CAI在物理教學中應用的研究

1、CAI在中學物理教學中應用的研究摘要 在現代教育理論的指導下，本文就計算機輔助教學(CAI)在中學物理教學中的優(yōu)越性，存在的問題以及課件制作中應注意的各個方面談幾點看法。關鍵詞 計算機輔助教學，CAI課件制作，中學物理教學引 言 隨著計算機技術的普及和發(fā)展，教育觀念和教學手段也隨之得到了改變和提高，以現代教育思想和建構主義學習理論為平臺的計算機輔助教學（CAI），就是在現代教育理論的指導下，利用現代教學技術及計算機多媒體技術對課堂教學結構進行調整，將教學媒體與教學目標緊密聯系在一起，使課堂教學效果得到最優(yōu)化的一種現代教學手段。同時，教師在運用先進的現代教育技術過程中，應充分考慮學生、教師、媒體

2、、教學內容“四要素”的相互關系，利用整體、優(yōu)化的方法將各要素有機地結合起來，在教學過程中體現出“雙主體”性，它應該是學生在教師引導下輔以計算機的幫助，積極主動參與，有高度選擇性、探索性和協作性的一種教學活動。運用計算機輔助教學課件進行中學物理教學有很大的優(yōu)越性，它能很好地彌補語言文字描述的局限性、彌補物理實驗器材的局限性、打破單一的教學模式、實現教和學的多元化、提高課堂效率、增加課堂容量，但是，它在中學物理教學的應用中也存在著不少問題。本文就CAI在中學物理教學中的優(yōu)越性，存在的問題以及課件制作中應注意的各個方面談幾點看法。1 CAI在中學物理教學中的優(yōu)越性1. 1應用CAI使教學過程更加直觀

3、從認識論的角度看，學生對事物認識過程的起點是對事物的感性認識。在物理科的學習中學生由于很難理解一些抽象的理論，而對物理產生一種畏懼心理，阻礙了他們學習物理的興趣，應用CAI可以更直觀的解釋一些物理現象和規(guī)律，激發(fā)學生的興趣，提高學習的效率。主要表現在以下幾方面：1.1.1CAI能夠實現由抽象到具體的轉變物理課程的特點之一是內容抽象，因此，考慮如何在傳授知識的過程中做到生動形象，是中學物理教師在教學實踐中時常思索的問題。應用CAI就可以較好地解決這個難題。比如，機械運動中的相對運動、回聲測距、透鏡成像等。對初中學生就很難接受也很難描繪清楚，就相對運動的內容我們即可運用計算機來演示空中加油的情景和

4、等速救護的過程，配上聲音的效果，讓學生從聲音、圖像、動畫全方位感受，如置身于其情景，順利地掌握該節(jié)的內容。1.1.2 CAI能夠實現從微觀向宏觀的轉移由于條件限制，中學物理教學中有些物理實驗在課堂教學中無法演示，學生只能從理論上了解，特別像原子物理這部分內容，學生理解不深刻、記不住。我們可以應用CAI三維動畫進行宏觀動態(tài)的模擬演示，從而實現從微觀向宏觀的轉移，因而， CAI能讓枯燥的物理理論得以升華，形象而又直觀的過程感染了學生的學習動機，使學生變被動為主動，從而更加崇尚科學，熱愛科學。1.1.3 CAI可以實現動靜的相互轉化在物理教學中，有很多物理現象出現的時間極短，當學生還沒來得及看清楚時

5、，該過程就已經結束，學生就理解不了其中的本質，給教學帶來困難。以“平拋運動”內容為例，我們可以使用數碼相機把其運動全過程拍下來，然后制作成課件，利用計算機可反復操作，使學生便于仔細觀察其過程，同時還可以利用它的某一時刻的靜止畫面來分析下落時的特點，教學中的難點就容易突破，省時方便。1.2 CAI可應用于物理教學中實驗模擬和難點突破物理課程中有些實驗很難在一些環(huán)境下完成，因此通過計算機模擬實驗，可以很好展示；學生通過實驗操作，不但可以達到理論聯系實際的效果，而且可以通過實驗培養(yǎng)動手能力、思維能力及想象創(chuàng)造能力。而傳統的實驗效果卻跟教學目的相差甚遠，這在很大程度上是由于大多數學生按部就班地做實驗，

6、不能充分調動思維造成的；如利用計算機進行學生實驗的模擬教學，可以幫助學生手腦并用，發(fā)揮其想象創(chuàng)造能力，比如講解高一年級學生實驗“測定勻變速直線運動的加速度”一節(jié)時，可以用模擬型教學。學生借助計算機，在CAI畫面的要求下邊思考邊選擇實驗儀器，組建模擬裝置，自己設定鉤碼的質量，觀測不同條件下的模擬結果，選擇數據處理，通過這種教學，不僅引導和培養(yǎng)了學生動腦動手的習慣，而且給學生提供了拓寬思維的環(huán)境。又如，在“運動的合成與分解”中，采用Flash 軟件非常漂亮的動畫效果制作的課件“小船渡河”，能夠在課堂上幫助學生建立物理情境，將實際情境形象的展現于課堂，使各類物理情景能夠分別在靜態(tài)和動態(tài)的不同情景下展

7、現給學生，既激發(fā)學生興趣，同時也大大加快理解速度，實現了現代化的教學手段突破教學難點，有利于教學效益和質量的提高。1.3 應用CAI可激發(fā)學習興趣興趣是學習者學習的內在動力，激發(fā)學生學習的興趣，是學好物理的重要一環(huán)。隨著現代教育技術的發(fā)展，運用CAI課件在激發(fā)學生的學習興趣上顯現出巨大的優(yōu)勢。例如：講“運動的合成和分解”一節(jié)，利用CAI課件中的動畫，演示氫氣球上升，飛機投彈，立刻吸引了學生的注意力，把學生帶入問題情境，從而使學生帶著急于想探索原因的心情，進入學習的最佳狀態(tài)。再如：講電路問題時，用動畫演示短路引起火災，不但生動有趣，而且使學生認識到正確連接電路的重要性?？傊?，由于CAI課件提供的

8、教學素材更生動，能最大限度的為學生創(chuàng)造想象的空間，從而使課堂教學收到更好的效果。1.4 應用CAI可以加大課堂的信息量二十一世紀是信息時代，對于在學校里學習的學生，也應培養(yǎng)處理大量信息的能力。因而在課堂教學中教師應該向學生提供更多的信息、更多的資源，以及物理學的發(fā)展狀況，來擴展學生的知識面。但在教學過程中，教師經常花較多時間板書，特別是上電學課時寫例題、畫圖例的時間更多，而采用多媒體中的顯示文本功能，就可使本應該花十幾分鐘書寫的內容在幾秒內顯示于學生眼前。例如高中實驗“機械能守恒定律”的教學中引用氣墊導軌定量證明守恒定律，美中不足的是教師需花一定的時間與精力來寫加速度、速度這些中間值的演算過程

9、，如果用計算機來進行數據處理，可使教師拋開演算過程，快速得實驗結果，從而使課堂教學更加緊湊。CAI的直觀性也大大縮短了教學難點的突破過程，這就使教師有時間講解更多相關的知識及其在現實中的運用，引導他們理論聯系實際，既豐富了課堂內容，又改變了過去“滿堂灌”的教學弊端，給學生較多時間復習鞏固，而且在優(yōu)化課堂教學的同時，也增加了課堂的信息量。1.5 應用CAI便于師生間雙向交流傳統的物理教學過程中，主要是教師講學生聽，不利于學生個性的培養(yǎng)，應用CAI能夠改變學生和教師的位置，使學生成為學習的主體。當學生有問題時，可以及時提出或利用計算機網絡與同學討論，從而多渠道尋找解決問題的辦法；當學生對某個物理現

10、象有自己的觀點時，也可以提供給大家進行研討和交流，教師提供解答。雙向交流使學生的思維更加活躍，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，實現學生為主體、教師為主導的現代教學思想。2.計算機輔助物理教學中存在的問題首先，沒有充分考慮把計算機技術和中學物理的學科特質結合起來；其次，在強調教育技術的同時沒有充分考慮教師的主導作用和學生主體性。目前我國的CAI軟件使用方式不盡如愿，源于實際的調查認為：用于教師演示、學生練習型的各占學校的44%至52%；情景模擬、教學測驗型的各占學校的15%多一點兒；游戲、問題解答型的各占學校的8%；發(fā)現學習型的僅為6%。從以上數據可以看出，在目前教學實踐中，CAI的主要應用方式是教師

11、演示和學生操作練習，這兩類軟件主要表現為片面追求界面華麗、媒體效果，而忽視學習者的認知特點，其實質均是試圖通過外界媒體的刺激，使學生被動模仿和接受物理知識，這樣就難以把計算機技術和物理教學完善地結合起來，從而失去了CAI的本意。2.1 沒有體現出CAI的優(yōu)勢造成資源浪費運用計算機技術可以對文本、圖形、圖像、動畫、視頻、聲音等多種媒體信息進行綜合處理與控制。利用多種現代化手段對信息進行加工處理，極大地增強人們對抽象事物與過程的理解與感受，使人們在短時間內獲得大量知識和信息。但是在實際的物理課堂教學中，許多教師只是用它來放一段錄像，或放一段音樂，或出現一些文字內容，充其量只充當一回錄像機、錄音機或

12、投影機，其質量和效果遠遠比不上單獨的錄像機、錄音機或投影機。因此，雖然計算機具有多種媒體功能，但不能取代其它媒體，只把它當作單一的媒體使用，則是浪費資源，而且也達不到最佳效果。2.2 用計算機教學完全取代教師 計算機教學只是輔助教師教學的一個工具。一定要認識到教師仍然是課堂教學的主體，是課堂教學的支配者，CAI只是起輔助作用，用來突破教學難點、形象生動地進行教學、提高教學效率。把它引入物理課堂教學后，雖然教師的一部分作用將由它的一部分功能代替，比如：將教師的講述改為多媒體的演示、將師生的語言問答改為人機交流等等。恰當合理地運用計算機確實能給物理課堂教學帶來質的飛躍，但物理教學中教師的主導作用是

13、任何機器所無法替代的，這不僅是因為教什么、學什么取決于教師，還因為怎樣教、怎樣學也取決于教師，即使有最先進的現代化教學工具，使用不當也不會收到好的效果，因此，如何用好計算機關鍵在教師。另外，任何時候都是為了教學而使用工具，而不應是為了使用工具而教學，教學中是否使用計算機應取決于教學目的和組織教學的需要。計算機輔助物理教學的過程中，教師的主導作用、學生的主體作用、媒體的中介作用不可混淆，計算機只能作為一種新的、功能更先進的媒體與其它傳統媒體優(yōu)化組合，用于解決教學中的重點、難點，尤其是難點。2.3 用計算機教學缺乏情感交流情緒心理學認為，認知過程即是對信息的加工過程。人的情緒、情感體驗所構成的穩(wěn)定

14、的心理背景和一時的心理狀態(tài)都對正在進行的信息加工起組織、協調作用，故人的情緒和情感能促進或阻止人的認知過程。雖然它在一些方面有很大的優(yōu)越性，但要看到，教師在課堂教學時不僅是進行知識的講解，還有很多情感的交流和世界觀的滲透，這是CAI無法做到的，而且，CAI不具備對課堂突發(fā)事件的處理及隨機應變的教學能力。人與人之間的交流，過去、現在、將來都是教學的主題，計算機本身缺乏情感交流這一弊端，雖然物理學科的特點是以注重理智的、動態(tài)的美，講究以理服人，而非以情動人，但這絕非是一個忽視情感交流的理由，而要求我們恰當利用情感遷移的作用促進本學科的學習，這樣既培養(yǎng)了情感意志等非智力因素又切實可行地提高了學生的創(chuàng)

15、造能力。因此，我們必須清醒地認識到，以“人機交流”取代“人際交流”的CAI是十分尷尬和行不通的。必須關注CAI與教師、學生、計算機的高度交融，注重研究如何在遵循主體感知特點的前提下，更好地運用媒體，以利于師生之間情感流動，協調學生知識、智力、興趣、情感、意志等各方面因素，使其在與人交流中建構物理思想，提高學生的科學素養(yǎng)和人文素養(yǎng)。2.4 正確處理虛與實之間的關系目前，CAI在物理教學中的應用，許多是用來進行模擬化教學（物理實驗的模擬），這就需要處理好虛擬與現實之間的關系。用計算機來虛擬物理實驗，有利于實驗的清楚講解與透徹分析，省時省力，但是它畢竟是人為設計與制作的，學生一方面無法體驗到前人在各

16、種實驗設計中所體現出來的物理思想的光輝，另一方面，會令學生產生這樣的疑問：這是真的嗎？這無疑違背了物理教學的要求，對素質教育不利。因此，在進行CAI教學時，一定要同時盡量培養(yǎng)學生動手實驗的能力，讓學生得到親身的體驗。例如：在進行“牛頓第三定律”的教學中，利用兩個演示實驗（動畫）探索定律的同時，讓學生利用已經準備好的器材（彈簧秤和小磁針）動手實驗，進行虛實相結合，這樣才能收到更好的教學效果。3.CAI課件的設計與制作在課堂多媒體輔助教學中，教師往往在教學媒體上選擇實物、模型、掛圖、錄像、錄音、幻燈、投影等媒體，但多種媒體臨時性拼接往往使學生和教師應接不暇。利用多媒體教學軟件將其超級鏈接組合在一起

17、就能解決這一問題，因為設計課件就是利用計算機的多項優(yōu)點（區(qū)別于常規(guī)教學）進行輔助化教學。目前，用于開發(fā)制作多媒體教學軟件的平臺很多，如VC+、VB、Authorware、PowerPoint等。相比較而言，VC+和VB對于中學教師來說學習時難度較大，特別是VC+，而Powerpoint2000就可以把實物、模型、掛圖、錄像、錄音等媒體利用超級鏈接組合在一起，通過幻燈投影方式在課堂中應用，能收到較好效果，同一張幻燈片中的信息，可通過動畫設計使圖象、聲音、文字、圖表等按照一定順序出現。另外， Authorware學習起來也較為容易、人機界面十分友好，并且功能（特別是交互功能）相對來說比較齊全，且具

18、有Powerpoint2000的大多數功能。因此，對于一般中學教師來說學習Powerpoint2000 、Authorware是不錯的選擇。3.1設計CAI課件的一般步驟：1.1、設計課堂教學思路，建立相關要素分析表。1.2、建立文檔，設置模板。1.3、根據教學目標制作課件。1.4、設計多媒體動畫與程序鏈接。1.5、課件調試與格式轉換。1.6、及時對課件進行評價和修改。3.2設計CAI課件的一般原則：3.2.1. 教學性原則CAI課件應用的目的是優(yōu)化課堂教學結構，提高課堂教學效率，既要有利于教師的教，又要利于學生的學，所以首先關心的是利用某個課件進行教學是否有必要：（1）選取那些常規(guī)方法無法演

19、示或不易演示、演示觀察不清的內容。（2）選取課堂上用常規(guī)手段不能很好解決的問題，也就是解決教學重點、難點問題。（3）能通過提供與教學相關的媒體信息，創(chuàng)造良好的教學環(huán)境（情景）、資源環(huán)境，擴大學生的知識面、信息源。3.2.2 可操作性原則課件的操作要盡量簡便、靈活、可靠，便于教師和學生控制；在課件的操作界面上設置寓意明確的菜單、按鈕和圖標，最好能支持鼠標，盡量避免復雜的鍵盤操作，避免層次太多的交互操作，為便于教學，盡量設置好各部分內容之間的轉移控制，可以方便地前翻、后翻、跳躍；對于以學生課堂練習為主的課件，要對學生的輸入做即時解答，并允許學生自由選擇訓練次數、訓練難度；對于課件演示，最好可以根據

20、現場教學情況改變演示進程。 3.2.3 科學性原則科學性無疑是評價課件的重要指標之一，尤其是演示模擬實驗，更應符合科學性。課件中顯示的文字、符號、公式、圖表及概念、規(guī)律的表述力求準確無誤，語言配音也要準確。但在科學性的評判上宜粗不宜細，要做具體分析。如果片面強調科學性，就會束縛人的手腳，不利于CAI課件的應用發(fā)展。 所以，演示模擬原理要正確，要反映主要的機制，細節(jié)可以淡化，要尊重事實，允許必要的夸張?？茖W性的基本要求是不出現知識性的錯誤。3.2.4 簡約性原則課件展示的畫面應符合學生的視覺心理。畫面的布局要突出重點，同一畫面對象不易多，避免或減少引起學生注意的無益信息干擾，注意動物與靜物的色彩

21、對比，前景與背景的色彩對比，線條的粗細，字符的大小，以保證學生都能充分感知對象，避免多余動作、減少文字顯示數量（有可能，盡量用語言聲音表達），過多的文字閱讀不但容易使人疲勞，而且干擾學生的感知。3.2.5 藝術性原則一個課件的演示不但要取得良好的教學效果，而且要使人賞心悅目，使人獲得美的感受，美的形式能激發(fā)學生的興趣，優(yōu)質的課件應該是內容與美的統一，展示的對象結構對稱，色彩柔和，搭配合理，有審美性（這是比較難做到的，但是我們所追求的）。3.2.6 適度運用原則適度運用原則就是利用認知學習和教學設計理論，根據教學設計，適當運用CAI教學課件，創(chuàng)設情境，使學生通過多個感覺器官來獲取相關信息，提高教

22、學信息傳播效率，增強教學的積極性、生動性和創(chuàng)造性。把一定的時間和空間留給學生，讓他們理解，讓他們思考，讓他們交流，讓他們質疑。3.2.7 適度信息量原則演示型教學課信息量太大的現象普遍存在，適度信息原則就是指在學科教學過程中有效組織信息資源，提供適度的信息量，在解決教學難點重點擴大視野的同時，能讓教師自主地教學、讓學生在教師的指導下自主地對信息進行加工。有一種看法認為多媒體課的信息量就是要大，只有大信息量，才能體現CAI的優(yōu)勢，然而這樣可能會使學生囫圇吞棗，因此，應用CAI教學要避免教師學生被教學課件牽著鼻子走。3.2.8 有機結合原則“寸有所長，尺有所短”，教學媒體的采用也要根據教學內容及教

23、學目標來選擇，不同教學媒體有機結合，優(yōu)勢互補，才能收到事半功倍的教學效果。例如：物理的公式推導、方程求解等，用CAI教學課件就不一定比教師與學生一起邊推導邊板書效果好；物理實驗教學用CAI課件有時就不如實際演示更直觀更有說服力；對于理論問題、微觀世界的活動、宏觀世界的變化等，采用CAI課件則有其明顯的優(yōu)勢。 3.2.9 開放性原則做過課件的教師都知道：制作課件要花大量的時間，若能直接采用現成的課件或對原有課件作少量修改就能為己所用，必將使CAI教學大為普及，但使用別人制作的課件來上課，是很別扭的，不但自己的思路和邏輯難以發(fā)揮，而且熔于課件中的思想、進程思路、表現方式、體系結構和技巧運用與自己的

24、風格可能相去甚遠，若再加上教學對象的差異，課件的弊端就暴露出來了。因此，讓教師使用無法重組的課件是比較困難的，教學效果往往也不好。因此制作的課件要有開放性，應當稍加改造就可以為其他教師所用。3.3 設計CAI課件應注意的幾點問題：3.3.1性價比課件制作應考慮效益，即投入、產出比。對于那些用常規(guī)教法能夠較好實現的教學目標，就沒有必要浪費人力、物力，用課件輔助教學。3.3.2 內容和形式的統一課件應該對課堂教學起到化難為易、化繁為簡、變“苦學”為“樂學”的作用，決不能“牽強附會”、“畫蛇添足”。 3.3.3 切忌僅僅將板書搬上屏幕要充分發(fā)揮計算機輔助教學的特點，避免把課件變成單純的“黑板搬家”或“課本翻牌”；變“人灌”為“機灌”。結 束 語CAI進入中學物理課堂是物理教學現代化的重要途徑，我們應充分認識和發(fā)揮CAI課件在中學物理教學中作用，注意和避免CAI課件在使用中有可能出現的問題