計算機輔助教學在中學物理實驗中的應用

【摘 要】本文總結了計算機輔助教學（Computer Aided Instruction ，簡稱CAI）在中學物理實驗教學中的應用，主要介紹了計算機模擬實驗、采集實驗數據、處理實驗數據等應用。

【關鍵詞】計算機輔助教學CAI 物理實驗 優化課堂教學

計算機輔助教學（Computer Assisted Instruction）簡稱CAI，是運用計算機及其相關設備和設施的先進性能，并使用經過精心設計的相關教學軟件（課件、教學資源）來幫助教學，以提高教學質量、教學水平和教學效率為目的的一項技術，是現代信息技術和現代教學理論在教學中的應用。與傳統的教學方式不同，CAI為教師提供一個現代化的教學手段，大幅度提高了教學效率。下面就計算機輔助教學在中學物理實驗中的應用，談點自己的認識和體會。

1．課堂多媒體講授輔助軟件的應用

將多媒體教學課件應用于物理實驗教學， 采用計算機工具軟件來處理圖形、公式等， 同時引入聲音、動畫、視頻、文字， 用文字信息說明實驗目的、原理和步驟， 用圖形和動畫演示實驗原理和過程， 用示范操作視頻演示實驗操作要領， 可以在一定程度上增強實驗教學效果。

2．模擬實驗、仿真實驗相關教學軟件的應用

在中學物理實驗中，很多實驗存在明顯的不足，比如有的在當前條件下無法進行，有的實驗的讀數、實驗的現象、實驗的結果細小而不易觀察，有的瞬息即逝等，若利用計算機相關教學軟件進行科學模擬，則可彌補這類實驗的不足。例如：α粒子散射實驗，將實驗裝置及實驗過程制成計算機三維動畫，來重現盧瑟福發現原子核式結構的過程，取代了空洞的說教，使學生不會感到枯燥難學，對原子核式結構有更深的理解。如圖1是α粒子散射實驗裝置圖，熒光屏與顯微鏡連在一起可在底座上繞金箔360度轉動。熒光屏和顯微鏡轉到任一角度，顯微鏡中都能觀察到粒子數的變化，真實感較強。圖2即表示了熒光屏和顯微鏡轉到某一角度時，所觀察到的粒子數，這個輔助教學課件形象地模擬了α粒子散射實驗的實驗過程，在教學過程中，課堂氣氛活躍，學生的學習興趣被充分調動，對學生掌握知識起到了一定的作用。

再如：如游標卡尺的原理、使用及讀數的教學，因為儀器小刻度細微，給教學演示帶來了較大的難度，可運用計算機人機交互性及智能性，設計軟件模擬游標卡尺的測量過程，且測量值隨機多變，具有真實感，并將儀器尺寸和刻度線充分放大，方便了教師的講解和學生的學習。如圖3是“游標卡尺課件”用來模擬游標卡尺使用過程中的一幅圖，可以用鼠標拖動圖中游標模擬測量，進行讀數練習，并且課件能給出正確讀數，幫助學生糾正讀數錯誤。

另外，螺旋測微器、電流表、電壓表的讀數都可以模擬放大；還可用“宏觀縮小”法模擬日食、月食的形成，人造衛星的運行等；用“慢鏡頭”來模擬平拋運動、碰撞過程中的形變和恢復、電容器充放電過程等；還可模擬看不見摸不著分子熱運動、布朗運動、電場線、磁感線等。

可見，利用計算機相關軟件進行制作，對輔助物理實驗教學，具有不可代替的作用，它是“能做實驗”的補充、“難做實驗”的模擬，復雜物理現象的展示、抽象物理概念的剖析，微觀世界的放大、宏觀世界的縮小，使物理過程變為有形，有聲，有色的生動畫面，極大地豐富了學生的感性認識，激發了學生的求知欲，同時也有效地引導了學生對物理過程的分析研究，促進了學生科學思維的培養，有利提高教育教學質量。

3．利用計算機采集實驗數據

利用計算機實時測量技術，不但可以準確快捷的測得結果，增加實驗的可信度，提高實驗精度，并且還可完成一些常規儀器難以完成的實驗，如瞬時速度的測量，就可利用計算機輔助實驗，用光電門直接測量。有了瞬時速度，機械能守恒、動量守恒實驗可以迅速完成；再利用計算機的計算功能，也可以迅速得到加速度，牛頓第二定律也可以準確快速得出。

4．利用計算機處理實驗數據

有很多演示實驗都要當堂測量數據、當堂計算、當堂得出結論，傳統的人工數據處理要耽誤許多時間。學生分組實驗也是這樣，過去常常是學生在實驗室測完數據后回到教室處理數據，如果出現差錯，也沒有辦法補測，有時還發現有學生編造實驗數據的情況，不利于培養學生實事求是的科學品質。如果利用計算機處理實驗數據，則可立即得到實驗結果，即時發現測量錯誤，學生可以當場補測，同時可以使教師當場評價學生的實驗數據，這樣可以節省時間，提高課堂效率。

總之， 隨著教育現代化的不斷深入，計算機輔助教學的模式將在中學物理實驗教學中不斷地創新和完善，我們也將會逐步理解和掌握CAI的使用技巧，使計算機在輔助中學物理實驗教學過程中，不斷提高實驗效果，優化課堂教學，為提高教育教學質量發揮更大的作用。

【參考文獻】

［1］陳典義. 現代信息技術整合物理實驗教學的思考. 教學儀器與實驗，2005（8）.

［2］張德偉，何曉芳. 新課程與教學改革. 北京出版社，2005.