計算機在物理教學中的應用

馮長平

摘要：本文著重討論計算機在物理教學中的應用及其注意事項。

關鍵詞：計算機；物理教學；課件

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）07-0099

計算機是20世紀世界上最偉大的發(fā)明，它在各行各業(yè)的廣泛應用，使21世紀的人類社會成為信息化社會。信息化的社會對教育信息化的發(fā)展、對信息化人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。為了適應社會對人才的需求，計算機將被廣泛地運用于學校教育教學中，它在學校教育教學中的應用將推動整個教育教學的變革，引發(fā)教育觀念、教學內(nèi)容、教學模式、教學手段等一系列的變化。作為21世紀的物理教師，應該發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢，積極投身于把計算機運用于物理教學這一活動中，把抽象的、豐富多彩的、難學的物理學變成學生容易接受的、樂意學習的一門自然科學，為我國的科教興國戰(zhàn)略貢獻自己的力量。下面，筆者就計算機在物理課堂教學、實驗、指導學生學習等方面的應用談談自己的看法。

一、物理課堂教學

21世紀要求人們具備更多的科學文化知識。以前的課堂教育模式已經(jīng)不能滿足時代的需要。利用計算機輔助教學可以增大課堂教學的信息量，滿足知識經(jīng)濟時代對教育的需求。什么是計算機輔助教學呢？計算機輔助教學（Computer Assisted Instruction）簡稱CAI，就是以數(shù)字方式表現(xiàn)學科教學內(nèi)容和過程的圖、文、聲、像、動畫以及活動影像等信息，這些信息用來幫助或代替教師執(zhí)行部分教學任務，為學生傳授知識，提供訓練技能、檢索或解答疑難問題以及進行水平測試等。計算機是輔助教師完成各項教學任務，幫助學生完成認知過程，支持學生學習過程的認知工具，它的理論基礎就是認知構(gòu)建主義學習理論。計算機的出現(xiàn)為學習者提供了理想的構(gòu)建主義學習環(huán)境。

從教學軟件方面來看，用于執(zhí)行教學任務的計算機程序，我們稱其為課程軟件，簡稱課件。它是實現(xiàn)和支持特定課程的計算機教學軟件和配套學習過程的軟件。而把用于物理課堂教學的計算機應用軟件稱為物理課件，它是一種全新的教具。物理教師可以利用Flash、PowerPoint、Authorware、幾何畫板等多媒體集成軟件，并根據(jù)自己的創(chuàng)意，將文本、圖片、聲音、動畫、影像等素材集成，創(chuàng)作出聲畫并茂、情景交融的物理課件。這樣可以使學生在愉快的環(huán)境中學習物理概念、掌握規(guī)律。物理課件的使用與制作是21世紀物理教師必備的素質(zhì)。

從教學效果來看，把物理教學內(nèi)容以豐富、生動的多媒體形式來表達，改變了課堂教學形式單一、直觀性差的缺憾。恰當運用計算機這種現(xiàn)代化的教學媒體，可以使教學內(nèi)容生動活潑，教學過程弛張有序，增大信息量，提高信息質(zhì)量，提高教學效果。

從社會發(fā)展的趨勢來看，現(xiàn)行的課堂教育模式將被網(wǎng)絡教育模式所代替，當學校實行網(wǎng)絡化教學時，將對物理教師提出新的要求。

二、模擬物理實驗

計算機系統(tǒng)模擬物理實驗是計算機運用于物理教學的重要內(nèi)容，我們可從以下幾個方面利用計算機模擬物理實驗：

1. 形象逼真化方面

計算機系統(tǒng)可以對一些不可為實驗（如原子彈爆炸、核裂變、天體運動等），危害性實驗（如放射性衰變），過程性實驗（如電容器充、放電時極板上電量的變化），原理性實驗（如示波器內(nèi)粒子的運動軌跡），無法看到或看清的現(xiàn)象（如通電導線中的電流、原子結(jié)構(gòu)、布朗運動）等具有獨特的演示效果。模擬實驗可以使抽象的物理概念形象化，使學生有一種身臨其境的感覺，使學生頭腦中建立起形象的物理情景，加深對抽象物理概念的理解和記憶。

如講解開普勒定律時，計算機能為學生描繪一幅天體運動的圖象。行星圍繞太陽運轉(zhuǎn)時，其軌道為橢圓。

2. 可控方面

計算機可以把一個自然界中無法變動的過程根據(jù)教學需要進行加快或減慢，這將有助于學生形成對物理現(xiàn)象和規(guī)律的正確認識。如：簡諧運動、電容器的充放電現(xiàn)象等。

3. 可重復和分解方面

有些實驗，我們只能看到最后結(jié)果，而形成結(jié)果的原理卻很難反映出來，給學生的理解帶來了一定的困難，如電子束的運動。計算機模擬實驗可以顯示實驗的各個環(huán)節(jié)。即教師在課堂上可以根據(jù)教學的需要對計算機模擬的物理現(xiàn)象或物理過程進行任意播放、隨意分解，直到使教學效果完美為止。

4. 理想化方面

近似方法是物理研究中很重要的方法，因此，物理學家在研究物理問題時提出許多理想化的物理模型。如：光滑、空氣阻力不計、質(zhì)點、勻速直線運動等。在教學中，教師無法找到與模型完全相符的例子。而物理課件可以完全滿足理想化的要求。

三、處理實驗數(shù)據(jù)

物理的演示實驗一般要求當堂測量數(shù)據(jù)、當堂處理數(shù)據(jù)得出結(jié)論。傳統(tǒng)的手工數(shù)據(jù)處理方法要耽誤許多課堂時間，不利于提高教學質(zhì)量。如果利用計算機處理數(shù)據(jù)，則立即可以得到實驗結(jié)果。

對于學生的分組實驗，利用計算機處理數(shù)據(jù)可以即時得出結(jié)論。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤，學生可以當場補測某些數(shù)據(jù)。同時可以使教師當場評價學生的實驗數(shù)據(jù)，這樣減少了教師批閱實驗報告時間，使教師能夠集中精力搞好別的教學工作。即計算機運用于實驗教學將有利于提高物理實驗教學的質(zhì)量。

四、采集實驗數(shù)據(jù)

在進行物理實驗時，首先必須采集數(shù)據(jù)。利用某種檢測技術(shù)將待測模擬量由傳感器和轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號收集到計算機中進行儲存、計算和處理的裝置我們稱其為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。以計算機為核心構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以在計算機的控制下自動采集實驗數(shù)據(jù)，這種方法可以完成一些常規(guī)儀器難以完成的實驗，能提高實驗測量的精度和效果，有利于學生在實踐操作活動中掌握知識，有利于學生創(chuàng)造力的培養(yǎng)和高素質(zhì)的形成。

五、學生學習指導

學生可以利用計算機學習軟件進行自學，可以根據(jù)自己的學習程度選擇適當?shù)牧曨}，可以與計算機對話。學生可以利用計算機動態(tài)模擬物理現(xiàn)象或物理過程，從而幫助自己審題。總之，利用計算機做物理習題既能培養(yǎng)學生獨立思考問題的（上接第99頁）（習慣和能力，又能兼顧程度不同的學生，真正做到“因材施教”。endprint

六、注意事項

1. 在教學過程中，不能用計算機模擬實驗代替真實的物理實驗。教學中應以真實的物理實驗為主，模擬實驗為輔。只有將真實的物理實驗與模擬實驗恰當結(jié)合起來運用于教學中，才能收到良好的教學效果。

2. 教師運用他人軟件時，應根據(jù)課堂的需要進行有效選擇，不能照搬照抄。

3. 對自己編寫的教學輔助軟件應注意內(nèi)容的科學化。即軟件模擬的物理現(xiàn)象或過程符合實際的物理現(xiàn)象或過程，絕對不能出現(xiàn)科學性方面的錯誤。如：注意物理規(guī)律的條件和范圍等。

4. 應注意到計算機輔助物理教學的缺點：一是容易造成教學內(nèi)容與方法的程式化。二是模擬實驗本身的不真實，影響說服力。

七、結(jié)論

在物理教學中，要使學生頭腦中建立清晰的物理圖像、形成正確的物理概念，直觀的物理圖景是非常重要的。因為直觀物理圖景的形象記憶，往往比語言符號的邏輯記憶更為重要。物理教學中的演示實驗、學生實驗以及各種參觀，是教師以前幫助學生在頭腦中建立清晰的物理圖景的主要方法。但對于理想化實驗、微觀物理現(xiàn)象、不易做或效果不易觀察的實驗等情況，教師只能采用講述的方法解決實驗問題。現(xiàn)在，物理教師可以利用計算機動態(tài)模擬、定格顯示、重復等手段，把物理圖像尤其是復雜的物理過程清晰、逼真、科學地模擬出來。這種動、靜結(jié)合，隨時可以反復展示過程的模擬，可以有效地幫助學生克服在形成表象過程中所遇到的困難，豐富他們的思維素材。

總之，利用計算機輔助物理教學的優(yōu)勢是明顯的，它既可以為學生提供生動、逼真的物理圖像、典型鮮活的物理現(xiàn)象，又能激發(fā)學生學習物理的興趣和積極性，最大限度地調(diào)動學生參與到教學活動中。同時，計算機輔助教學還能增加課堂教學的信息密度，減輕師生在課堂上的勞動強度，優(yōu)化教學過程，提高教學效率。

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[4] 物理通報雜志社編.計算機多媒體物理教學課件研究、設計、制作及應用[C].北京：北京教育出版社，2000.

（作者單位：河南省安陽縣二中 455112）endprint