CAI课件辅助物理实验的实践.pdf

第 2 0卷第 1期 2 0 0 7 年 2月 高等 函授学 报 自然 科学 版 J o u r n a l o f Hi g h e r Co r r e s p o n d e nc e Ed u c a t i o n Na t u r a l Sc i e n c e s Vo 1 2 O NO 1 Fe b r u a r y 2 0 0 7 文章编号 1 0 0 6 7 3 5 3 2 0 0 7 0 1 0 0 5 4 1 8 一0 4 C AI 课件辅助物理实验的实践 桂 容 陈义成 1 华中农业大学 理学院 武汉4 3 0 0 7 0 2 华中师范大学 物理科学与技术学院 武 汉4 3 0 0 7 9 摘要 物理学是以 实验为基础的科 学 物理 实验在 物理 教 学 中具有 重要 的地位 和作 用 运 用 C A I 课件辅助物理 实验 大大革新 了课 堂教 学的形式和手段 提 高了教 学效果 本文 分析 了一 些运 用课件辅助物理 实验的具体 实例 总结 了一些规律 对提 高 C AI 课件 开发及 应 用的效果和加 强物 理 实验及其教学具有一定 的意 义 关 键 词 CAI 课 件 物 理 实验 物 理 实验 教 学 中图分类号 G 4 2 文献标识码 A 物理学是以实验为基础的科学 物理教学过 程也是以物理现象为研究基点 的 学生对物理概 念 的认识 理 解 和 掌握 要 依 靠 对 物 理 现 象 的感 知 与生活实例相 比 实验更具典型性 重复性 趣 味性 定量定性研究的全面性和真实直观 形象生 动等特点 更易于激发学生的兴趣L 1 物理实验作 为物理教学的重要环节 重要内容 重要方法和重 要手 段 在 物理 教学 中具 有重要 的地 位 和作用 但 是由于受到物理实验条件 的限制 有些物理现象 学生不易得到完整的感性材料 容易造成感知上 的障碍而影 响物理 学 习 解决 此类 问题可 借助 C AI 课 件 C o mp u t e r a s s i s t e d I n s t r u c t i o n C o u r s e wa r e 它不仅能 模拟各类 不同 的物 理现 象 而且还能通过各种手段使复杂的问题简捷化 将漫长 或 瞬问 的物理 演变 过 程 成 为 可控 有 序 地 演示过程 可使学生在课堂上完整 清晰 形象地 感知物理现象 给学生提供思维过程中必须 的感 性材料 大大激发学生 的学 习兴趣 降低教学难 度 有力地促进学生认知能力的健康发展 C AI 课 件又称多媒体教学 软件 是为进行教学活动而设 计开发的计算机软件 它是教学内容和教学策略 以计算机作为教学媒 体的体现 C AI 课件 以其 图文并茂 生动活泼的形式 丰富的表现力和强大 的交互性 大大革新 了课堂教学的形式和手段 提 高了教学效果 我们通过分析 C Ai 课 件辅助物理 实验例子 发现大致有如下几类 1 课 件与 实验 互补 运用 C AI 课件辅助物理实验 最常用而且有 效的就是用实验来弥补课 件的不真 实性 同时利 用课件来弥补实验 的不足 实现课件 和实验 的优 势互补 达到最佳的教学效果 播放 暂停 停 止 退 出 0台力 0 速废0机械能0振动图像 毋 磁 g l 毋 争 瘩 簿 廊 l儡 嬲湿 酝 图 l 单摆演示课件 例如单摆实验可 以很容易地在课堂上演示 出 来 但在讲解单摆时 若我们仅仅采用实物演示 偌大一间教室 让每个学生都看清楚有一定难度 收稿 日期 2 0 0 6 一 l l l 5 作者简介 桂 容 1 9 8 0 一 女 硕士 助教 主要从 事大学物理和大学物理实验 的教学 及其研究 陈义成 1 9 4 6 一 男 教授 主要从事 电磁学 电动力学等课程教学及其研究工作 5 4 维普资讯 第 2 0卷第 1期 2 0 0 7年 2月 高等函授学报 自然科学版 J o u r n a l o f Hi g he r Co r r e s p o n d e n c e Ed u c a t i o n Na t u r a l S c i e n c e s V o 1 2 0 No 1 Fe b r u a r y 2 0 0 7 单 摆实 验 简单易 行 因 此可 以让 学 生 自己 动 手制 作单摆 这样学生都可以观察到实验现象 但是其 受力分析 速度等却无法演示 学生终究很难得到 完整的物理图像 这时若运用计算机多媒体教学 模拟显示其动画效果 利用如图 1所示的课件 将 其摆动过程中的受力 速度等一一展现 并将几个 摆模拟出来放在一起加以 比较 分析与其周期有 关 的因素 则既能使实验现象更为明晰 突破教学 中的重 点 和难点 又 可 以提高 学生 的学 习兴趣 图 2 牛顿环演不课 件 再如牛顿环实验中 牛顿环是 由一个平 凸透 镜和一块平板玻璃所夹空气薄层所形成的等厚干 涉条纹 牛顿环在实验室 中经过小心的调试可 以 观察到清晰的明暗相间的条纹并进行测量 但是 要在实验中调动平板玻璃和凸透镜 的位置却很困 难 实验 中我们一般不调动它们 的位置 因此实验 的动态 效果很 不 明 显 这 种 情 况 下 我们 可 以用 课 件将它的动态效果演示 出来 例如如图 2所示 的 课件模拟了平板玻璃 上下移动来 改变空气膜厚 度 明暗条纹也随之移动 这样实验和课件互相补 充 利用课件模拟实验所不具备的动态效果 化静 为动 有利于学生获得完整清晰的感性认识 提高 学 生学 习物理 的兴趣 取 得 良好 的教学效 果 2 利用课 件 表达思 想 方法 物理学 中蕴含着许多思想方法 一般无法用 实 验来 展示 因此学 生理 解起 来有 一定 的 困难 这 时可以利用多媒体课件根据需要做 出具有动感的 曲线 提供适量的文字 图片等 使学生在模拟演 示中 体会到物理学 中所蕴含 的一些重要的思想 方法 使学生在教师 的引导下 通过课件演示 加 深对知识 的理解 较好地掌握课程内容 例如 简谐 振 动 的旋 转矢 量表 示法 无法 用实 验 演示 也不容易讲解清楚 学生理解起来有一定的 困难 但 是 如果 用 课 件 来模 拟 如 图 3 所 示 则 清 晰易懂 图 3 简谐 振动的旋转矢量表不法课件 再如 简 谐 振 动 的 矢 量 叠 加 也无 法 用 实 验 演 示 但是用课件则很容易模拟 如图 4 3 所示 的矢 量叠加的课件 除演 示两个简谐振动的矢量叠加 以外 还可以任意调 节矢量的大小来观察它相应 的变化 这样 更清 晰易懂 能加深 学生的印象 提 高教学效果 图 4 简谐 振动的矢量 叠加课 件 3 利用 课件 模 拟无法 演 示的 实验 有许 多实验受条件限制不能在教学 中让学生 亲手去做 如有些实验具有危险性 有些实验过程 太长或者太短等 均很难直接进行演示 但是如果 用计算机模拟实验去代替教师口头语 言对实验的 描述 则对学生的学 习将会有相当大的帮助 会使 学习气氛生动活泼 也会大大激发学生的学习兴 趣 为深 刻 理解 理论 打下 良好 的基 础 例如电磁波看不见 摸不着 无法用实验直接 55 维普资讯 第 2 O卷第 1 期 2 0 0 7年 2月 高 等函授 学报 自然科学 版 J o u r n a l o f Hi g he r Co r r e s p o n d e n c e Ed u c a t i o n Na t u r a l S c i e n c e s Vo l 2 O N 1 F e b r u a r y 2 0 0 7 演示其传播过程 但是若用 多媒体课件则很容 易 实现 利用如图 5 所示的课件模拟电磁波的产生 能够给学生以清晰的认识 加深学生的理解 再加 上如图 6所示 的电磁波传播的课件 展示 出线 偏振 左旋 偏振 和右 旋偏 振电 磁波 的模 拟 则更 能 加深学生的印象 培养学生兴趣 图 5 电磁波 的产生演示课件 图 6 电磁波 的传播演示课件 再如物质的抗磁性 有些物质的原子中分子 图 7 物质 的抗磁性演示课件 电流磁 矩 互相 抵 肖 合磁 矩为 零 但 是 当受 到外 加 5 6 磁场 作用 时 电子 轨道 运 动会 发生 变化 而在 与外 加磁场的相反方向产 生很小的合磁矩 这种现象 我们称为物质的抗 磁性 由于物质的磁性起源于 物质 内部电子和核子的运动 我们无法用实验直 接演 示物 质 的抗 磁性 但 是 如 果 利用 如 图 7所 示 的课件 3 则能很清楚 地将 物质的抗磁性演示 出 来 还可以将其分解开来演示 分解演示一展示电 子 自旋的效果 分解演示二展示轨道运动的结果 这样突出重点 分散难点 可以帮助学生建立正确 的物理模型 加深印象 提高教学效果 4 利 用课 件将 实 验化 大为 小模 拟演 示 很多 实 验 由于 发生 的范 围 广大 受 到 实验 条 件的限制 我们无法演示 比如天体的运动等 这 时利用多媒体课件来模 拟 能够达到很好的教学 效 果 图 8 日食 月 食 的 模 拟 演 不 课 件 例 如 日食 月 食 的形 成 有 机 会 时可 以组 织 学 生观看 自然的 日食月食 但 由于这是特定的时间 发生在宇宙中的 自然现象 历时较长 我们的视角 比起广大的宇宙太小 并 且即使 能观看到 自然的 日食月食现象也很难理解清楚其原理 这给学生 的学习造成了障碍 若我们能利用 多媒体课件模 拟 日食 月食 的情 景 则 可 以使 问题 一 目了然 利 用 如图 8所示的课件 将发生在宇宙这样 大范围的 日食月食现象缩小模拟 出来 克服了大范围 长时 间等限制困难 将影响实验现象的一些因素突出 化大为小 日食月食 的成因就非常清楚 学生更容 易 理解 了 这 样 教学 效 果将 会更 好 5 利用课件将实验化小为大模拟演示 有 些物 理 现象 是 在 微 观 范 围 内发 生 的 无 法 维普资讯 第 2 o卷第 1期 2 0 0 7年 2月 高等函授学报 自然科学版 J o u r n a l o f Hi gh e r Co r r e s p o n d e n c e Ed u c a t i o n Na t u r a l S c i e n c e s Vo 1 2 O No 1 Fe b r u a r y 2 0 0 7 用实 物直 接演示 无 法给学 生 完整 的物 理 图像 这 时可以采用 c AI 课件来模 拟 化小为大 给学生 以感性 认 识 达 到理 想的教 学效 果 例如 布 朗运 动 的演 示 布 朗运 动是 英 国生 物 学家布朗用显微镜观看悬浮在一滴水中的花粉而 发现的 反映的是分子的不规则运动 在实验中经 过细 心调 试我 们 可 以 看 到 悬 浮 花 粉 的 不 规 则 运 动 但 是 实验 效果 不 明显 且 不 容 易 成 功 要 在 课 堂上演示让每一位学生都看清楚更是 困难 我们 知道 悬 浮颗粒 的布 朗 运 动是 由 于无 规 则 运 动 的 分子同它发生碰撞所致 但学生 由于没有得到感 性的认识很容易误解 用如图 9所示的课件模拟 图 9 布朗运动微观模拟课件 悬浮颗粒的布朗运动 将小尺度的空间加以放大 时间上也加以延缓 这样方便观察 能帮助学生进 一 步认清布朗运动的机制 更深刻地体会布 朗运 动是液体 气体分子无规则热运动的体现这一实 质 有利于学生认 清物理实质 激发学 习兴趣 提 高教学效果 随着现 代科学技术 的飞速发展 多媒体课件 被 愈来 愈 广泛地 应 用 到 物 理教 学 中 以计 算 机 为 中心的多媒体技术具有处理文字 图形 图像 音 频和视频等多种媒体信息的功能 其 良好 的交互 优势和视听优势 能将许多不能或不易做的实验 通过计算机模拟得 以完成 也能使许多演示效果 差 可见度小的实验通过视频 放大 方法得 以实 现 它对 于提高 我们的实验效果 培养学生的动 手 动脑能力有很大的作用 现代计算机技术 网 络技 术 的突 飞猛进 为 物 理教 学 改 革 创 造 了一 个 十分难得的机遇 重视 CA I 对物 理教学的影响 充分发挥其在物理教学 中的作用 提高物理教师 运用计算机进行教学 的能力 是当前教育部门 学 校和广大物理教师的一个重要任务 运用 C AI 课 件辅助物理实验的计算机辅助教学模式有很大的 发展前景 它对改革物理教学具有重大意义 值得 大家继续做更深入的研究 参 考 文 献 1 阎金铎 主编 物理实验 论 M 南宁 广西 教育 出版 社 1 9 9 6 2 7 2 8 2 3 钟 玉 琢 多媒 体 技 术 M 北 京 清华 大 学 出版 社 2 0 0 0 3 陈义成 电磁学及其计算机 辅助教学 C AD M 北 京 科学 出版社 2 0 0 2 上接 第 2 8页 0 3 0 60 9 0 l 2 0 l 5 0 l 8 0 入射 角 0 图 3 组合介质圆锥 导体圆柱 的双站 R C S 参 考 文 献 r 1 S ADAS I VA M RAO DONALD R w I L T N