计算机辅助物理课堂教学的典型模式.doc

计算机辅助物理课堂教学的典型模式物理组高二备课组 蒋明星 摘要:多媒体计算机、网络技术的出现引起了教育的革命。教学观念、教学手段、教学方法、教学模式等都发生了深刻的变化。随着教育技术理论的不断完善，人们将计算机纳入教学媒体系统中，用科学的方法对教学进行设计，这其中当然包括教学媒体的设计。结合西部贫困地区的物理教学现状，探讨了计算机辅助物理课堂教学的两种常用模式，即“演示-启发”和“片段切入式”教学模式。我国的计算机辅助教学(computer assisted instruction ,简称CAI)起步较晚(上世纪80年代),但发展很快。计算机辅助物理教学是利用计算机多媒体系统协助物理教师实施教学，帮助学生分析物理现象和物理过程,发现、认识物理规律,完成物理教学任务的一种先进的教学方式。CAI课件的其中一个类型是课堂辅助型。课堂辅助型，顾名思义，就是指在课堂教学中，应用多媒体计算机辅助教学。而在课堂教学中利用CAI课件进行模拟和演示则是经常用到的方法。比如：1模拟情景抽象的物理概念和物理过程传统教学中，老师讲的口干舌燥,学生听的厌烦,此时用课件演示,效果不错.如:伽利略理想斜面实验、导体在电场中达到静电平衡的原理等，非常直观。2转换观察空间将宏观的天体微观化，或将微观的粒子宏观化，用课件模拟或演示其运动过程，增强学生的感知能力，促进理解。如:开普勒三定律、“双星”、 a粒子散射实验、原子的核式结构、布朗运动等。3转换变化速度很多物理过程或瞬间发生、稍纵即逝，或变化过程非常慢长，学生对实验现象的观察很难全面细致，但CAI动画课件能很好的重现某些物理现象，按需要随时进行控制，或变快为慢、或变慢为快、或暂停。过程细节直观地呈现于学生面前。如:小球落到弹簧床垫上被弹起，尤其是小球下落从接触床垫到离开床垫的过程、原子核的衰变、裂变过程等。4展现思维过程很多物理方法、物理思维存在于人的头脑中，很难用实物演示，仅用语言又难以表述清楚。这时动画课件非常实用。如:轮船渡河问题、平抛运动的处理、“枪击顽猴”、带电粒子在电场中的加速和偏转、带电粒子在磁场中的偏转等，将抽象的思维方法和思维过程以生动形象的描述，学生容易接受。利用CAI课件进行课堂教学的常用模式主要有“演示-启发”和“片段切入式”教学模式。一、“演示启发”教学模式所谓“演示启发”是指发挥教师的主导作用，通过CAI课件展示物理现象及过程，充分调动学生的自觉性，引导学生积极主动地展开思维，主动地获取物理概念、原理、规律，并能够运用知识创造性地解决实际问题。CAI的“演示-启发”应用模式是包含有许多要素(学生、教师、教材、资料、CAI演示课件、其它辅助媒体)的系统，各要素之间也应满足系统论中的反馈、有序、整体原理，形成系统各要素间的科学合理结构，以发挥整体的功能。“演示-启发”模式结构为：3.演示物理过程模型时间顺序模型空间关系模型物理图象模型启发形象、直觉、抽象思维;1.演示建构物理情景启发产生疑问，问题意识；2.演示形成感性材料启发，构建思维起点基础;4.演示物理研究、处理方法启发、感悟物理方法. 现举几例说明:图5“平抛运动”中开始演示“飞机投弹”的动画便为变式1，如图(5)是利用CAI演示飞机投弹动画的一帧，动画中飞机的初速度可任意调节，同时动画配有逼真的声音(如撞击声、枪声等)。提示学生把握投弹时机,并提出问题：“如果炸弹不能击中目标,那是为什么,能击中的依据是什么?通过这节课的学习,大家就知道为什么了。”通过演示课件来辅助平抛运动的教学，不但给学生提供了丰富的感性认识，激发了学生学习物理的兴趣，调动了学生学习的积极性和主动性，而且突破了重点和难点，提高了教学效率，培养了学生的能力。达到创设情境，激发学习兴趣，增强学生的问题意识。“宇宙速度 人造地球卫星”中演示牛顿当年设想的从高山上用不同的水平速度抛物体的情景为增加学生感性认识的一例，如图6所示。图6 在课堂教学中要明确学生的主体地位，培养学生独立思考、探求知识的能力，养成良好的思考习惯，使“演示-启发”模式真正体现现代教育思想，学生能主动建构，不至于使“演示-启发”模式由过去“粉笔+黑板”的人灌变味为电脑+光盘的“电灌”。民主宽松的课堂环境、生动活泼的探求氛围很有必要，教师不能变主导为“主宰”，要让学生有表达观点、提出学习上要求的机会。学生有提出疑问，乃至自由讨论的自由，教师不能以维持课堂秩序为由，否定学生的正当要求。比如演示CAI课件时，学生由于某种原因，一些细节没有观察清楚，使思维的深入产生障碍，而提出重新演示，教师应满足学生的要求，不能简单斥责学生上课注意力不集中，预以拒绝。如果那样岂不是剥夺学生学习的权利，钻研的自由，学生在课堂讨论时离开了主题，教师要引导回主题，而不能简单粗暴地批评。二、“片段切入式”教学模式我们在利用计算机进行辅助课堂教学时，常常不是整节课都用计算机辅助手段，而是根抓教学内容的需要，适时地插入一个“片段”，利用计算机辅助手段，说明一个问题，分析一个动态的物理过程，研究一个物理现象等等，以便解决教学中的难点、疑点。这种教学模式灵活、方便，我们称为“片段切入式”教学模式。“片断切入式”教学模式的最大特点在于灵活性，根据课堂教学的需要适时引入。当然，这种模式中的一些片段仍然具有演示的功能，但并不是全部。如在某些实验教学中可以利用计算机进行数据的采集、分析、处理。如 “单摆的周期”教学中,在验证周期与摆长的关系时,把学生分成15个小组,每组4人,让每个小组的摆长不一样,测出数据, 让学生用列表法学生处理数据,培养学生处理数据的能力。学生得到：摆长越长，周期越大，但无法得出两者的数学关系式。引导学生改变数据处理的方法，培养学生的发散思维。老师：能否用图象法处理？学生画出了周期和摆长的关系图是一条任意曲线，仍然无法得出两者的关系式。老师引导：能否转化坐标轴，使画出的图象为一条直线？比如，把某个量进行平方或平方根。学生结论：1.周期的平方与摆长的关系图象是一条过原点的倾斜直线,所以周期的平方与摆长成正比。2. 周期与摆长平方根的图象是一条过原点的倾斜直线,所以周期与摆长的平方根成正比。老师：借助计算机数表软件进行数据处理，在操作中，把T（周期）和L（摆长）的趋势线设定为乘幂关系，并选择“显示公式”选项，计算机可直接得出，即周期与摆长的平方根成正比。（让学生掌握数据处理时常用的方法：列表法、图象法、数表软件，并通过比较，鼓励学生学习计算机技术。）再如“平抛运动”中，在引导学生得出向水平方向和竖直方向分解后，为了得到两个分运动的具体性质，可采取如下措施：安装仪器，调整斜槽末端水平，在墙壁上事先贴上已画好的坐标纸（用水平仪使坐标纸水平），调好摄像机的位置，录下小球做平抛运动的全过程。利用软件超级解霸的连续抓图功能，截出一系列等时间间隔的图象，可选取其中连续的45个点，把每个点投在投影仪上，让学生记下每个点的坐标，根据记录让学生在自己的坐标纸上标出各点并用平滑的曲线连起来，得到平抛轨迹。因为所描各点等时间间隔，所以学生很容易发现水平方向上相邻两点间水平距离都一样，于是推出水平方向是匀速直线运动。竖