多媒体计算机辅助中学物理教学.doc

多媒体计算机辅助中学物理教学物理组：曾利平前言随着时代的发展，多媒体计算机，以其强大的功能，激发了人们的求知热情。丰富的内容、生动的画面、巧妙的链接组合、多采的演示效果，使人们能够长时间的端坐荧光屏前，留恋忘返。若与Internet相连，则可以轻易将自己融入世界知识的海洋，随时倾听时代的脉搏。在现代课堂教学中，录音机、电视机、幻灯机、投影仪等现代电化教学手段作为常规教学手段的有益补充，向学生提供了大量直观感性材料，在提高学生的学习兴趣、增强学生的学习主动性方面发挥着重要作用。而计算机技术的普及与提高，向传统的“五个一”（一块黑板、一支粉笔、一张嘴、一本教材、一本教案）的教学模式提出了挑战，并迅速成为发展现代化教育不可或缺的工具。多媒体计算机的强大媒体处理功能使现代物理课堂教学又有了新的发展。一、 多媒体计算机辅助中学物理教学的优势、丰富的表现力：运用多媒体技术，可以模拟仿真各类情境，在课堂教学的过程中根据物理学科的特点，针对不同的教学内容，综合运用声音、图像、视频、动画等多媒体手段创设情境，化不可见为可见，化静态为动态，化抽象为直观，化复杂多变为简洁明了，可以最大限度地调动学生的积极性，激发学生的学习兴趣，又能够充分表现教学内容，突出重点、突破难点，引导学生积极探索、主动学习。例如：在制“交变电流”的课件中，矩形线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动,切割磁感线产生感应电动势。为了很好的认识这一物理过程,我们可以通过动画,色彩,闪烁和音响等多种技巧的运用,这样不仅可以很好地帮助学生完成从立体图像向剖面图的转移,而且还可以很好地表现线框在旋转过程中,速度矢量与磁感线之间夹角的变化和感应电动势变化的过程,以及两个量变化之间的对应关系,并在屏幕上设计多个窗口,使各个量的变化与线框的转动呈动态展示,这样在学生头脑中就形成了一个很鲜明生动的形象,便于学生在此基础上进行进一步理性思维。又如:在讲解和解答某个问题时(有下题、图),为了对物理过程的分析,可利用简单的动画技术就可以很好地演示整个物理过程,而且我们还可以通过在动画中插入几个控制点,就很容易分析物理过程的各个阶段,这样就能够引导学生重视对物理过程的分析和研究,有利于培养学生正确的物理思想和物理方法。还有船闸的工作过程、发电机与电动机的工作原理、四冲程内燃机的工作过程等都可以用多媒体技术制作很漂亮的课件，帮助学生理解,利于教学.学生不易搞清楚的，若运用了视频或动画手段展示其过程，则可顺利地引导学生突破思维障碍，使原本艰难的教学活动充满了魅力，有效地激发学生的学习兴趣。CBVA图一在光滑的水平面上有木块A和B，mA=0.5kg,mB=0.4kg,它们的上表面是粗糙的,今有一小块C，mC=0.1kg以初速度V=10m/s沿两木块上表面滑行，最后停在B上，此时B、C以共同速度V=1.5m/s运动。求：（1）A运动的最大速度VA=?（2）C刚离开A时的速度VC=? 、巨大的容量：运用多媒体技术，可以增大课堂教学容量，开拓学生视野，提高教学效率。如：在介绍一个公式或定理(牛二定律)时,为了对其深入的理解和运用,我们可利用多媒体技术让学生欣赏伟大的科学家牛顿相关的文字、图片资料或视频剪辑,并结合教学内容进行大量的巩固练习，能促进学生对所学知识的理解、掌握。 、打破单一的教学模式:(1) 以教师讲解为主,计算机作辅助演示, 加大课堂容量,提高课堂效率。(2) 课堂中有利于学生的参与。(3) 向学生传授基本的动画技巧由教师描述物理图像或物理过程,学生根据教师的描述以呈现,或对教师提供的原有动画进行修改,培养学生建立物理图像的能力.() 培养了学生的创造能力及创新思维等。 4、有助于理解实验结论：在研究平抛运动的实验中，课本上是依据同时开始做平抛运动的物体和做自由落体运动的物体总是同时落地这一实验现象，得出平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动这一结论的。从现象到结论，不管用什么语言解释，总显得不够实在。若我们用函数编制一个动画，在实验演示以后播放，就可以很清楚、很实在地说明结论。首先重现实验现象，然后，过两个一起下落的小球连一条水平直线，使直线随小球一起下落，并放慢动画速度。这样一来，学生接受结论时就觉得自然、合理。5、良好的交互性：多媒体课件不仅可以在内容的学习使用上提供良好的交互控制，而且运用适当的教学策略，指导学生学习物理，更好地体现出“因材施教”的原则。 6、极大的共享性：网络技术的发展，多媒体信息的自由传输，使得教育在全世界的交换、共享成为可能。以网络为载体的多媒体物理课件，使物理教学资源的共享成为可能。由此可见:多媒体课件在教学中的应用，增大了课堂教学的容量，改善了老式教学媒体的表现力和交互性，促进了教学内容、教学方法、教学过程的全面优化，提高了教学效果。二、课件的开发工具和建议纷繁的素材，只有经过精心的加工、整理，才能用于课堂教学。多媒体辅助教学的开展，必须与课件的开发同步进行，而多媒体课件的开发必须由相应的多媒体开发工具来完成。对于多媒体制作的软件常见的有：国外的如Macromedia公司的Authorware、Director、Flash，Microsoft公司Powerpoint、VB ，国内的主要有武汉汉声公司的洪图、北大方正公司的方正奥思、金山公司推出的Wps2000等。除此以外，其它的一些软件如：文字处理软件Word、网页制作软件Frontpage、图像处理软件Adobe Photoshop 、音频编辑软件Sound Forge、视频编辑软件Adobe Premiere、三维动画制作软件3DS Max、甚至画图软件、各种计算机语言等等，也是必不可少的。我认为初步尝试开展多媒体教学的老师，最好从微软公司的Powerpoint起步，是由于：（）该产品所见即所得的操作界面非常友好，完全可视化的操作，适合电脑初学者使用；（）与该产品相配套的辅导资料（书籍及教学光盘）在市场上随处可见，边学习边实践，初学者也能很快入门，并在短时期内制作出较高质量的课件；（）该产品功能强大，可以很方便地插入图片、音乐或视频剪辑，并可以通过超级链接实现交互功能，既美化了课件外观，又丰富了课件内容，从而使制作出的课件引人入胜。 Authorware是由Macromedia公司开发的基于图形符号的可视化多媒体创作软件，功能比Powerpoint更为强大，且编辑环境较为简单，同时Director也是功能很强大的多媒体创作软件, 初学者都可不妨一试。三、 多媒体课件的开发过程多媒体课件的开发是开展多媒体辅助教学的基础与核心。多媒体主要是指文字、声音、图像、动画和视频，而多媒体课件可以方便地实现文字、图形、声音、动画及活动影像等多种媒体的互相配合、协调呈现，直接诉诸学生的多种感官，使学生更积极有效的接受知识。文字、图像、声音、动画、视频以及其间的交互控制是构成一个多媒体课件的基本元素，多媒体课件的开发，就是将这些元素有机地组织起来。其开发过程有： 、需求分析（1）使用课件要达到的目的即要通过深入细致的分析，明确以下三个问题本节教学内容的重点和难点是什么？哪些问题使用传统的教学方法不能解决？如何利用多媒体辅助手段突破教学难点？（）采用何种教学模式即要根据课程内容和特点，确定本节课是以教师的讲解、演示为主还是以学生的自学、练习为主。教学模式对课件的风格和表现形式起着决定性的作用。（）课件的内容并非所有的教学内容都适合或有必要使用多媒体来表现。多媒体课件的内容既要根据教学需要来决定，还应注意充分发挥计算机的优点，克服传统教学中的不足。具体到教学中，有些实际操作困难、仪器十分贵重或有危险性的实验。如：帕斯卡实验、粒子轰击金铂实验等，通过视频剪辑或动画模拟，学生很容易看清变化的过程和原理，运用多媒体模拟是很合适的，是传统教学所无法比拟的。可见，利用课件的直观、形象、生动的特点可以帮助学生理解那些枯燥、抽象的知识点，而那些一目了然或用其它教学媒体就能使学生快速掌握的内容，则没有必要制作多媒体课件。（）教学对象不同年龄段的学生认知结构差别很大，多媒体课件的设计必须与学生的认知特征相适应。初中生逐渐开始由直觉思维向抽象思维过渡，此时，应通过多媒体课件引导学生学习抽象概念，高中生可进一步在课件中加大三维、立体概念，让他们学习用语言符号去解释事物的内在规律，以逐步发展其逻辑思维能力。（）其它因素如课件的运行环境、设备的配置、素材的获取等问题也应该认真考虑，做到心中有数。、教学设计这是多媒体课件开发过程中的重要环节，步骤有：（）对所选教学内容进行深入细致的分析，了解大纲的要求，分析重点、难点，明确在教学过程中使用传统教学方法难以解决的地方在哪儿。（）对课件进行需求分析，明确应用课件要达到的目标及与之相对应的教学模式（课堂教学型、课外自学型、练习辅导型），并以此为依据大体规划所需的媒体表现形式。（）更深入地规划课件所涵盖的教学内容，明确课件由哪些板块组成，并确定各板块所涉及的内容，明确整个教学过程在课件各部分中的表现形式。、编写脚本脚本设计是多媒体课件制作过程中的又一重要环节，它将课件的设计和制作紧密地联系在一起，是课件制作最直接的依据。脚本的设计要按照教学设计的要求，并结合所用软件的特点来进行，要对制作过程进行全面、细致的划分，并以书面形式详细地写出来。即将课件内容进一步细化，具体到每一屏的显示内容、画面设计、表现形式以及按钮的操控等都要一一罗列清楚，使其成为课件制作的精确的“图纸”。为增强课件的感染力和表现力，在编写脚本时，还应注意课件的艺术设计，如：界面色彩的搭配、背景音乐的选择、图文的排版、文本字体字号、图形、图片的过渡效果、视频、动画的显示位置等。课件整体风格的确定和对素材的艺术化处理，会对教学过程产生潜移默化的作用。、 素材的准备（）、寻找：一些通用的图画、声音、动画等素材库有大量的素材可供我们选择，我们可以实行拿来主义，根据课堂的实际需要选择使用。比如我们在制作课件时，为给学生创造一个良好的学习环境，在课件中就可以准备一段清音乐。这个音乐文件不可能由自己去制作，于是我们就可在光盘上去找一个适合课堂气氛的音乐文件。（）、改编：能够直接拿来固然好，但直接得到的素材往往并不特别合适，这时我们如果能够加以修改，使之适合自己和课件设计思想，则会取得更好的效果。如我们需要一些图像，就可用扫描仪进行扫描，扫描的图像效果不太好，我们就用画图软件或PHOTOSHOP等软件加以处理。（）、制作：为了制作完全适合自己的课件，还必须学会制作一些素材。比如：要想制作一小段漂亮的三维动画就可以用3DS、MAX制作出多媒体制作软件能够识别的动画文件。一些背景或图画则可以用画图软件自己制作，再运用PHOTOSHOP等图像处理软件进行加工。 恰当地选择多媒体课件的素材，能使课件的表现力更加丰富，有利于最大限度地调动学生的学习积极性。例如：用视频、动画描述生活中不易见到的现象，能引发学生的学习兴趣；图片不但能吸引学生的注意力，还能生动地说明问题；通过语音解说及时对画面进行介绍能帮助学生更好地理解有关内容，合适的背景音乐能够烘托气氛、渲染情绪。、 课件的生成、调试与打包在多媒体开发工具的支持下，按照设计脚本的思路，将准备好的素材有机的组合起来，一个多媒体课件便生成了。为保证课件的正常使用，还需要多次调试，以便能够发现课件在运行当中存在的问题，及时修改。调试完毕后，通常还要将制作好的源文件打包，使之生成为可执行文件。至此，整个课件的制作才算大功告成。课件制作实例：（主要介绍生成过程）Authorware开发课件1、 插入Director或3D动画 Authorware5.5可直接插入Director或3D动画及SWF文件,并可对它们进行设置。若课件分为几章,每章内容的动态效果都可用Director或3D来完成,故需要在Authorware中插入Director或3D动画.Authorware5.5新增加的支持Director或3D的功能,使之十分方便.具体方法如下: 选择标题栏中Insert/media Director或3D /Director或3D.单击,会出现一个对话框,选择要插入的Director或3D动画的路径,确定即可。这时流程线上会有一个图标Show wave Director或3D,如果你想修改Director或3D动画,双击这个图标,会打开它,并有一个对话框,在这个对话框上,你可以选择透明模式,不擦除或事先擦除动画及出现擦除方式(如由上到下,马塞克等,有一百多种),用鼠标选中动画,可调整它的位置.由于它是外部调用文件,此时不能改变它的大小,故事先需根据要求设计好。 另外,因为Director或3D是外部调用,所以一定要指明它的路径.打包时要指定搜索路径,否则会出错。2 、交互功能的生成对课件的具体内容,需要把它们按一定的逻辑结构链接起来.Authorware具有强大的交互功能,它利用交互图标、导航图标、框架图标、热区等逻辑结构连接起来,使得使用者可以方便地找到相关内容.例如:课件内容分为第一章（电流强度）、第二章（电压）、第三章（电阻）等,结构如下图所示,进入主菜单,可以看到课件的大概内容,用户可以进入任意一章。可以返回到主菜单,下一层同样.这样一层一层嵌套下去,且可以前后随意跳转。电阻菜单热区电阻内容主菜单进入电阻变阻器 热区进入电 电流强度 电压返回电阻课件内容结构框图返回 放一个显示图标在流程线上命名为主菜单,假定每章标题都已做成按钮.那么,我们用交互图标和导航图标可以实现上图所示交互功能.其流程线为: 在主菜单图标下放一个交互图标,在其右边放一个导航图标,会有一个对话框,选择ot Spot (热区)。依次在右边加导航图标(导图标个数视主菜单具体内容而定),最后放一个运算图标,然后在流程线上放一个框架图标, 双击打开，将其中的图标全部删除，在右边放上几个显示图标，命名要和上面的导航图标一一对应。双击导航图标,在弹出的对话框中可以看到各章内容连接起来了。那么,如何实现由主菜单向各章内容的跳转呢?下面,对热区进行设置。 以第一章（电流强度）为例,双击第一章（电流强度）导航图标上的热区按钮,进入编辑状态,并且会弹出一个对话框,选中第一章的热区框,拖到主菜单画面上第一章标题按钮上,并调整它的大小,使其和按钮的范围一样。对鼠标的响应条件,对话框上提供了三种状态: 鼠标拖过、单击、双击。选中双击,对于响应热区的鼠标形状,Authorware提供了许多种,可自由选择。完成之后,运行时,双击第一章标题按钮,就会进入第一章的内容,其它各章也如此设计。 运算图标用来设置退出,双击打开运算图标,写入语句Quit(0)即可,这样就完成了菜单的设计,对于每章中的内容,也采用同样的方法,不同的是,运算图标是用来设置返回,使其回到上一级菜单名,只需写入语句Go to(IconID“上一级菜单图标名”)即可。 为了使课件更加生动,我们对一些退出图标使用了GIF动画,实现方法是:选择Insert/media/Animated GIF,弹出对话框,然后单击浏览。选择要插入的GIF图标,确定。如果想改变图标位置或显示方式,双击流程线上的Animated GIF图标。打开对话框,选中GIF动画,调整位置,选中Display对话框,选择透明模式。 为了使不同页面切换时形式类似,可以改变每个画面的擦除和显示方式,方法是先选中装载有画面的图标选择菜单栏Modify/Icon/Transition,在对话框中选自己喜欢的方式。 课件的打包 课件制作完成以后,Authorware对课件进行打包,使其脱离Authorware环境也能够执行。选择菜单栏中File/package,弹出对话框,下拉框中有三个选项:“Without Runtime”“ For Windows3.1 ”“For Windows95/98/NT”,选择“For Windows95/98/Nt”,下面有四个选项,选前三个,然后开始打包,保存到指定的文件夹中。 程序发行时,需要包括外部文件以及使用的各种的驱动程序。若课件中使用了大量的Director文件,而这些文件都是需外部调用的,因此必须指定搜索路径。假定所有的文件都放在硬盘分区根目录Director文件夹中,可以两种方式指定路径()在程序流程图处放一运算图标,其中写上语句:Search path:= “c:/ Director;d:/ Director;”这样程序运行时会按照这个顺序搜索所需文件,()选择菜单Modify/File/Properties,在弹出的对话框中选择Interaction项,在Search path栏中填入:c:/ Director ;d:/ Director。程序打包需要Xtra文件和一些DLL文件。32位的u32、ucd文件同打包的exe文件在一个文件中,可把Authorware文件中的这些文件拷到打包文件所在的文件夹中即可,否则程序不能正常运行。四、 多媒体计算机辅助中学物理教学的局限性1、使用不当极易造成违背物理学科本身的特点纵观物理学的发生与发展过程，物理学有其两个特点：（1）观察、实验与科学思维相结合，（2）以数学为工具进行定量研究 。 据我所知，计算机辅助中学物理教学实践中，有很大一部分课件利用了计算机强大的动画和计算功能模拟物理实验，以代替本身可以进行的演示实验，有的甚至通过建立数学模型，模拟实验仪器、仪表和元件，建立模拟实验室提供给学生进行研究性实验，使物理实验丧失了其在物理教学中应起的作用。AVR1R2PS研究电流与电压的关系图如果用计算机的模拟来代替实际的实验操作，这样不利于培养学生的观察能力、思维能力、科研能力，不利于激发学生的学习动机，提高学生学习物理的兴趣。甚至学生还会产生这样的疑问：这是真的吗？这样无疑对素质教育不利。这种模式教出来的学生，只可能是纸上谈兵，无一点实际操作能力。例如：“欧姆定律”一节中，我们研究加在导体两端的电压和流过导体的电流强度的关系，有一位老师做了这样的课件：在Authorware制作平台下画出电路实物图，并用其交互及计算功能，在移动图中滑线变阻器的滑动头时取得对应的电阻值，计算出相应的电压、电流值，并在图中的电压表和电流表上反映出来。虽然这样的课件进行演示讲解，显得方便、简捷、正确，而且外观精致，但同时也失去了物理实验的全部特点和演示、验证的功能。 2、课堂上会造成老师与学生的注意发生分离在CAI教学中,教师的操作点在键盘,学生的注目点在电脑屏幕,这种师生的注意对象在空间位置上的分离不可避免地拉大了师生之间的心理距离,阻断了师生间情感交流的有效通道眼神的交换,从而使教学效果,教学效率都不会很好.而在传统的教学课堂上,无论是教师的讲学生的听,还是教师做演示实验,学生看思考,甚至是教师的行为，言语.都直接与学生对话，师生的情感交流得了很好的体现有利于教学效率的提高。3、 CAI课件制作过程较严重的影响了正常的物理教学工作在开展的多种多样的教学实践活动，其中最热的要数CAI课件的评比，既然评比，就有很强的导向作用，（具了解有众多的教师都只是为了评比、上公开课、观摩课等而做CAI课件，这样的老师占了相当大的比例，这种情况是极不正常的。）多媒体课件大多数运用大量的图片、动画、背景音乐，令人目不暇接；一个课件占据磁盘空间少则数十兆，多则上百兆；有的32兆内存才能运行。课件的制作也是相当花费时间的。制作好一个课件，一般是在一周左右，个别课件可能会超过一个月，让一些教师望而兴叹。毋庸置疑，通过制作课件确实能提高微机操作水平。但现实情况是，教师日常的工作已经满负荷，计算机技术发展又这么迅速，教师把过多的精力用于课件制作上势必影响其教学活动。教师的主要工作应是在教学中适当地应用教学软件，而不是编制软件。五、 多媒体计算机辅助中学物理教学的完善1、硬件设施的完善多媒体辅助教学活动的顺利开展，离不开一定的硬件支持，除了必须的一台多媒体电脑以外，扫描仪、视频采集卡、刻录机、数码像机等外部设备也是时常要用到的。只有具备了必须的硬件设施，才能保证多媒体辅助教学工作的顺利开展。2、教师队伍的培训我们都知道，任何一节课，既包含有教材中规定的共性的东西，又附带着教师的个性色彩。因此，用于辅助教学的多媒体课件，也应当在容纳教材中共性知识的同时，体现出使用者的个性特点。而这就要求教师在搞好教研活动的同时，掌握一定的多媒体制作技术，只有长缨在手，才能随心所欲。但是当前，绝大多数的教师，没有经过系统的电脑知识培训，不了解多媒体课件的开发技术。这已成为发展多媒体辅助教学工作中的最大障碍。只有加强对广大一线物理教师的培训，让他们对几种多媒体软件有一定了解，能够正确操作、熟悉界面，有助于CAI。3、 CAI的制作应有专门的制作小组开发高质量的多媒体课件，需要具备两方面的条件：（）教材、教法的准确把握和对教学对象、教学过程的深入（）相关的多媒体制作技术开发者如果不深入到教学实践当中，不认真研究教学大纲，钻研教材、教法，不去了解学生的实际情况，即使有高超的多媒体制作技术，也难以开发出优良实用的课件。从而教师应学会“拿来主义”。让众多的软件应用和设计交给专门的设计小组，而让教师在CAI教学实施过程中应扮演一个应用、消化者的角色，在平时注意积累各种材料，充分发扬鲁迅先生所提