計算機輔助教學(xué)在物理實驗教學(xué)中的教育功能及其應(yīng)用

摘要：對計算機輔助教學(xué)在物理實驗教學(xué)中的教育功能進行了闡述，并對其應(yīng)用進行評述，對未來進行了展望。

關(guān)鍵詞：GAI；物理實驗教學(xué)；模擬實驗

物理實驗教學(xué)，以實驗室為活動基地，著重于物理實驗?zāi)芰Φ挠?xùn)練，它與講授的理論體系緊密相關(guān)，服務(wù)于教學(xué)又直接參與教學(xué)，計算機輔助教學(xué)簡稱(CAI)是教學(xué)手段現(xiàn)代化的一個重要組成部分，在物理實驗教學(xué)中發(fā)揮著重要作用。

一、CAI在物理實驗教學(xué)中的教育功能

1 助教。首先，利用CAI課件的集成性，教師在教育學(xué)、教育心理學(xué)理論的指導(dǎo)下，精心組織好教材，進行最優(yōu)化的教學(xué)設(shè)計，充分調(diào)動圖形、圖像、聲音等多種媒體信息和錄像、投影等多種媒體設(shè)備，讓它們受控于計算機，調(diào)動一切積極的手段，為學(xué)生提供豐富的感性材料，激發(fā)起學(xué)生強烈的求知欲；在這種方式下，學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體和中心，能夠積極主動地參與到教學(xué)活動中去，課堂教學(xué)氣氛活躍，學(xué)生的注意力更為集中，從而有效地提高教學(xué)的質(zhì)量和效率。其次，通過動畫模擬、局部放大、變化過程演示等手段，可以把抽象內(nèi)容形象化、微細(xì)結(jié)構(gòu)逼真化，彌補其他方法的不足。第三，一個實驗可編程一個CAI課件，只要修改程序，可以相應(yīng)的改變實驗，有利于實驗的不斷改進和更新。

2 助學(xué)。課件的設(shè)計為學(xué)生提供多種解決問題的策略、途徑和方法，學(xué)生可在解決問題中去學(xué)習(xí)，去發(fā)現(xiàn)知識，掌握知識，讓學(xué)生直接參與交互活動，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。CAI課件具有超文本結(jié)構(gòu)，利用多媒體技術(shù)設(shè)置一種生動的圖像并提供一系列供學(xué)生瀏覽、查詢、檢索的圖形化工具，學(xué)生可以根據(jù)自己的問題和需要，通過鼠標(biāo)、鍵盤或觸摸屏打開窗口，以顯示相關(guān)的圖像、文字資料，還可以利用多種工具，通過激活多個窗口，逐層深入訪問，以獲取更多的、更詳盡的資料，直到問題得到解決或滿足需要。信息反饋及時，為學(xué)生提供了解決問題、探索知識的途徑，有利于個性化的學(xué)習(xí)與發(fā)展。

二 目前高校CAI在物理實驗教學(xué)方面的主要活動方式

1 課前預(yù)習(xí)。學(xué)生用計算機CAI課件進行預(yù)習(xí)，模擬實驗操作，熟悉實驗過程，較好地解決了實驗設(shè)備少、耗時長的矛盾，對防止儀器損害，減輕教師負(fù)擔(dān)起了明顯的作用。

(1)利用CAI課件在計算機上進行模擬操作，可將實驗原理、儀器都以生動的動畫展示出來，并配有說明與講解，使學(xué)生眼、耳、手、腦協(xié)同動作，主動學(xué)習(xí)，積極思考。實驗中的難點可以通過動畫輕松地化解，有利于學(xué)生對實驗原理的理解。

(2)利用CAI進行預(yù)操作，完全模擬實驗全過程，經(jīng)過一番的模擬練習(xí)后，對儀器的操作規(guī)程有一全面的了解，待實際測量時，學(xué)生再也不用擔(dān)心是否會動壞儀器，增加了自信心，提高了使用儀器的準(zhǔn)確性、規(guī)范性，有利于掌握實驗操作的規(guī)律，提高動手能力。

(3)利用CAI，化解難點，提高實驗效率。有些實驗儀器，構(gòu)造復(fù)雜，調(diào)整費事，若一開始調(diào)整不好，后面的實驗環(huán)節(jié)就無法進行。如分光計、氫光譜測量、全息照相等等。利用cAI課件模擬操作，其環(huán)節(jié)目的性強，節(jié)省了盲目摸索的時間，提高了實驗效率。

(4)提高貴重儀器的使用壽命和利用率。學(xué)生模擬實驗后，對可能造成損壞儀器的錯誤操作已經(jīng)在計算機上見到過，待實驗操作過程中，基本上不會再發(fā)生，使儀器的使用壽命延長，提高了儀器的使用率。

2 模擬(仿真)實驗。模擬實驗，克服條件限制，節(jié)約資源，提高實驗教學(xué)效果。在物理實驗中，對測量精度要求比較高、采用儀器、儀表測量難于達(dá)到要求，還有些實驗是對過程或現(xiàn)象進行研究的，使用儀器裝置卻無法做到或缺陷較多，可采用計算機模擬實驗的辦法來解決。中國科技大學(xué)制作的《物理仿真實驗》，適宜于學(xué)生在計算機上做近代物理實驗，可彌補經(jīng)費和實驗設(shè)備的不足。

3 演示實驗。課堂演示實驗以輔助講課，驗證理論，以加深學(xué)生的有關(guān)概念的理解，高效率地向?qū)W生傳遞科技信息，開闊眼界，啟迪思維，激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。

4 教師使用的軟件有實驗預(yù)習(xí)、數(shù)據(jù)檢查、實驗幫助與思考，評分系統(tǒng)，成績管理系統(tǒng)。可檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，檢查學(xué)生測量數(shù)據(jù)的正誤，評定實驗成績。

三、CAI的發(fā)展——遠(yuǎn)程實驗教學(xué)

目前CAI課件的研制開發(fā)蓬勃發(fā)展，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及與發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)版的CAI系統(tǒng)越來越多地出現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)版的CAI不但能使學(xué)生通過圖形、動畫學(xué)到知識，而且通過學(xué)生間、師生間的交流得到更多的知識，這是單機版CAI無法做到的。

遠(yuǎn)程教學(xué)，就是通過軟件操作，師生之間、學(xué)生之間可以進行面對面的交流。這不僅節(jié)省了大量的時間和資金，使課堂效果變的活潑融洽，也增加了教學(xué)的靈活度。由于我國的校園網(wǎng)絡(luò)建立的還不完善，現(xiàn)在還無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程實驗教學(xué)，但我們相信，隨著科技的進步和計算機技術(shù)的發(fā)展，在不久的將來，高等院校之間將建立信息高速公路，實現(xiàn)跨校的教學(xué)活動，互相承認(rèn)學(xué)分，學(xué)生可以在本校選修他校的課程，充分發(fā)揮現(xiàn)有資源的作用。

CAI的目的是促進學(xué)習(xí)，它不僅是教學(xué)手段的更新，而且還必然對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系乃至教學(xué)思想都產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。但是，不可否認(rèn)，CAI只能是一種教學(xué)輔助手段，不可能代替物理實驗，而只能起到輔助物理實驗教學(xué)的作用。它將以輔助教學(xué)為宗旨，吸取高科技的精華，不斷推動物理教學(xué)現(xiàn)代化。