高中物理教学论文物理教学中计算机辅助教学的思考.pdf

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1、用心 爱心 专心1 物理教学中计算机辅助教学探讨 The calculator extended education inquires into in the physical teaching 摘要： 计算机辅助教学逐渐应用于中学各学科的课堂教学中，本文作者通过在物理教学中的实践总结了传 统教学模式有缺少动态感和多样性，课堂容量小，形式单一，不能很好的创设教学情境的局限性；而CAI 有弥补实验教学的不足，展现生活中的物理现象，增大课堂容量，开发右脑等方面的优点。提出了CAI 与 传统教学相结合的模式。从心理学、信息论、脑科学上分析了CAI 的理论基础。并总结了课件制作方面的 一些经验。 关键

2、词： 辅助教学、教学模式、课件、课堂容量 引言 21 世纪把人类带入信息时代，传统的教学方式面临着巨大的挑战，改进中学物理学科的教学手段已成 为摆在广大中学物理教育工作者面前的一项非常紧迫的任务。计算机技术和网络技术的普及，为物理教学 手段的更新提供了便利的条件，随之计算机辅助教学（下文称CAI）孕育而生。目前在郑州市各个学校的 教室已安装了多媒体设备，CAI 也日益成为课堂教学中不可缺少的组成部分。那么，一线教师如何应用好 这一技术，也日益成为广大教育工作者探讨的问题。本文就探讨在物理课堂教学中应用CAI 的问题，与同 仁商榷。 一、传统教学模式的局限性 传统的教学系统是由教师、学生和教材三

3、要素组成，教学模式是以教师为中心，采用“粉笔+黑板” 的形式向学生传递信息。这种传统的教学模式存在的局限性有： 首先，传统的课堂教学中教师在黑板上演板静态而单一的文字和图象，学生只有通过想象才能使图象 在大脑中产生动态，但对于大多数的中学生很难把抽象的问题形象化，形成相应的物理情境或物理过程。 这样的课堂教学表现为视觉、听觉的单一；缺少动态感和多样性。再者课堂上较长的板书如例题、练习题 或较长的概念、规律，无形中要占用较长的时间，从而或多或少的减少了课堂的容量。 其次，传统的实验教学无法反映某些物理现象、微观世界及比较复杂的物理过程的动态变化规律，有 时虽然能够反映出来，但也不易根据实际情况进

4、行控制。如气体的扩散现象在做演示实验时虽然能演示出 实验现象，但是无法根据需要进行控制，也不能演示出微观现象；在做平抛运动在水平和竖直方向的分运 动时，通过演示实验速度太快，学生不容易观察清楚；人造卫星的运动或生活中一些典型的物理现象在传 统教学模式中无法向学生展示。这对创设物理教学情境是一个很大的缺陷。 传统的教学模式对学生的抽象思维能力、分析能力提出了过高的要求，中学生只有极少数能达到这样 的要求，结果大部分学生感到物理太难学，失去了学习物理的兴趣，从而学习的效率较低；教师也感到物 理难教。 二、物理教学中计算机辅助教学的理论基础 CAI 与心理学 中学生的思维活跃，精力充沛，他们的情感和

5、兴趣易随外界环境的变化而变化。心理学研究表明：中 学生的好奇心很强，兴趣广泛，情感丰富，对新颖奇特的东西异常敏感。从认知规律上分析：中学生抽象 逻辑思维能力日益增强，但具体形象思维仍然占有重要的地位。在物理教学过程中我们要通过形象思维促 进抽象思维的发展，培养学生的时间、空间和微观动态上的想象力。物理学上很多知识比较抽象，对学生 的抽象思维能力要求过高，使很多学生望而止步，不利于学生思维能力的提高，中学阶段的物理教学有必 要把一些抽象的知识形象化。CAI 能给学生形象、直观的动态图象、视频等信息，实现直观化的转化，容 易激发学生的学习动机和培养学习物理的兴趣。 CAI 与信息论 教学媒体是信息

6、传播的通道和载体，作用极为重要，最佳的媒体选择可以使教学质量达到最优化。心 理学家赤瑞特拉曾通过大量的实验证实：人类获取的信息中83% 来自视觉， 11% 来自听觉， 3.5%来自嗅觉， 1.5%来自触觉， 1% 味觉。在记忆上，单纯靠听觉一般能记住15% ，单纯靠视觉一般能记住25% ，如果视听 并用，其记忆率可达65% 。CAI 通过动画、视频等到多种信息通道向学生传递的信息，能够调动学生的视 用心 爱心 专心2 觉和听觉同时发挥作用，使教学质量达到最优化，教学效果达到最好。 CAI 与脑科学 现在脑科学研究表明：左脑主要进行的是抽象思维，右脑主要进行的是形象思维。传统的教学模式严 重倾斜

7、于左脑的言语和逻辑训练，使左脑接受了过渡的教育，而右脑接受的训练则严重不足。中学物理教 学不但要培养学生的抽象思维能力，而且还应促进学生的形象思维的发展。为此，物理教学中应注意学生 的左右脑同步开发的问题。只有左右脑思维能力得到平衡发展，大脑才处于最佳状态，发挥最佳的思维效 应，进而培养学生的创造性思维能力。 实践证明， 开发右脑的主要方法有：动画展示， 音乐激发， 录像再现等手段。物理教学中CAI 的应用， 为开发右脑提供了必要的条件。教学课件的动画设计，视频的物理现象再现。音乐的插入等手段，可以起 到视听并用，激发学生的情感，使学生的形象思维得到开发利用，提高学生的学习效率。 三、计算机辅

8、助物理教学的优势 模拟微观世界和无法进行的实验 物理学中的微观世界中的分子、原子、 电子等的运动情况无法通过 实验演示让学生观察到。而通过计算机语言编程或制作动画可模拟微观 世界运动情况。如在“分子的热运动”一节中的布朗运动，通过显微镜 观察到的是小颗粒的运动，但液体分子的无规则运动却无法观察到。这 时可以通过Flash 动画形象的模拟演示出来，并可以模拟颗粒的大小和 温度对布朗运动的影响（如右图所示）。 在课堂上由于时间和空间的限制，有些实验是无法进行的，我们则可通 过动画模拟， 播放视频材料等方式展示出来。如在讲“超重与失重”时可播 放乘坐电梯时的超重和失重现象，神舟号宇宙飞船运行时的完全

9、失重现象， 这样可以进一步理解超重、失重和完全失重现象。在讲“宇宙航行” 一节时， 可用动画模拟。 不同轨道上的人造卫星绕地球运动时线速度、角速度、 周期 随高度变化的情况。讲“闭合电路欧姆定律”时，可通过动画进行抽水机工 作与电源的电动势的类比，理解电动势的概念（如右图所示）。粒子散射、 重核裂变等一些近代物理实验，在中学物理实验室中可能无法进行，则可以利用课件进行模拟实验现象。 通过这些手段，不但可让学生更容易的理解物理概念和规律，同时也激发了学生学习物理的兴趣。 实现演示实验与模拟实验相结合 有些物理现象或物理过程，虽然可用实验演示出来，但有时不利于观察过程或细节或不利于进行分析 研究。

10、利用计算机的动画模拟不但可以补充演示实验的不足；还可以根据实际需要进行控制：欲静则静， 欲动则动， 由快变慢， 由小放大等， 有利于分析研究，加深对知识的理解。在课堂上教师应先做演示实验， 让学生进行有目的的观察，再播放模拟实验弥补真实实验的不足。如平抛运动的分解，通过实验演示学生 不易观察到水平方向和竖直方向的运动情况；可通过频闪照相拍摄平抛运动的现象进行慢镜头播放并进行 一些必要的处理显示出来，这样会更加直观的展示分运动的情况。探究楞次定律的实验中，在学生通过动 手实验的基础上，用Flash 动画模拟出原磁场和感应磁场的磁感线，更有利于学生得出规律。在“牛顿第 一定律”中的在做伽利略的理想

11、实验时存在着误差，在实验的基础上用Flash 动画再进行模拟，学生会更 容易明白理想实验。研究光电效应的规律时，通过对光电实验装置的操作让学生观察现象，再利用Flash 动画模拟改变频率、光强等因素时对应的现象，学生更容易发现规律。但需要注意绝对不能用模拟实验代 替真实的演示或学生操作的实验。 联系实际，展现物理现象 物理知识来源于生产生活，运用物理知识解释物理现象，服务于生产生活是物理教学的宗旨。为此， 可把日常生活中的相关物理现象拍摄成照片或制成影视材料，在教学中相关的地方进行播放。如在讲“生 活中的圆周运动时，可播放火车转弯、汽车过拱桥、水流星、翻 滚过山车等视频材料。 “反冲现象”一节

12、中可播放窜天猴、反冲喷 泉、我国古代和现代的火箭等视频材料等。这样不但可以激发学 生的学习兴趣，调节精神状态，有利于提高学习效率。 减少板书，增大课堂容量 传统的教学模式中不但由于板书占用了较大的时间，使课堂 用心 爱心 专心3 的容量减小。采用制作课件，可把较长的板书或其它阅读性的材料、例题和练习题制成课件，并可以把复 杂的物理过程制成动画，大大节省教师板书的时间，把更多的时间还给学生；同时，也为扩大课堂的容量 提供了条件。如我在讲“重力势能”一节时，向学生展示了1994 年彗星撞击木星的文字材料，俄罗斯的 高加索雪崩，美国内华达州的陨石坑的图片和文字材料。高三物理的教学时我把有代表性、题干

13、较长的题 目通过课件向学生展示出来，必要时用动画模拟出物理过程（如右图所示）。 四、计算机辅助教学需要探讨的几个问题 CAI 与传统教学的有机结合的问题 传统的教学模式是广大教育工作者经过长期的课堂实践所总结的行之有效的一种模式。CAI 作为一种 教学更新的手段引入课堂教学，有些教师为了“赶时髦”进入了完全摒弃传统教学模式，整节课都是多媒 体，黑板上不写一个字，所有内容全部用课件打出；实验依靠计算机模拟，并且一味的追求表面的“奢华”、 “动感”和“大容量”的误区。结果学生分不出主次，在课堂上顾此失彼，讲过后脑海一片空白，反而降 低了课堂效率。传统教学模式在对学生思维能力的培养及潜移默化影响学生

14、的行为等方面的作用CAI 是无 法代替的。为此，传统教学模式在教学过程中不能完全摒弃，要优化课堂教学，必须做到CAI 与传统教学 的有机结合。 实现 CAI 与传统教学模式的有机结合应注意到下列几点： 1搞清需要用黑板板书的内容：一节课的知识要点、重点内容是需要在黑板上板书出来的。这样不 但有利于课堂小结，而且有利于学生明白这节课的主要内容；解题时示意图的画出，对示意图的分析，解 题的大致过程也是板书的内容。因为教师画示意图的过程和分析问题的过程对学生的思维过程的形成起潜 移默化和引导的作用是多媒体课件无法替代的。解题时规范的步骤可以通过课件展示出来，有利于学生养 成规范解题的习惯。 2实验教

15、学的作用不可替代 物理是一门以实验为主的基础学科，它的概念的建立和规律的获得都是以实验为基础的，包括人们提 出的各种假设和设想都要通过实验来加以验证。这就决定了中学物理教学不能是纯粹的理论教学，而应该 以真实的实验为基础，通过实验演示让学生观察到真实的现象进而总结出规律和建立正确的概念。为此， 教材上安排的实验应尽量做，实验室建设较好的学校还应通过自制教具等方面设计一些演示实验，也可把 一些演示实验改为分组实验。这样有利于培养学生的动手能力、思维能力、想象能力，养成尊重科学事实 的习惯。除非教学过程中实际条件不允许，或偶然环境因素的影响不能做，或实验演示的现象与理论误差 太大，而不得不用仿真模

16、拟。 计算机模拟的实验毕竟是虚拟的，有时也太理想化，明显给学生不真实的感觉。难以替代真实的实验， 更不能代替学生的动手过程和思考过程。如在“抛体运动”一节中验证平抛运动的水平方向和竖直方向分 运动时，只靠Flash 动画模拟是不能说明问题的。 教学课件的制作或利用的问题： 教学课件是CAI 的血液。实践说明即使制作一个比较简单的教学课件也会耗费很长的时间，更不用说 具有动画效果的高质量的教学课件了。而广大的中学物理教师都承担着非常繁重的教学任务，很难在百忙 之中抽出时间来制作一般的具有动画效果的教学课件，更不用说花费大量的时间去钻研具体的课件制作的 技术问题。笔者经过长期的实践经验总结以下几种

17、方法可供参考： 1建立课件素材库 一个教师把每节课的教学课件制作的都很完善，从时间上来说是不可能的。要想制作质量和效果上比 较好的教学课件必须有事先预备好的素材，为此要长期积累较好的课件素材，建立自己的课件素材库。首 先可以充分利用网络资源，网络上的关于物理教学课件的网站很多，可以从教学资源网上下载一些效果较 好的动画或视频素材；其次可以是同一教研组或同一地区的物理教育工作者合作，分别制作一些关键性的 动画素材、录制一些相关物理现象的视频素材，有针对性的钻研制作某一节课制作出水平较高的课件；再 次可以让相关专业的计算机软件设计者对一些关键性的动画素材进行制作，最后进行集中分类，实验资源 共享。

18、这样经过一段时间的积累就构成了比较完善的课件素材资料库。 2课件素材整合成多媒体课件的过程 有了上面的课件素材，教师在使用时， 先进行教学设计；根据自己的教学思路和风格，使用自己熟悉、 操作方便的课件设计平台（如 Powerpoint 、Authorware ）进行简单的合成，课堂上利用起来效果相当不错。 这样合理利用教学资源，可广大教师从繁重的软件制作工作中解放出来。而教师对课件素材的选择和整合 用心 爱心 专心4 过程又是一次创造性的劳动。 3多媒体课件制作时应注意的问题 （1）辅助教学的问题：制作多媒体课件是为了辅助教学，在进行教学设计时一定要设计好哪些内容 需要在黑板上板书，哪些内容需

19、要用多媒体播放。一般情况下较多的文字、较长的概念或规律的表述，例 题和练习题要在课件上呈现。一节课的知识点、概念或规律，对问题的分析过程是板书的内容。 （2）切忌表面的“奢华”冲淡知识的主体，制作课件要符合中学生的心理特点，不能一味的追求表 面上的“奢华”而冲淡知识的内容，分散学生的注意力。一方面颜色的搭配要合适，有一定的对比度；字 体不能用古怪的字体，而且字体大小应适宜。另一方面与教学内容无关的动画、图象等不能乱用，避免这 些分散学生的注意力，使学生不听课，冲淡课堂的主体。 五、结束语 21 世纪是以信息化为特征的时代，技术的更新日新月异，计算机网络已遍布全国各地，应用的领域日 益广泛。这些技术在教育领域的应用必将对教育观念、教育方法等产生深刻的影响。多媒体设备将逐渐进 入教室，计算机辅助教学必将得到广泛的应用，这将促进教学手段、教学方式上的更新。虽然CAI 还有些 具体的问题有待于广大教育工作者从实践中总结和探讨。但在物理教学过程中大胆的正确应用，一定能够 更好的服务物理教学，促进物理学科在教学手段上的更新。