淺談利用計(jì)算機(jī)輔助物理教學(xué)

計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)是近年來發(fā)展非常迅速的一項(xiàng)科學(xué)信息技術(shù)。多媒體技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用推廣，為中學(xué)物理教學(xué)手段的現(xiàn)代化和教學(xué)效果的優(yōu)化提供了前所未有的機(jī)遇。在物理教學(xué)中，教師在引導(dǎo)學(xué)生建立物理概念，認(rèn)識(shí)物理規(guī)律以及分析解決一些問題時(shí)，都要做大量的物理實(shí)驗(yàn)，其目的是幫助學(xué)生在頭腦中建立清晰的物理圖景。但是，有些物理實(shí)驗(yàn)受到物體本身以及時(shí)間、空間等條件限制，有的實(shí)驗(yàn)不能做、有的實(shí)驗(yàn)不易做或做出效果不易觀察，這就需要教師在實(shí)施教學(xué)過程中采用有效的教學(xué)輔助手段，而計(jì)算機(jī)在教學(xué)中的輔助作用尤為突出。下面談?wù)勅绾卫糜?jì)算機(jī)輔助物理教學(xué)。

1．利用動(dòng)態(tài)演示，揭示抽象的物理概念和規(guī)律

中學(xué)物理有許多抽象的物理概念和規(guī)律，如電場(chǎng)、布朗運(yùn)動(dòng)、交流電及其變化規(guī)律等。在進(jìn)行這些知識(shí)教學(xué)時(shí)，由于學(xué)生頭腦中缺乏感性的素材，教師通常利用模型加上生動(dòng)的比喻進(jìn)行反復(fù)講解、強(qiáng)調(diào)，效果仍不顯著。但是，如果采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，可將抽象的知識(shí)分層次、形象地展示在學(xué)生面前，其效果就不一樣了。例如對(duì)布朗運(yùn)動(dòng)的教學(xué)，可先用計(jì)算機(jī)模擬出懸浮微粒的運(yùn)動(dòng)情況，再通過局部放大的方法展示微粒在大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的撞擊下運(yùn)動(dòng)的成因，使學(xué)生清楚直觀地觀察到懸浮微粒的運(yùn)動(dòng)，并不是分子的運(yùn)動(dòng)；而分子的運(yùn)動(dòng)是靠懸浮微粒的運(yùn)動(dòng)反映出來的，顯現(xiàn)了布朗運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)。

2．運(yùn)用科學(xué)的動(dòng)態(tài)模擬增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，以化解復(fù)雜的物理過程

對(duì)于物理教學(xué)中常見的復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，特別是對(duì)學(xué)生缺乏感性認(rèn)識(shí)的動(dòng)態(tài)過程，如果在教學(xué)過程中不能為學(xué)生提供必要的感性材料背景，就會(huì)使學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解或問題的分析，感到過于抽象而無法接受。這就需要教師利用有效的教學(xué)手段幫助學(xué)生通過對(duì)各種具體特殊的過程進(jìn)行觀察、分析、比較。在豐富學(xué)生感性認(rèn)識(shí)的同時(shí)，通過比較、分析，抽象概括出一般性的過程特點(diǎn)，從而抓住問題的本質(zhì)特征。例如對(duì)于在一條直線上沿相反方向傳播的兩列波相遇后疊加、干涉的情況，學(xué)生在生活中沒見過，而這個(gè)實(shí)驗(yàn)又不容易做成功，即使做成功了，又由于過程轉(zhuǎn)瞬消失，使學(xué)生頭腦得不到清晰的印象。運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬波的疊加，采用多次重復(fù)、定格的方式，使兩個(gè)脈沖在相遇這一情景處的疊加情況充分展現(xiàn)，便于學(xué)生觀察波的疊加的位移與兩個(gè)單脈沖的位移的關(guān)系。當(dāng)“波的疊加”的這些概念弄清楚后，再利用計(jì)算機(jī)模擬兩列正弦波的疊加情景。通過改變兩列正弦波的頻率、振幅，使它們?cè)诓煌瑮l件下多次進(jìn)行疊加，讓學(xué)生親自目睹頻率、振幅在疊加效果中所起的作用。這樣既可以為學(xué)生正確認(rèn)識(shí)什么是干涉現(xiàn)象，提供了觀察、分析、比較的對(duì)象。同時(shí)，也為學(xué)生理解波的干涉的條件豐富了感性認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，我們?cè)僖龑?dǎo)學(xué)生由形象的認(rèn)識(shí)過渡到抽象的思維，學(xué)生也就不會(huì)再有“難以想象”的感覺了。

3．科學(xué)模似實(shí)驗(yàn)過程，突破教學(xué)難點(diǎn)

利用計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)模擬功能，可將抽象的物理知識(shí)，加以科學(xué)的形象化。這不僅能幫助學(xué)生建立物理圖景，也有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)內(nèi)容的理解和記憶，同時(shí)還能有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，這是傳統(tǒng)教學(xué)無法比擬的。近代物理知識(shí)部分在中學(xué)物理中占的比例較少．也不是教學(xué)的重點(diǎn)，且受實(shí)驗(yàn)條件的限制，學(xué)生因不能進(jìn)行直接的觀察而缺乏感性認(rèn)識(shí)，加之經(jīng)典物理學(xué)的分析、思維方法，在學(xué)生頭腦中已根深蒂固，因此，使這部分內(nèi)容構(gòu)成了教學(xué)中的難點(diǎn)。采用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，可以科學(xué)地模擬實(shí)驗(yàn)過程，就能有效地突破教學(xué)難點(diǎn)。如在講解光的波粒二象性時(shí)，可利用計(jì)算機(jī)模擬光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)，用一個(gè)小亮點(diǎn)表示光子，讓一束光通過單窄縫，通過計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)模擬，可看到條紋圖樣由模糊變得越來越清晰，使學(xué)生知道條紋是大量光子逐漸積累起來的結(jié)果。同時(shí)利用定格、重復(fù)等操作，可使學(xué)生看到少量光子在光屏上的出現(xiàn)是隨機(jī)的、無規(guī)則的，但隨著光子數(shù)量的增多，屏幕上的亮點(diǎn)逐漸地呈現(xiàn)出有規(guī)律起來，從而使學(xué)生看到隨著大量光子的積累過程在光屏上出現(xiàn)越來越清晰的衍射條紋。由此使學(xué)生認(rèn)識(shí)到：?jiǎn)蝹€(gè)光子的行為是無規(guī)則的，表現(xiàn)為粒子性，而大量光子行為的積累效果，則顯現(xiàn)出一定的規(guī)律性，表現(xiàn)為波動(dòng)性。

總之，計(jì)算機(jī)能科學(xué)、生動(dòng)、直觀地展示出教師用語言、圖像很難表達(dá)清楚的物理問題的情景或動(dòng)態(tài)過程。利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)既可以為學(xué)生提供生動(dòng)逼真的物理情景，典型靈活的物理問題和及時(shí)、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)信息，又能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，大大提高了教學(xué)信息的傳輸，增大教學(xué)的信息和密度，從而達(dá)到減輕教師在課堂教學(xué)過程中的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高教學(xué)效率，達(dá)到教育教學(xué)的目的。

(作者單位：憑祥市高級(jí)中學(xué)，廣西憑祥，532600)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。