蔡园中学何艳军计算机多媒体课件在物理实验教学中的应用.doc

计算机多媒体课件在物理实验教学中的应用蔡园中学 何艳军学习的好坏很大部分取决于兴趣。学生对物理教学是否觉得有兴趣，与他们实验能够“看到”、“听到”或“感觉”到的“物理现象”有关。在现代教育技术缺乏的情况下，学生感受到的“空间”是非常有限的，因而想象的空间也是有限的。“没有兴趣”，“缺乏动机”，“失去创新”，也是自然的事情了。但是，利用计算机多媒体课件对视频、图像、录音、图片等多种媒体信息的集成和再视功能，结合传统媒体的现场展示功能，通过力、热、声、光、电等形式提供生动形象的感官刺激，强化“实验情景”的可控展示，极大程度地激发了学生学习物理的兴趣，促使学生主动参加活动，可以使学生在生动形象的物理实验教学中，感觉到学习的乐趣，体验到学习的愉悦情感，自然会产生进一步学习物理的愿望和内在动机，从而激发学生学习物理的兴趣，提高教学效果。 多媒体技术正渗透到社会的各个领域，改变着我们的生活方式以及思维观念，教育领域当然也不例外，与以往任何一种教育媒体的应用相比，多媒体技术的引入使传统的教育方式发生了更深刻的变革，甚至可以说造成了不小的冲击。但不管怎样，多媒体课件在提高教育质量和教学效率方面所起的作用已被人们所公认。 一、 多媒体课件在教学中的意义 多媒体课件是近几年来在中小学中逐步普及应用的教学手段。由于它交互性强，表现形式丰富，容易为学生接受，有利于分层教学，信息量大等优点，已经逐步取代了传统手段中的幻灯片、录音、录像等，处于电教的主体地位。根据教育部于 2000 年 10 月在北京召开的“全国中小学生信息技术教育工作会议”中指出，未来教育要以信息化带动教育的现代化，要加快信息技术与其他课程的整合；并运用信息技术与课程教学改革整合，促进教学方式的变革。利用多媒体技术对文字、声音、视频、动画影片等综合处理，可在信息传播中把人的各种感官有机地组合起来接受信息的效率，这已在教学各学科中取得良好的效果。 21 世纪的物理教育，必须提高课堂教学效率作为教改的首要问题，向课堂 45 分钟要质量，向科研要质量。要提高课堂效率，首先就必须使课堂结构高效化。衡量课堂结构达到高效化有 5 个主要标准： 学生主动积极参与程度； 学生掌握知识、能力和方法的水平； 学生当堂练习的数量和质量； 信息反馈畅通的程度； 充分有效地利用教学时间。因此，物理教师必须针对物理教材的特点，更多采用新技术，使教学手段现代化和多样化。通过多媒体课件辅助教学，可以使学生以交互方式进行学习，有利于学生参与，有利于激发学生的兴趣，激发学习潜能的发展，有利于培养学生捕捉信息，获取信息、处理信息的能力，有利于帮助学生建立新旧知识的联系，有利于调动学生的学习主动性和积极性，促使学生自觉地进行学习。 随着计算机软件以及硬件技术的发展，各种现代教学媒体层出不穷，教育也像经济一样，走向“全球一体化”。以多媒体课件进行辅助教学是教育发展的必然趋势，它对提高学生的素质将会起到可估量的作用，同时，也会促进应试教育向素质教育的快速转轨。因此，我们应积极探索，大胆尝试和创新。 二、多媒体课件在物理实验教学中的应用 观察和实验是物理学的基本研究方法，许多物理定律、定理、规律是由观察和实验得来的，做好物理实验对于培养学生的实验能力，提高学习物理的兴趣，就显得十分重要和必要。由于实验器材、实验条件等诸多因素的限制，用传统的物理实验教学手段来进行实验教学问题或多或少的存在这样或那样的不足，甚至有的干脆不能演示。多媒体课件恰好弥补了上述不足。 （一）多媒体课件在演示实验教学中的应用 在物理课堂中，用实验来演示是一种很好的教学方法。在传统的教学手段中，有些物理事实或物理过程，是难以直观地在课堂中展示。例如：极高速、极缓慢、极微小、极庞大的物理运动或物理过程，对实验环境与实验条件要求极高的实验过程等等。如很难观察到摩擦起电原理，很难看到电流的实际流经路径，不方便展示光速的测定过程等。相比这下，利用多媒体技术拥有许多充分显现实验内在特征的优势，为实验的成功创造了喜人的条件，保证物理实验能够生动、形象地模拟物理现象，使学生有兴趣学习物理。 （ 1 ）演示实验用课件将一闪即逝的物理过程变成慢放的连续重放，增加演示实验的可靠性。运动学中有些现象因演示实验时一闪即逝而难以观察，且在学生大脑中停留时间太短，学生对其内在的物理量的变化与关系不容易把握，将这些过程利用计算机模拟出来，对那些关键的细节或要学生注意的地方采用特技手段重放就可以强化信息的输入。对学生更有帮助的是，学生可以在动态的慢过程显示中，既能看到物理量之间关系的图景，拓展了学生物理思维的空间，又是一种物理动态思维素质的训练。例如 “电动机的工作原理”在传统的教学中是先结合挂图讲解，然后再让小型电动机转动。由于电动机转动太快，学生不能清晰地观察换向器所起的作用，降低了演示实验的可信性。如果将电动机转动摄入镜头，在录像编辑机上复制成慢放的连续定镜录像带的重放，然后制成课件，学生便可以清楚地观察到电动机的工作原理及换向器的作用，教学效果很好。又如平抛运动的分解实验，整个过程只有零点几秒，通过实验只能得到平抛、竖落、水平三个方向上的小球在最后时刻的等时关系，而中间过程却无法详细观察，我们用计算机模拟闪光照片，把这一过程慢放，以便于分析。再如，在研究“自由落体”的变速特征时，通过利用计算机即时将演示实验中小球的下落过程，进行延缓处理，让学生初步观察到“自由落体”的变速特征，进一步通过计算机设定相等的时间间隔小球的位置，让学生读出背景标尺的计数，计算推论小球的运动规律。这样让学生感受到现象的真实性，又让学生自己从实验数据中推论出物理规律，达到事半功倍的成效。 （ 2 ）利用三维动画技术将平面静态变动画效果，使学生更好理解，观察更直观。在传统的教学手段中，通常是通过实验、挂图等向学生展示物理事实与过程的，而平面静态图形难于全面、准确地表示动态的、三维空间的物理过程，导致物理事实与物理过程的展示受到一定的限制。一些抽象的物理模型也只能通过示意图与语言表达方式，让学生通过想象而感知。如，在讲光的直线传播这一节时，日食、月食的形成及三球的运动情况教师不易讲清楚。若通过海百合课件专家 2004 或 Powerpoint 等课件制作软件，把月球绕地球转，同时地球绕太阳转及日食、月食的形成过程制成课件展示给学生，则学生更容易理解接受。类似的如天体运动、人造卫星等都可以制成课件。例如在上“连通器”这一节时，说到连通器的应用，课本中有相关的插图，但都是静止的，不够形象，我们也可用 FLASH 软件制成动画效果进行演示，这样使学生感受实际情景，增进学生对教材的内容的理解。如图 所示，当龙头的水流入茶壶中时，会发现茶嘴跟壶肚里的水总是保持相平的。图 演示：当龙头的水流入锅炉时，自始至终，水位计与锅炉的水保持相平。图 演示：这是一个牲畜自动喂水器，如何实现自动喂水呢？一按演示按钮，学生便从动画中不难知道这个原因：牲畜喂水器的右边大容器中，马饮水时，水位下降，进水管中的阀门在杠杆的作用下，水进入左边小容器中，当水上升到一定程度，由于杠杆的作用，使阀门自动关闭，水位不再上升，因而喂水器中的液面总保持相平。图 是介绍船闸利用小道理解决大问题时，课本画了船闸从上游驶过下游过程中四幅插图，也可以用动画设计，演示阀门打开，船随水面而下降及船运动的效果。 （ 3 ）有些微观东西摸不着、看不见，可以用多媒体进行实验模拟。电流的方向判断及大小计算在初三电学中是重点，但电流在导体中看不见，摸不着，对初中学生来说较抽象，难以理解，导致在电路分析和计算经常出错，课本中虽然有许多幅相关插图，但都是静止的，不能让学生有电荷流动的感觉。如果利用多媒体中动态软件（ FLASH ）设计，非常方便地制作出导线中正负电荷流动的画面，这样把微观粒子夸张化，学生理解起来就不那么困难。例如上图 是布朗运动模拟实验，布朗运动是一个非常重要的实验，但由于受条件限制，此实验无法做。但通过课件模拟，可让学生了解基本的实验过程、实验条件、实验现象，并可根据实验现象让学生分析总结，并为学生理解布朗运动奠定基础。在摩擦起电的原因这节课，讲原子核结构及电子转移等问题，将这些微观的事物制成课件模拟放大，就能达到理想效果。 （ 4 ）课堂演示中用多媒体课件对局部展现。物理的基本概念、物理的规律让学生理解、掌握离不开物理实验，这是物理教学的一个特点，教学中，教师都要求学生观察细致，并注意关键时刻和重点观察目标。实际中一些实验的次要现象、表面现象往往吸引了学生的注意力，而无法明确教师的意图，导致学生对实验现象的误导，从而影响学生对规律的掌握。但多媒体技术，将实验中需突出的主题放大集中到投影屏幕上，就尽可能避免了学生注意力的分散及观察主题的误导。例如在“向心力”一节的教学中，利用向心力演示器来探究向心力与哪些因素有关的实验。这个演示实验，在于让学生明确两小球做圆周运动的速率、半径的关系，在于学生清晰地观察两弹簧秤计数的数值的关系。小球在水平面内做圆周运动和弹簧秤刻度小，使学生无法观察清楚。如果上课采用多媒体课件，在演示器的前、上方安置摄像头，用投影仪将其放大，那么两个小球作圆周运动的速率、半径关系就一目了然。两弹簧秤的读数放大后能使全班学生清晰观察到其数值关系，课堂的效率与效果可想而知。 （ 5 ）有些演示实验可见度太低或不理想，直接影响了实验教学效果，若利用课件制作软件如：海百合课件专家 2004 将其制成课件在多媒体教室的屏幕上放大，便可大大提高实验的可见度。例如，在玻璃板上用铁屑演示磁体周围的磁场分布情况时，教师在讲台上做实验，学生根本看不到实验现象，老师捧着玻璃板走下去，既浪费了时间，效果又不好。如果把这个实验制成课件，实验现象放大到屏幕上了，学生就会一目了然。再如“电磁教学”中，可以利用三维动画来展示在导线中电流的流动方向与小磁针的转动关系。这为学生提供更直观的感性认识材料。 （ 6 ）有些物理现象难以用语言描述清楚的物理过程，或有些精彩的物理现象限于教师的口头叙述而学生无法去享受学习的快乐。可利用课件将过程在几分钟内用多媒体动画技术模拟再现，节约大师的教师口头讲述时间，而且更具感染力和说服力，更易让学生理解接受，如电磁振荡现象既抽象又难理解，波的叠加、机械波等。 （二）多媒体课件在分组实验教学中的应用 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训动手能力、思考能力及想象创造力，但部分分组实验教学效果却跟上述目的相差甚远，造成这种状态的原因在于，学生预习时是对照仪器看教材，实验要做什么，实验要求的方法和完成实验的实施操作步骤，不甚明确，到实验操作时，只能机械模仿，按部就班地完成实验，不能充分调动思维。而现在有了计算机就不同了，我们把要求学生经历的过程编制成课件，在课件中用人机对话的方式，让学生回答计算机提出的每个问题，且课件本身图文并茂，能够激发学生的学习兴趣。如物理实物介绍类：游标卡尺、螺旋测微器、电表读数。以螺旋测微器为例：传统的教学方法，先由教师介绍读数方法，然后由学生进行千分尺实物读数练习，由于教师忙于纠正学生的读数，平均一个学生需要 1 分钟左右，一课时下来，学生能较好掌握的还不到 50% ，但是在多媒体网络教室，老师事先利用几何画板制好课件，先让学生认识结构，并举一两个例子，让其懂得如何读数，然后让学生利用进行自主学习，随意改变实验条件和物理参数，进行读数练习，然后进行自我检测，利用计算机人机对话的方式，由计算机设计条件，学生回答后得到计算机的判断，学生即刻知道自己答案的对错。正确的向下运行，回答错误的则可以重新回答，如果答不出来，可以请求帮助，计算机则给出正确答案。这相当于对每个学生进行一次个别辅导，学生利用信息反馈对自己进行了考评，并及时得到了答案。如果不合格，则必须重复做，直到合格为止。这种人机对话的交互方式，对学生的学习产生一种挑战的效应，激发学生接受这一挑战，设法回答提问，很快掌握了知识。 （三）分组实验与多媒体课件二者结合。 把实验和数据处理分析有机地组合在一起。“晶体的熔点”的教学要求调整到“知道”的层次，教学大纲中又有“晶体和非晶体熔化”的演示。在教学中同样面临着怎样让学生主动参与的问题。不能让学生停留在“教师口讲，学生知道”的“低层次”。初中物理实验数据的分析都是为了得到结论性的规律。学习习惯差的学生往往不重视实验过程，只重视实验结论，而晶体熔化和凝固的实验数据分析，引发了学生对整个物理现象过程的具体分析。 三、多媒体课件在物理实验教学应用中应注意的问题 多媒体在物理实验教学过程中作为新生事物，它与传统教学手段相比，所展现的那种无可比拟的优势、强大的生命力正震撼着每一个老师的内心世界，它已成为课堂教学改革的重要手段。但实际上，由于对多媒体技术应用的优势过分推崇，也出现了一些误区，反而影响了多媒体课件在实际教学中的作用与地位。 （一）充分认识多媒体课件在物理实验教学中存在的误区 误区 1 ：极度抬高教学手段的现代化，将多媒体手段完全代替传统教学手段，老师精力集中于课件的制作，这样就导致固定程序化课件的产生，老师在课堂上，全部展示的是计算机早已设定好的模拟材料，老师从头到尾按程序进行说明，就连提问、练习都一律按程序执行，尽管一堂所涉及的容量非常大，但整个过程学生一直处于被动的接受中。计算机具有自身的优点，但其执行的死板的程序模式，而课堂当中学生的思维是千变万化的，对现象和过程的反应不尽相同，让固定的模式去接受千变万化的反馈，是无法达到理想效果的，更何况学生课堂表现出浓厚兴趣和学习情感也要通过师生的双边交流才能达到。误区 2 ：重模拟实验、轻真实实验。物理教学的重要手段之一是实验，中学物理教材的内容具有大量的实验，有的实验就目前条件是无法做的，有的实验是不容易把握的。物理实验的真实性是不可能由计算机的模拟代替的，缺乏了实验事实这个基础，会令学生产生疑问，怀疑过程及规律的真实性，使学生减弱对物理学习的兴趣。何况对物理规律的探求性实验的模拟，本身就是在应用物理规律，根本不合逻辑 ( 如同用数学定律去证明定律自身是否成立 ) 。误区 3 ：多媒体教学就是要有课件，公开课必须有课件。随着教学技术手段的现代化，一些人认为多媒体教学就是计算机辅助教学，计算机辅助教学就要采用多媒体课件，没有课件的物理公开课便是一堂不成功的课。而且，目前这样的认识普遍存在，甚至趋向极端。不难发现，在各层次的公开课教学中，采用物理课件成了一节成功公开课的必要条件。不具备这样的条件，那怕你的课组织得再好，也不可能评优。忽视传统的教学媒体 ( 挂图、录音机、录像机、投影仪、电视机等 ) ，限制了多媒体教学的多样性，以至于在有的公开课上，老师为了达到使用物理课件的目的，不惜化费大量精力、物力、财力，而将传统的媒体都能做到的东西，也做成课件，面对教材的难点、关键的实验不认真组织、构思，本末倒置。 （二）充分认识多媒体教学的地位，提高物理实验教学的效果 多媒体教学在物理课堂中的重要作用已被 广大老师认识并接受。如何更好地利用它为教学服务，关键在于对其本身作用的定位。媒体是创设学习情境，学生主动学习、协作、探索、完成知识认知工具，而不是老师为完成其教学任务而向学生灌输的手段和工具。多媒体也并非限于计算机辅助教学一种，应是广泛的，符合学生认知特征和教材特点的各种认知工具。 首先明确媒体作用是为学生知识的认知服务的，必须根据不同的学生、实际的教学内容，教学的阶段特点合理地选择教学模式，采用不同的教学手段，选用对应的教学媒体。并非每节课都要用到课