計算機在物理教學中的應用

馮長平

摘要：本文著重討論計算機在物理教學中的應用及其注意事項。

關鍵詞：計算機；物理教學；課件

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）07-0099

計算機是20世紀世界上最偉大的發明，它在各行各業的廣泛應用，使21世紀的人類社會成為信息化社會。信息化的社會對教育信息化的發展、對信息化人才的培養提出了更高的要求。為了適應社會對人才的需求，計算機將被廣泛地運用于學校教育教學中，它在學校教育教學中的應用將推動整個教育教學的變革，引發教育觀念、教學內容、教學模式、教學手段等一系列的變化。作為21世紀的物理教師，應該發揮專業優勢，積極投身于把計算機運用于物理教學這一活動中，把抽象的、豐富多彩的、難學的物理學變成學生容易接受的、樂意學習的一門自然科學，為我國的科教興國戰略貢獻自己的力量。下面，筆者就計算機在物理課堂教學、實驗、指導學生學習等方面的應用談談自己的看法。

一、物理課堂教學

21世紀要求人們具備更多的科學文化知識。以前的課堂教育模式已經不能滿足時代的需要。利用計算機輔助教學可以增大課堂教學的信息量，滿足知識經濟時代對教育的需求。什么是計算機輔助教學呢？計算機輔助教學（Computer Assisted Instruction）簡稱CAI，就是以數字方式表現學科教學內容和過程的圖、文、聲、像、動畫以及活動影像等信息，這些信息用來幫助或代替教師執行部分教學任務，為學生傳授知識，提供訓練技能、檢索或解答疑難問題以及進行水平測試等。計算機是輔助教師完成各項教學任務，幫助學生完成認知過程，支持學生學習過程的認知工具，它的理論基礎就是認知構建主義學習理論。計算機的出現為學習者提供了理想的構建主義學習環境。

從教學軟件方面來看，用于執行教學任務的計算機程序，我們稱其為課程軟件，簡稱課件。它是實現和支持特定課程的計算機教學軟件和配套學習過程的軟件。而把用于物理課堂教學的計算機應用軟件稱為物理課件，它是一種全新的教具。物理教師可以利用Flash、PowerPoint、Authorware、幾何畫板等多媒體集成軟件，并根據自己的創意，將文本、圖片、聲音、動畫、影像等素材集成，創作出聲畫并茂、情景交融的物理課件。這樣可以使學生在愉快的環境中學習物理概念、掌握規律。物理課件的使用與制作是21世紀物理教師必備的素質。

從教學效果來看，把物理教學內容以豐富、生動的多媒體形式來表達，改變了課堂教學形式單一、直觀性差的缺憾。恰當運用計算機這種現代化的教學媒體，可以使教學內容生動活潑，教學過程弛張有序，增大信息量，提高信息質量，提高教學效果。

從社會發展的趨勢來看，現行的課堂教育模式將被網絡教育模式所代替，當學校實行網絡化教學時，將對物理教師提出新的要求。

二、模擬物理實驗

計算機系統模擬物理實驗是計算機運用于物理教學的重要內容，我們可從以下幾個方面利用計算機模擬物理實驗：

1. 形象逼真化方面

計算機系統可以對一些不可為實驗（如原子彈爆炸、核裂變、天體運動等），危害性實驗（如放射性衰變），過程性實驗（如電容器充、放電時極板上電量的變化），原理性實驗（如示波器內粒子的運動軌跡），無法看到或看清的現象（如通電導線中的電流、原子結構、布朗運動）等具有獨特的演示效果。模擬實驗可以使抽象的物理概念形象化，使學生有一種身臨其境的感覺，使學生頭腦中建立起形象的物理情景，加深對抽象物理概念的理解和記憶。

如講解開普勒定律時，計算機能為學生描繪一幅天體運動的圖象。行星圍繞太陽運轉時，其軌道為橢圓。

2. 可控方面

計算機可以把一個自然界中無法變動的過程根據教學需要進行加快或減慢，這將有助于學生形成對物理現象和規律的正確認識。如：簡諧運動、電容器的充放電現象等。

3. 可重復和分解方面

有些實驗，我們只能看到最后結果，而形成結果的原理卻很難反映出來，給學生的理解帶來了一定的困難，如電子束的運動。計算機模擬實驗可以顯示實驗的各個環節。即教師在課堂上可以根據教學的需要對計算機模擬的物理現象或物理過程進行任意播放、隨意分解，直到使教學效果完美為止。

4. 理想化方面

近似方法是物理研究中很重要的方法，因此，物理學家在研究物理問題時提出許多理想化的物理模型。如：光滑、空氣阻力不計、質點、勻速直線運動等。在教學中，教師無法找到與模型完全相符的例子。而物理課件可以完全滿足理想化的要求。

三、處理實驗數據

物理的演示實驗一般要求當堂測量數據、當堂處理數據得出結論。傳統的手工數據處理方法要耽誤許多課堂時間，不利于提高教學質量。如果利用計算機處理數據，則立即可以得到實驗結果。

對于學生的分組實驗，利用計算機處理數據可以即時得出結論。如果發現數據錯誤，學生可以當場補測某些數據。同時可以使教師當場評價學生的實驗數據，這樣減少了教師批閱實驗報告時間，使教師能夠集中精力搞好別的教學工作。即計算機運用于實驗教學將有利于提高物理實驗教學的質量。

四、采集實驗數據

在進行物理實驗時，首先必須采集數據。利用某種檢測技術將待測模擬量由傳感器和轉換裝置轉變為數字信號收集到計算機中進行儲存、計算和處理的裝置我們稱其為數據采集系統。以計算機為核心構成的數據采集系統，可以在計算機的控制下自動采集實驗數據，這種方法可以完成一些常規儀器難以完成的實驗，能提高實驗測量的精度和效果，有利于學生在實踐操作活動中掌握知識，有利于學生創造力的培養和高素質的形成。

五、學生學習指導

學生可以利用計算機學習軟件進行自學，可以根據自己的學習程度選擇適當的習題，可以與計算機對話。學生可以利用計算機動態模擬物理現象或物理過程，從而幫助自己審題。總之，利用計算機做物理習題既能培養學生獨立思考問題的（上接第99頁）（習慣和能力，又能兼顧程度不同的學生，真正做到“因材施教”。endprint

六、注意事項

1. 在教學過程中，不能用計算機模擬實驗代替真實的物理實驗。教學中應以真實的物理實驗為主，模擬實驗為輔。只有將真實的物理實驗與模擬實驗恰當結合起來運用于教學中，才能收到良好的教學效果。

2. 教師運用他人軟件時，應根據課堂的需要進行有效選擇，不能照搬照抄。

3. 對自己編寫的教學輔助軟件應注意內容的科學化。即軟件模擬的物理現象或過程符合實際的物理現象或過程，絕對不能出現科學性方面的錯誤。如：注意物理規律的條件和范圍等。

4. 應注意到計算機輔助物理教學的缺點：一是容易造成教學內容與方法的程式化。二是模擬實驗本身的不真實，影響說服力。

七、結論

在物理教學中，要使學生頭腦中建立清晰的物理圖像、形成正確的物理概念，直觀的物理圖景是非常重要的。因為直觀物理圖景的形象記憶，往往比語言符號的邏輯記憶更為重要。物理教學中的演示實驗、學生實驗以及各種參觀，是教師以前幫助學生在頭腦中建立清晰的物理圖景的主要方法。但對于理想化實驗、微觀物理現象、不易做或效果不易觀察的實驗等情況，教師只能采用講述的方法解決實驗問題。現在，物理教師可以利用計算機動態模擬、定格顯示、重復等手段，把物理圖像尤其是復雜的物理過程清晰、逼真、科學地模擬出來。這種動、靜結合，隨時可以反復展示過程的模擬，可以有效地幫助學生克服在形成表象過程中所遇到的困難，豐富他們的思維素材。

總之，利用計算機輔助物理教學的優勢是明顯的，它既可以為學生提供生動、逼真的物理圖像、典型鮮活的物理現象，又能激發學生學習物理的興趣和積極性，最大限度地調動學生參與到教學活動中。同時，計算機輔助教學還能增加課堂教學的信息密度，減輕師生在課堂上的勞動強度，優化教學過程，提高教學效率。

參考文獻：

[1] 畢廣吉.計算機輔助物理教學基礎教程[M].長春：東北師范大學出版社，1999.

[2] 喬際平等主編.基礎教育現代化基本功（中學物理卷）[M].北京：首都師范大學出版社，1997.

[3] 劉英陶.教師職業技能[M].北京：教育科學出版社，1996.

[4] 物理通報雜志社編.計算機多媒體物理教學課件研究、設計、制作及應用[C].北京：北京教育出版社，2000.

（作者單位：河南省安陽縣二中 455112）endprint