計算機輔助中學物理實驗教學

陳棟梁

摘要：本文舉例闡述了在傳統物理實驗基礎上整合計算機輔助教學手段，延拓物理實驗教學的功能。筆者以實驗課《描繪小燈泡的伏安特性曲線》為例，在傳統實驗基礎上，整合概念圖、仿真物理實驗、Excel等教學手段進行了分析示范。

關鍵詞：計算機輔助教學；物理實驗

高中物理教學中經常會遇到一些抽象的、難以用板書和口授表達的問題。這些內容僅通過教師板書和口授往往難以直觀地呈現或演示給學生，難以取得很好的教學效果，而通過計算機就能夠演示一些在物理常規教學中不易觀察的現象，以補充傳統教學手段的空白點。

在沒有計算機條件的中學物理實驗課上，除“研究性”實驗外，限于時間，正常教學實驗都比較單一，主要是進行物理定理或定律的驗證性實驗或進行某些物理現象的重現。而實驗的過程往往遵循一定的操作步驟，難以拓展操作之外的內容。

在配有計算機設備的實驗中，由于可以實現“自動化”和“人機對話”，因此綜合運用計算機輔助教學手段可以達到延拓實驗教學功能的目的。依托計算機輔助教學設備，可將中學物理實驗教學分為三個階段。在這三個階段中相應地運用計算機的不同輔助教學功能，可擴展實驗教學過程，延拓實驗教學功能。

● 計算機輔助中學物理實驗教學的基本階段

1.實驗前期概念、原理認識階段

概念圖是盛行于國外特別是歐美國家的一種教學形式，其功能從評價擴展到了教學策略、學習策略；其應用領域也從科學學科擴展到了人文學科、商業領域。目前，主要的概念圖制作工具有：Inspiration、MindManager、MindDraw、FreeMind等。筆者經常會利用Inspiration軟件實現對實驗相關概念、原理的認識。

物理概念圖可以展現物理知識的基本概念框架，可以展現教師對物理知識的理解程度，可以展現教師對教學設計的思考。概念圖教學是一種教學手段或者說是教學形式，是“骨架”；而教學內容和其他課程資源是教學的核心，是“血”和“肉”。圖1是筆者利用Inspiration制作的《描繪燈泡的伏安特性曲線》實驗教學的概念圖。

2.實驗中期操作認識階段

計算機仿真模擬實驗，就是利用計算機仿真技術來模擬在實際教學中的實驗。它可以突破傳統實地、實物實驗的一些限制，如可以重復使用，不用擔心損壞；實驗操作失誤，會提醒；可以方便改變實驗器材的屬性，不用受實際器材的束縛；教學方式靈活、方便，可以快速修改實驗方式或方案；它可以將抽象的物理內容直觀化，將動態的實驗過程分解而利于學生觀察，也可以從具體現象中抽象出其本質特征，便于學生掌握；可以快速呈現實驗結果的正確與否。仿真實驗探究之后，再進行傳統物理實驗，可使結果更加真實，更令人信服。

3.實驗后期結果分析階段

利用Excel強大的數據處理和依據實驗數據做出實驗圖線的功能，快速給出定性和定量結果以方便教學分析。Excel除了具有記錄和處理數據的功能，在物理中的最大特色是可以用數值法及時畫出各種物理圖像，特別是在實驗數據處理和非線性振動中有重要運用。

除了以上輔助手段，實驗課中常用的還有PPT、多媒體視頻、Java和Flash動畫、幾何畫板等工具。教師在備課和教學中應根據學生、學校及自身的各方面條件，靈活而有效地綜合使用。

● 計算機輔助中學物理實驗教學的應用步驟

以高中物理選修3-1中電學實驗《描繪燈泡的伏安特性曲線》教學設計片段為例，呈現綜合運用計算機輔助教學手段進行教學的基本模式。

以概念圖為平臺，用Inspiration軟件制作該課的整體概念脈絡的概念圖，并按教學進度分步展示，這也是該軟件的一大特色。其中，實驗原理、實驗器材、分組實驗等部分都可逐一顯示。

在講解完實驗原理和實驗器材后，在進行分組傳統物理實驗之前，可先點擊超鏈接進入仿真物理實驗軟件進行模擬探究，從而先得出模擬實驗結果，為后面實際物理實驗作鋪墊，同時也可防止學生由于實驗不當而引起的實驗器材的損壞及安全問題等（如圖2）。

在完成實驗數據收集后，進行圖像分析時，可利用Excel的數值即時圖像分析功能畫小燈泡的伏安特性曲線，點擊相應的超鏈接即可進入Excel。學生只要在指定的位置輸入實驗數據，Excel會自動描點，顯示曲線。

最后，學生可以做實驗誤差分析、實驗總結及習題分析。

● 結語

上述教學過程片段，主要運用了三種計算機輔助教學手段和傳統物理相結合的教學方式。概念圖作為教學載體，展示了這個教學過程的脈絡，多個計算機輔助工具融合其中，相互輔助鏈接，是教學骨架；仿真物理實驗彌補了傳統實驗的不足，儀器可重復使用，不用擔心損壞，操作失誤時等束縛；Excel可幫助學生即時處理實驗數據，及時描繪物理實驗圖像，提高實驗數據處理的效率，仿真實驗和Excel處理數據是整個教學過程的亮點；傳統物理實驗則更實際、更科學、更令人信服，它可以最大程度地提高實驗操作能力和實際解決問題的能力，是其他教學手段不可替代的，也是整個物理學習的基礎。

多種計算機輔助教學手段綜合運用，彌補了各種教學手段單獨使用時的不足，最大程度地激發了學生學習的積極性，活躍了課堂氣氛，提高了教學效率。計算機輔助教學是不斷發展的現代教育技術,在物理課程教學中得到具體應用而又適應新課程標準的一種教學方式，相信在未來會得到更加廣泛的應用。當然，計算機輔助教學相對傳統教學有其自身的局限性，這就需要教師在使用過程中揚長避短，靈活使用。

參考文獻:

[1]陳昭.對初中古詩詞教學策略的初步探索[J].中小學教學研究.2010（12).

[2]陳自然.談多媒體課件在語文教學中的運用[J].語文建設.2005（8).

[3]余迅.語文多媒體教學的內容選擇策略[J].教學月刊.2003（3).