教学手段相比，计算机辅助教学以其独特的优势显示出强大的生命力和广阔的前景。作为一名现代的物理教师，必须学习和掌握计算机辅助教学的基本知识。这些基本知识主要有：计算机辅助物理教学的含义、计算机作为教学手段的特点、计算机在教学中的运用、计算机辅助教学（CAI）的基本教学模式以及计算机辅助物理教学应注意的问题。

一、计算机辅助物理教学的含义

电子计算机在教学中的应用主要有两大类：一类是计算机辅助教学，简称CAI；另一类是计算机管理教学，简称CM I。

CAI是一种高级的程序教学，它的服务对象是学生。教师事先必须在计算机内贮存大量的教学材料，这些教学材料是按一定的教学程序编制的。使用时，计算机按教学程序向学习者展示教学内容，向学生传授知识，训练技能。

CM I的服务对象是教师和教学管理人员。根据事先设计好贮存在计算机内的管理程序，它可以帮助教师监测和指导学生的学习过程，评定并记录学生的成绩，及时提供教学分析报告，能为教师和教管人员进行教学决策，还能为学生提供学习咨询。

目前，计算机辅助物理教学主要是指多媒体微机辅助物理教学，也就是利用多媒体微机的功能，在一定的教学模式下向学生输送物理知识信息（包括文字、图象、音响等），形成一个特有的物理学习环境，借助人机之间的信息交换，进行物理内容的学习。

二、计算机作为教学手段的特点

（一）信息的表现力强

计算机（尤其是多媒体计算机）几乎可以实现目前所有视听媒体的功能，不仅能呈现单纯的文字、数字、图片等教学信息，而且能输出动画、视频图象和声音信息，能非常容易地做到教学信息的图、文、声、像并茂，相当于多种视听媒体的组合。但由于只使用一种媒体（电子计算机），所以操作更便利、更灵活。这种多维立体的教育信息传播，增强了信息真实感和表现力，可以形象、生动、直观、动态和充分地提供解决物理问题所需的图、文、声、像等综合信息，使抽象的物理问题形象化，具有很强的启发性和直观性。

（二）信息处理和存储能力强

由于计算机的存储容量大，信息加工处理快，因此它不仅可以储存大量的教学信息，而且这些信息可随着教师和学生的意愿方便地进行调用、处理、加工和有机组合；还可以对学生的反应迅速的作出判断、评价，并能给出相应的对策。

（三）信息的交互性强

由于计算机是双向媒体，可以通过人机对话方式，与学生频繁交流，监测学生的学习情况，并能及时将结果反馈给学生，具有很好的可控性和参与性。交互活动可以使学生、教师、计算机之间建立广泛的交流，能让学生积极主动地同教学手段进行作用，形成开放的、积极的教学环境，有利于个别化教学和学生自我学习，为开发学生的创造性思维提供必要的条件。

（四）信息的传输效率高、共享性好

计算机是以多维立体的方式传递教学信息，不仅加大了教学信息的传输量，而且丰富、生动、形象的教学信息有利于启发学生思维，因此信息传输的效率较高。此外，随着网络技术的不断发展，课件可以方便地通过网络相互传递，实现网上CAI信息资源的共享。通过教学信息的共享，突破了教学的时空观，学习不再受时间、地点的限制，能实现教学资源的最优化配置，极大地发挥名师、名校的作用，同时也为实现个别化教学及远程教育奠定良好的基础。

三、计算机作为教学手段的运用

计算机多媒体教学是多媒体组合课堂教学的进一步发展，计算机在物理教学中的应用主要有以下几个方面：

（一）模拟物理现象

通过CAI软件，可以在计算机上形象、生动地模拟出许多难以用一般手段显现的现象或通常无法看见的微观过程（例如波动的显现、原子和原子核结构的演示等）。这种模拟过程的制作较电影、电视的模拟制作要省钱省力，可操作性也要强得多。

（二）辅助学生进行物理实验

一是可以辅助学生实验预习，使学生明确实验目的，了解实验仪器的某些关键部件；二是可以用微机控制实验条件，采用处理数据，显示结果。

（三）帮助学生练习和复习

教师针对学生的学习水平编制出程序练习题，供学生循序渐进地反复练习。也可在课程结束或教学至某一段时，利用微机引导学生进行复习，以达到巩固和深化所学知识的目的。

（四）培养学生的操作技能

很多物理仪器、仪表的使用都可由微机来加以仿真，计算机仿真实验对学生正确使用仪器、掌握某些操作技能、节约实验开支、减少实验的危害性、减少实际实验操作时的失误和损失都具有很大的意义。

（五）丰富学生的物理课外活动

教师可以把一些有趣的物理问题和实验编制成游戏程序提供给学生，作为物理课外活动的补充，以培养学生学习物理的兴趣。

四、计算机辅助教学（CAI）的基本教学模式

目前计算机辅助教学主要有两种基本教学模式：一种是多媒体计算机演示型教学模式，另一种是多媒体计算机辅助个别化学习教学模式。

（一）多媒体计算机演示型教学模式

多媒体计算机演示型的教学需要教室有多媒体教学系统（或称多媒体投影电视系统等），是教师利用多媒体演示手段进行的课堂教学。以教师使用课件为主的演示型教学模式，是在现有教学模式基础上把计算机作为新教学手段用于课堂教学中的演示。它既可以动态呈现物理现象的变化发展过程，调节事物和现象所包含的时间要素，将缓慢的变化和高速的运动清晰表现出来，将实物放大或缩小，为全体学生的充分感知创造条件。也可以重新组织情景，突出事物的本质特征，促进学生形成稳定清晰的表象，为学生学习概念规律创造条件。在这种模式下教师所需的新技能相对较少，所需硬件条件较低。根据目前大部分中学的条件，这种模式是中学计算机辅助教学最主要的模式。

这种模式也被称为：实验—模拟—强化的教学模式。新课教学中很多情况下是通过实验总结出物理规律，但由于教师做演示实验时，学生的观察具有滞后性和被动性，并且实验现象很快消失或者可视性较差、不清晰，容易造成大量学生的观察困难。在这一教学模式中，先用实物（或视频）进行演示，再利用计算机模拟实验现象的物理过程，然后再进行抽象概括，形成概念规律。这样就能充分利用计算机的模拟克服上述不足。例如，在讲述横波的形成过程中，只用绳子演示，学生很难形成各质点的相继运动而形成横波的概念。如果利用计算机模拟横波的形成过程，可以将绳子上各点的运动放慢速度，绳子上各质点的运动情况能清晰展现在学生眼前，学生很容易弄清横波的形成过程。

这种模式的基本流程是：导入新课→演示实验→模拟实验→抽象概括→结论→应用举例。以此基本流程为基础可以有多种变式，如条件可能的话，可以把演示实验改为学生边学边实验或分组实验。这样可以把课堂变成以学生自主探索为主的探索课，更有利于突出学生的主体作用。

（二）多媒体计算机辅助个别化学习教学模式

多媒体计算机辅助个别化学习的教学需要多媒体CAI教室等硬件设置。在教师指导下，学生利用多媒体计算机进行个别化学习，或通过网络利用家用计算机在家进行学习，也可称为多媒体CAI个别化交互作用式学习。这种模式在计算机辅助教学的初级阶段使用不多，下一节将重点介绍这一模式。

五、计算机辅助物理教学应注意的问题

计算机辅助物理教学有许多优点，但要有效发挥计算机辅助物理教学的功能，应当注意以下几方面的问题：

（一）处理好计算机辅助教学中的师生关系

计算机辅助物理教学中要发挥教师的主导作用和学生的主体作用的和谐统一。要在教师的启发诱导下，利用计算机手段，在常规手段不能有效创设情景的情况下，创设生动的问题情境，激发学生的探究欲望，让学生提出问题和解决问题；利用计算机让学生快捷地收集探究所需要的信息资源和处理探究所需和所得的数据；利用计算机创设一种有助于学生自主、互动的学习氛围等等。在整个计算机辅助物理教学的过程中，学习的主体是学生，不是教师，更不是计算机。计算机辅助物理教学千万不能搞成“计算机式的满堂灌”。

（二）处理好与传统教学手段的关系

计算机辅助物理教学虽然兼有多种教学手段之特长，但也应看到，在教学中只用计算机这一种媒体是不行的。因为它无法代替在课堂教学时教师与学生的情感交流，无法对课堂的突发事件进行处理，也难以实现生动的语言讲解。再加上不可能有十全十美、普遍适用的课件供所有教师和学生上课用，因此教师上课还应该与其他教学手段，特别是传统教学手段配合使用，才能达到课堂教学的预期效果。目前利用多媒体计算机进行多媒体组合式课堂教学，是我国计算机辅助教学的主要形式。

（三）处理好仿真实验与真实性实验的关系

计算机有强大的模拟科学实验的能力。但仿真实验毕竟不是真实实验，学生一方面无法体验到前人在各种实验设计中所体现出来的物理思想的光辉，另一方面会令学生对实验的真实性产生疑问。因此，一般而言，能做真实实验的应当做真实实验。教师应该尽量创造条件，多做真实实验或让学生做真实实验，这样才能培养实验的能力和从事科学研究的态度。当然，有些真实实验可以让学生动手做过以后，再进行仿真演示，可以达到相互取长补短的目的。

（四）处理好大容量与高效率之间的关系

计算机辅助教学可以在一节课的时间内比较轻松地提供大量的教学信息，完成较多的教学内容。它加大了课堂教学容量，加快了课堂教学的节奏，这既是优点但同时又是缺点。虽然大容量、快节奏提高了授课效率，但也会使许多学生对教学内容一知半解，消化不良。所以，大容量有时使教学效益反而下降。因此，运用计算机辅助教学一定要处理好大容量与高效率之间的关系。