CAI在物理教学中应用的研究

1、CAI在中学物理教学中应用的研究摘要 在现代教育理论的指导下，本文就计算机辅助教学(CAI)在中学物理教学中的优越性，存在的问题以及课件制作中应注意的各个方面谈几点看法。关键词 计算机辅助教学，CAI课件制作，中学物理教学引 言 随着计算机技术的普及和发展，教育观念和教学手段也随之得到了改变和提高，以现代教育思想和建构主义学习理论为平台的计算机辅助教学（CAI），就是在现代教育理论的指导下，利用现代教学技术及计算机多媒体技术对课堂教学结构进行调整，将教学媒体与教学目标紧密联系在一起，使课堂教学效果得到最优化的一种现代教学手段。同时，教师在运用先进的现代教育技术过程中，应充分考虑学生、教师、媒体

2、、教学内容“四要素”的相互关系，利用整体、优化的方法将各要素有机地结合起来，在教学过程中体现出“双主体”性，它应该是学生在教师引导下辅以计算机的帮助，积极主动参与，有高度选择性、探索性和协作性的一种教学活动。运用计算机辅助教学课件进行中学物理教学有很大的优越性，它能很好地弥补语言文字描述的局限性、弥补物理实验器材的局限性、打破单一的教学模式、实现教和学的多元化、提高课堂效率、增加课堂容量，但是，它在中学物理教学的应用中也存在着不少问题。本文就CAI在中学物理教学中的优越性，存在的问题以及课件制作中应注意的各个方面谈几点看法。1 CAI在中学物理教学中的优越性1. 1应用CAI使教学过程更加直观

3、从认识论的角度看，学生对事物认识过程的起点是对事物的感性认识。在物理科的学习中学生由于很难理解一些抽象的理论，而对物理产生一种畏惧心理，阻碍了他们学习物理的兴趣，应用CAI可以更直观的解释一些物理现象和规律，激发学生的兴趣，提高学习的效率。主要表现在以下几方面：1.1.1CAI能够实现由抽象到具体的转变物理课程的特点之一是内容抽象，因此，考虑如何在传授知识的过程中做到生动形象，是中学物理教师在教学实践中时常思索的问题。应用CAI就可以较好地解决这个难题。比如，机械运动中的相对运动、回声测距、透镜成像等。对初中学生就很难接受也很难描绘清楚，就相对运动的内容我们即可运用计算机来演示空中加油的情景和

4、等速救护的过程，配上声音的效果，让学生从声音、图像、动画全方位感受，如置身于其情景，顺利地掌握该节的内容。1.1.2 CAI能够实现从微观向宏观的转移由于条件限制，中学物理教学中有些物理实验在课堂教学中无法演示，学生只能从理论上了解，特别像原子物理这部分内容，学生理解不深刻、记不住。我们可以应用CAI三维动画进行宏观动态的模拟演示，从而实现从微观向宏观的转移，因而， CAI能让枯燥的物理理论得以升华，形象而又直观的过程感染了学生的学习动机，使学生变被动为主动，从而更加崇尚科学，热爱科学。1.1.3 CAI可以实现动静的相互转化在物理教学中，有很多物理现象出现的时间极短，当学生还没来得及看清楚时

5、，该过程就已经结束，学生就理解不了其中的本质，给教学带来困难。以“平抛运动”内容为例，我们可以使用数码相机把其运动全过程拍下来，然后制作成课件，利用计算机可反复操作，使学生便于仔细观察其过程，同时还可以利用它的某一时刻的静止画面来分析下落时的特点，教学中的难点就容易突破，省时方便。1.2 CAI可应用于物理教学中实验模拟和难点突破物理课程中有些实验很难在一些环境下完成，因此通过计算机模拟实验，可以很好展示；学生通过实验操作，不但可以达到理论联系实际的效果，而且可以通过实验培养动手能力、思维能力及想象创造能力。而传统的实验效果却跟教学目的相差甚远，这在很大程度上是由于大多数学生按部就班地做实验，

6、不能充分调动思维造成的；如利用计算机进行学生实验的模拟教学，可以帮助学生手脑并用，发挥其想象创造能力，比如讲解高一年级学生实验“测定匀变速直线运动的加速度”一节时，可以用模拟型教学。学生借助计算机，在CAI画面的要求下边思考边选择实验仪器，组建模拟装置，自己设定钩码的质量，观测不同条件下的模拟结果，选择数据处理，通过这种教学，不仅引导和培养了学生动脑动手的习惯，而且给学生提供了拓宽思维的环境。又如，在“运动的合成与分解”中，采用Flash 软件非常漂亮的动画效果制作的课件“小船渡河”，能够在课堂上帮助学生建立物理情境，将实际情境形象的展现于课堂，使各类物理情景能够分别在静态和动态的不同情景下展

7、现给学生，既激发学生兴趣，同时也大大加快理解速度，实现了现代化的教学手段突破教学难点，有利于教学效益和质量的提高。1.3 应用CAI可激发学习兴趣兴趣是学习者学习的内在动力，激发学生学习的兴趣，是学好物理的重要一环。随着现代教育技术的发展，运用CAI课件在激发学生的学习兴趣上显现出巨大的优势。例如：讲“运动的合成和分解”一节，利用CAI课件中的动画，演示氢气球上升，飞机投弹，立刻吸引了学生的注意力，把学生带入问题情境，从而使学生带着急于想探索原因的心情，进入学习的最佳状态。再如：讲电路问题时，用动画演示短路引起火灾，不但生动有趣，而且使学生认识到正确连接电路的重要性。总之，由于CAI课件提供的

8、教学素材更生动，能最大限度的为学生创造想象的空间，从而使课堂教学收到更好的效果。1.4 应用CAI可以加大课堂的信息量二十一世纪是信息时代，对于在学校里学习的学生，也应培养处理大量信息的能力。因而在课堂教学中教师应该向学生提供更多的信息、更多的资源，以及物理学的发展状况，来扩展学生的知识面。但在教学过程中，教师经常花较多时间板书，特别是上电学课时写例题、画图例的时间更多，而采用多媒体中的显示文本功能，就可使本应该花十几分钟书写的内容在几秒内显示于学生眼前。例如高中实验“机械能守恒定律”的教学中引用气垫导轨定量证明守恒定律，美中不足的是教师需花一定的时间与精力来写加速度、速度这些中间值的演算过程

9、，如果用计算机来进行数据处理，可使教师抛开演算过程，快速得实验结果，从而使课堂教学更加紧凑。CAI的直观性也大大缩短了教学难点的突破过程，这就使教师有时间讲解更多相关的知识及其在现实中的运用，引导他们理论联系实际，既丰富了课堂内容，又改变了过去“满堂灌”的教学弊端，给学生较多时间复习巩固，而且在优化课堂教学的同时，也增加了课堂的信息量。1.5 应用CAI便于师生间双向交流传统的物理教学过程中，主要是教师讲学生听，不利于学生个性的培养，应用CAI能够改变学生和教师的位置，使学生成为学习的主体。当学生有问题时，可以及时提出或利用计算机网络与同学讨论，从而多渠道寻找解决问题的办法；当学生对某个物理现

10、象有自己的观点时，也可以提供给大家进行研讨和交流，教师提供解答。双向交流使学生的思维更加活跃，有利于培养学生的创新意识，实现学生为主体、教师为主导的现代教学思想。2.计算机辅助物理教学中存在的问题首先，没有充分考虑把计算机技术和中学物理的学科特质结合起来；其次，在强调教育技术的同时没有充分考虑教师的主导作用和学生主体性。目前我国的CAI软件使用方式不尽如愿，源于实际的调查认为：用于教师演示、学生练习型的各占学校的44%至52%；情景模拟、教学测验型的各占学校的15%多一点儿；游戏、问题解答型的各占学校的8%；发现学习型的仅为6%。从以上数据可以看出，在目前教学实践中，CAI的主要应用方式是教师

11、演示和学生操作练习，这两类软件主要表现为片面追求界面华丽、媒体效果，而忽视学习者的认知特点，其实质均是试图通过外界媒体的刺激，使学生被动模仿和接受物理知识，这样就难以把计算机技术和物理教学完善地结合起来，从而失去了CAI的本意。2.1 没有体现出CAI的优势造成资源浪费运用计算机技术可以对文本、图形、图像、动画、视频、声音等多种媒体信息进行综合处理与控制。利用多种现代化手段对信息进行加工处理，极大地增强人们对抽象事物与过程的理解与感受，使人们在短时间内获得大量知识和信息。但是在实际的物理课堂教学中，许多教师只是用它来放一段录像，或放一段音乐，或出现一些文字内容，充其量只充当一回录像机、录音机或

12、投影机，其质量和效果远远比不上单独的录像机、录音机或投影机。因此，虽然计算机具有多种媒体功能，但不能取代其它媒体，只把它当作单一的媒体使用，则是浪费资源，而且也达不到最佳效果。2.2 用计算机教学完全取代教师 计算机教学只是辅助教师教学的一个工具。一定要认识到教师仍然是课堂教学的主体，是课堂教学的支配者，CAI只是起辅助作用，用来突破教学难点、形象生动地进行教学、提高教学效率。把它引入物理课堂教学后，虽然教师的一部分作用将由它的一部分功能代替，比如：将教师的讲述改为多媒体的演示、将师生的语言问答改为人机交流等等。恰当合理地运用计算机确实能给物理课堂教学带来质的飞跃，但物理教学中教师的主导作用是

13、任何机器所无法替代的，这不仅是因为教什么、学什么取决于教师，还因为怎样教、怎样学也取决于教师，即使有最先进的现代化教学工具，使用不当也不会收到好的效果，因此，如何用好计算机关键在教师。另外，任何时候都是为了教学而使用工具，而不应是为了使用工具而教学，教学中是否使用计算机应取决于教学目的和组织教学的需要。计算机辅助物理教学的过程中，教师的主导作用、学生的主体作用、媒体的中介作用不可混淆，计算机只能作为一种新的、功能更先进的媒体与其它传统媒体优化组合，用于解决教学中的重点、难点，尤其是难点。2.3 用计算机教学缺乏情感交流情绪心理学认为，认知过程即是对信息的加工过程。人的情绪、情感体验所构成的稳定

14、的心理背景和一时的心理状态都对正在进行的信息加工起组织、协调作用，故人的情绪和情感能促进或阻止人的认知过程。虽然它在一些方面有很大的优越性，但要看到，教师在课堂教学时不仅是进行知识的讲解，还有很多情感的交流和世界观的渗透，这是CAI无法做到的，而且，CAI不具备对课堂突发事件的处理及随机应变的教学能力。人与人之间的交流，过去、现在、将来都是教学的主题，计算机本身缺乏情感交流这一弊端，虽然物理学科的特点是以注重理智的、动态的美，讲究以理服人，而非以情动人，但这绝非是一个忽视情感交流的理由，而要求我们恰当利用情感迁移的作用促进本学科的学习，这样既培养了情感意志等非智力因素又切实可行地提高了学生的创

15、造能力。因此，我们必须清醒地认识到，以“人机交流”取代“人际交流”的CAI是十分尴尬和行不通的。必须关注CAI与教师、学生、计算机的高度交融，注重研究如何在遵循主体感知特点的前提下，更好地运用媒体，以利于师生之间情感流动，协调学生知识、智力、兴趣、情感、意志等各方面因素，使其在与人交流中建构物理思想，提高学生的科学素养和人文素养。2.4 正确处理虚与实之间的关系目前，CAI在物理教学中的应用，许多是用来进行模拟化教学（物理实验的模拟），这就需要处理好虚拟与现实之间的关系。用计算机来虚拟物理实验，有利于实验的清楚讲解与透彻分析，省时省力，但是它毕竟是人为设计与制作的，学生一方面无法体验到前人在各

16、种实验设计中所体现出来的物理思想的光辉，另一方面，会令学生产生这样的疑问：这是真的吗？这无疑违背了物理教学的要求，对素质教育不利。因此，在进行CAI教学时，一定要同时尽量培养学生动手实验的能力，让学生得到亲身的体验。例如：在进行“牛顿第三定律”的教学中，利用两个演示实验（动画）探索定律的同时，让学生利用已经准备好的器材（弹簧秤和小磁针）动手实验，进行虚实相结合，这样才能收到更好的教学效果。3.CAI课件的设计与制作在课堂多媒体辅助教学中，教师往往在教学媒体上选择实物、模型、挂图、录像、录音、幻灯、投影等媒体，但多种媒体临时性拼接往往使学生和教师应接不暇。利用多媒体教学软件将其超级链接组合在一起

17、就能解决这一问题，因为设计课件就是利用计算机的多项优点（区别于常规教学）进行辅助化教学。目前，用于开发制作多媒体教学软件的平台很多，如VC+、VB、Authorware、PowerPoint等。相比较而言，VC+和VB对于中学教师来说学习时难度较大，特别是VC+，而Powerpoint2000就可以把实物、模型、挂图、录像、录音等媒体利用超级链接组合在一起，通过幻灯投影方式在课堂中应用，能收到较好效果，同一张幻灯片中的信息，可通过动画设计使图象、声音、文字、图表等按照一定顺序出现。另外， Authorware学习起来也较为容易、人机界面十分友好，并且功能（特别是交互功能）相对来说比较齐全，且具

18、有Powerpoint2000的大多数功能。因此，对于一般中学教师来说学习Powerpoint2000 、Authorware是不错的选择。3.1设计CAI课件的一般步骤：1.1、设计课堂教学思路，建立相关要素分析表。1.2、建立文档，设置模板。1.3、根据教学目标制作课件。1.4、设计多媒体动画与程序链接。1.5、课件调试与格式转换。1.6、及时对课件进行评价和修改。3.2设计CAI课件的一般原则：3.2.1. 教学性原则CAI课件应用的目的是优化课堂教学结构，提高课堂教学效率，既要有利于教师的教，又要利于学生的学，所以首先关心的是利用某个课件进行教学是否有必要：（1）选取那些常规方法无法演

19、示或不易演示、演示观察不清的内容。（2）选取课堂上用常规手段不能很好解决的问题，也就是解决教学重点、难点问题。（3）能通过提供与教学相关的媒体信息，创造良好的教学环境（情景）、资源环境，扩大学生的知识面、信息源。3.2.2 可操作性原则课件的操作要尽量简便、灵活、可靠，便于教师和学生控制；在课件的操作界面上设置寓意明确的菜单、按钮和图标，最好能支持鼠标，尽量避免复杂的键盘操作，避免层次太多的交互操作，为便于教学，尽量设置好各部分内容之间的转移控制，可以方便地前翻、后翻、跳跃；对于以学生课堂练习为主的课件，要对学生的输入做即时解答，并允许学生自由选择训练次数、训练难度；对于课件演示，最好可以根据

20、现场教学情况改变演示进程。 3.2.3 科学性原则科学性无疑是评价课件的重要指标之一，尤其是演示模拟实验，更应符合科学性。课件中显示的文字、符号、公式、图表及概念、规律的表述力求准确无误，语言配音也要准确。但在科学性的评判上宜粗不宜细，要做具体分析。如果片面强调科学性，就会束缚人的手脚，不利于CAI课件的应用发展。 所以，演示模拟原理要正确，要反映主要的机制，细节可以淡化，要尊重事实，允许必要的夸张。科学性的基本要求是不出现知识性的错误。3.2.4 简约性原则课件展示的画面应符合学生的视觉心理。画面的布局要突出重点，同一画面对象不易多，避免或减少引起学生注意的无益信息干扰，注意动物与静物的色彩

21、对比，前景与背景的色彩对比，线条的粗细，字符的大小，以保证学生都能充分感知对象，避免多余动作、减少文字显示数量（有可能，尽量用语言声音表达），过多的文字阅读不但容易使人疲劳，而且干扰学生的感知。3.2.5 艺术性原则一个课件的演示不但要取得良好的教学效果，而且要使人赏心悦目，使人获得美的感受，美的形式能激发学生的兴趣，优质的课件应该是内容与美的统一，展示的对象结构对称，色彩柔和，搭配合理，有审美性（这是比较难做到的，但是我们所追求的）。3.2.6 适度运用原则适度运用原则就是利用认知学习和教学设计理论，根据教学设计，适当运用CAI教学课件，创设情境，使学生通过多个感觉器官来获取相关信息，提高教

22、学信息传播效率，增强教学的积极性、生动性和创造性。把一定的时间和空间留给学生，让他们理解，让他们思考，让他们交流，让他们质疑。3.2.7 适度信息量原则演示型教学课信息量太大的现象普遍存在，适度信息原则就是指在学科教学过程中有效组织信息资源，提供适度的信息量，在解决教学难点重点扩大视野的同时，能让教师自主地教学、让学生在教师的指导下自主地对信息进行加工。有一种看法认为多媒体课的信息量就是要大，只有大信息量，才能体现CAI的优势，然而这样可能会使学生囫囵吞枣，因此，应用CAI教学要避免教师学生被教学课件牵着鼻子走。3.2.8 有机结合原则“寸有所长，尺有所短”，教学媒体的采用也要根据教学内容及教

23、学目标来选择，不同教学媒体有机结合，优势互补，才能收到事半功倍的教学效果。例如：物理的公式推导、方程求解等，用CAI教学课件就不一定比教师与学生一起边推导边板书效果好；物理实验教学用CAI课件有时就不如实际演示更直观更有说服力；对于理论问题、微观世界的活动、宏观世界的变化等，采用CAI课件则有其明显的优势。 3.2.9 开放性原则做过课件的教师都知道：制作课件要花大量的时间，若能直接采用现成的课件或对原有课件作少量修改就能为己所用，必将使CAI教学大为普及，但使用别人制作的课件来上课，是很别扭的，不但自己的思路和逻辑难以发挥，而且熔于课件中的思想、进程思路、表现方式、体系结构和技巧运用与自己的

24、风格可能相去甚远，若再加上教学对象的差异，课件的弊端就暴露出来了。因此，让教师使用无法重组的课件是比较困难的，教学效果往往也不好。因此制作的课件要有开放性，应当稍加改造就可以为其他教师所用。3.3 设计CAI课件应注意的几点问题：3.3.1性价比课件制作应考虑效益，即投入、产出比。对于那些用常规教法能够较好实现的教学目标，就没有必要浪费人力、物力，用课件辅助教学。3.3.2 内容和形式的统一课件应该对课堂教学起到化难为易、化繁为简、变“苦学”为“乐学”的作用，决不能“牵强附会”、“画蛇添足”。 3.3.3 切忌仅仅将板书搬上屏幕要充分发挥计算机辅助教学的特点，避免把课件变成单纯的“黑板搬家”或“课本翻牌”；变“人灌”为“机灌”。结 束 语CAI进入中学物理课堂是物理教学现代化的重要途径，我们应充分认识和发挥CAI课件在中学物理教学中作用，注意和避免CAI课件在使用中有可能出现的