对计算机辅助中学物理教学的思考，本文主要内容关键词为：中学物理教学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
计算机技术的日臻完善为教育方法现代化实现提供了物质基础，国家教委1996年颁布的《中小学计算机教育五年发展纲要(1996-2000)》中也明确规定：“各省、自治区、直辖市教委、教育厅在近2～3年建设一批计算机辅助教育实验学校，到20世纪末，配有机房的学校必须开展比较系统的计算机辅助教学”。计算机辅助教学无疑有其无可替代的优越性，然而计算机这一工具的固有局限性决定了它在辅助中学物理教学中不可避免地存在弊端。本文试图对计算机在中学物理教学运用中的利与弊及其解决途径谈一些看法。
1 计算机辅助中学物理教学的优势
(1)利用CAI（计算机辅助教学）可以更好地帮助学生建立合理的物理表象，有利于学生掌握概念、规律和解答题目。表象是指客观对象不在主体面前呈现时，在观念中所保持的客观对象的形象和客体形象在观念中复现的过程。其基本特征是具有直观性和概括性，这就为CAI的介入提供了舞台。我们知道在物理概念的建立，物理规律、公式、定理的学习中，首先就是通过语言文字的描述，促使学生形成物理表象，在此基础上进行形象思维和再造想象，再进行抽象思维形成物理概念，或归纳、综合，得出物理规律；在物理题目的解答中，也是首先通过阅读题目，形成相关的物理表象以后，才能画出切合题意的物理图像，在此基础上判断各物理量及概念间的关系，进而通过推理、演算解决问题。可见不管是在物理知识的学习中还是在物理题目的解答中，形成正确合理的物理表象都是基础和前提，而这也正是教师教和学生学的一个主要难点。
利用CAI强大的计算和动画功能就能很好地弥补语言、文字描述的局限性。例如：在“交变电流”的课件中，矩形线框在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，切割磁感线产生感应电动势，如何认识这样一个典型的“变量模型”呢？我们通过动画技术、色彩、闪烁和音响等多种技巧的应用，不仅可以很好地帮助学生完成从立体图像向剖面图的转移，而且还可以很好地表现线框在旋转过程中，速度矢量与磁感线之间夹角的变化和感应电动势变化的过程，以及两个量变化之间的对应关系，并在屏幕上设计多个窗口，使各量的变化与线框的转动呈动态的展示。通过这样一个课件，学生头脑中就形成了一个很鲜明生动的形象（表象），便于学生在此基础上进行进一步的理性思维。
又如：在动量守恒定律的应用中有这样一个常见的题目：如图1所示，在光滑水平面上有木块A和B，
讲解和解答这一题目的关键和难点在于怎样对题目所提供的物理过程进行分析，利用简单的动画技术就可以很好地演示整个物理过程，而且我们通过在动画中插入几个控制点，就可以很容易地分析物理过程的各个阶段。这样的课件能够引导学生重视对物理过程的分析和研究，有利于培养学生正确的物理思想和物理方法。
(2)利用CAI分析演示实验，可以帮助学生尽快理解实验结论。例如：在研究平抛运动的实验中，课本上是依据同时开始做平抛运动的物体和做自由落体运动的物体总是同时落地这一实验现象，得出平抛运动在竖直方向的分运动是自由落体运动这一结论的。从现象到结论，不管用什么语言解释，总显得不够实在。我们用QBASIC制作了一个动画，在实验演示以后播放，就可以很清楚、很实在地说明实验结论。首先重视实验现象，然后，过两个一起下落的小球连一条水平直线，使直线随小球一起下落，并放慢动画速度。这样一来，学生接受实验结论时就觉得自然、合理。
(3)可以利用CAI模拟在中学阶段由于设备限制而无法进行的近代物理实验，从而体现物理课的时代气息。如：α粒子散射实验，中学不可能做，书上也只有一个示意图，利用计算机，模拟这一实验过程，可以帮助学生理解实验过程和结论。还可以用计算机模拟无法实际观察到的物理过程，如汽缸内混合油汽的爆炸等。
(4)借助CAI可以打破单一的教学模式，实现教和学的多元化。如：①以教师讲解为主，计算机作辅助演示，提高课堂效率；②在课件中设置某些数据输入点，便于学生参与；③向学生传授基本的动画制作技巧，由教师描述物理图像或物理过程，学生根据教师的描述予以呈现，或对教师提供的原有动画进行修改，培养学生建立物理图像的能力；④利用计算机加大课堂容量，上好习题课等。
2 计算机辅助中学物理教学的局限性和困难
(1)CAI如使用不当极易造成违背物理学本身特点的后果。分析物理学的发生与发展过程，可以将物理学的特点概括为两个主要方面：①观察、实验与科学思维相结合；②以数学为工具进行定量研究。而目前在计算机辅助中学物理教学实践中，却有很大一部分课件利用计算机强大的动画和计算功能模拟物理实验，以替代本可以进行的演示实验。有的学习课件甚至通过建立数学模型，模拟实验仪器、仪表和元件，建立虚拟实验室，提供给学生进行研究性实验。使物理实验丧失了其在物理教学中应起的作用。
我们知道，物理实验在物理教学中的主要作用有：①有利于激发学生的学习动机，提高学生学习物理的兴趣；②有利于培养学生的观察能力，因为实验中需要通过自己的观察获取信息；③有利于培养学生的思维能力和科研能力，因为实验活动中常常出现一些意想不到的现象，解释这些现象的过程中，思维形式活跃多变；④有利于实现因材施教，因为实验所涉及的基本概念、实验原理、设计思想形式多样，为不同类型的学生提供了发展平台。而如果用计算机的模拟来替代实际的实验操作，那么物理实验在教学中应起的作用就无法实现，因为所有过程都是人为设置的。学生一方面无法体验到前人在各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？这样无疑对素质教育不利。利用这种模式教育出来的学生，对一切物理过程都是理想的情况（譬如解物理题目）或许能力很强，而一旦接触实际的科学实践活动，必将暴露出其缺少实际操作训练的一面。
例如：“欧姆定律”一节中，研究加在导体两端的电压和流过导体的电流强度的关系，有这样一个课件，在Authorware制作平台下画出电路实物图，并利用其交互及计算功能，在移动图中滑线变阻器的滑动头时取得对应的电阻值，计算出相应的电压、电流值，并在图中的电压表和电流表上反映出来。利用这样的课件来进行演示讲解，显得方便、简捷、正确，而且外观精致，但同时也失去了物理实验的全部特点和演示、验证的功能，充其量只是一个魔术或游戏。
又如，在“恒定电流”的软件中，有这样一个程序：将6个完全一样的小灯泡，两两串成三组，开始两组并联，灯一样亮，然后，提出问题，第三组并上去，三组灯是否一样亮？在教师的指导下，让学生选取长短不同的时间间隔，将第三组灯接上去，从灯的不同亮度认识温度对导体导电能力的影响，再展现一组介绍低温物理的科研成果及应用的资料。据说这一课件“产生了较好的教学效果”。而实际上，假如学生们真正动手实验的话（这个实验很容易实施）就会发现，在通常情况下，用肉眼根本无法察觉到在课件中所表演出来的灯泡的明暗变化，这就是实验中所出现的意想不到的现象，用计算机模拟实验是不可能碰到的，因为一切都是计算机程序所设计好的。由此可见，可以用实验印证的结论，就不该用计算机去模拟。
(2)CAI在课堂上的运用势必造成教师和学生的注意发生分离。在传统的物理课堂，无论是教师讲、学生听，教师在讲台上做演示实验，学生看、思考；还是学生做（做题目或做实验），教师巡视，师生的注意对象在内容上是一致的，在空间位置上也是共同的，这种注意方向上的一致为师生的情感交流提供了一个有效的通道，有利于教学效率的提高。而在CAI的运用中，教师的操作点在电脑键盘，学生的注目点的电脑屏幕，这种师生的注意对象在空间位置上的分离不可避免地拉大了师生之间的心理距离，阻断了师生间情感交流的有效通道——眼神的交换。我们知道，缺乏师生间情感交流的课堂，教学效果是不可能好的，教学效率也是不可能高的。
(3)CAI对软硬件都提出了很高的要求。事实上要想使CAI在日常教学中真正起到应有的作用，在硬件上，必须做到多媒体电脑进入每一个教室，并且具备大屏幕的投影装置，仅这一条在我国现阶段只有少数重点中学在经济上、管理上能够实现。目前，许多学校采取的办法是集中建立一个多媒体教室（或称电教室）有专人管理，当有教师需要使用时，方才申请、准备、使用。这样做看上去是解决了硬件问题，而事实上，这样的教室只能起到一个CAI实验室的作用，离日常教学还差得很远。
在软件上，必须有和教材配套的一整套课件，教师只能是在此基础上加以修改、补充、创新。现在有不少机构、企业在从事这方面的工作，但多数是学习软件而非教学软件，他们致力于“把名师请回家”，而名师的教学思想又岂是能搬得回家的？也有许多学校在积极参与CAI的实验，但由于财力和精力的限制，只能是小打小闹，无法形成系统和规模。
当然CAI的局限性并不能妨碍其在教学实践中强大的辅助功能，关键是我们如何去恰当地修正它、使用它、发展它。它目前所面临的困难，通过教育行政部门和全社会的共同努力也一定能克服。
3 建设物理专用教室，扬长避短
怎样突破CAI在中学物理教学中的局限性呢？利用原有物理实验室，引进CAI设备，充分发挥物理实验和CAI的优势，两者互相补充，是一个有效可行的好办法。可以按照物理学科的特点建立物理课专用的教室：教室后面的橱柜陈设师生自制的教具或共同设计的实验；设置较宽大的讲桌，讲桌上设置可以拆卸的支架、轨道、斜面等用于演示实验；将实验实际操作的实况投影和物理图像的计算机模拟有机结合。所有班级的所有物理课都尽量在这样的专用教室上，将物理教研组的办公室就放在实验室附近，这样，不仅可以方便地布置环境，建立物理情境。而且，也便于设备的使用和管理。其他学科也可以按照各自学科特点建设专用教室，这样，一个学校只要建设五到六个多媒体教室就能满足需要。
当然，如果这样做了，学生的大部分课就分别在不同的专用教室上，只有自习课和活动课才在各自班级的教室，这自然会带来学生管理上的困难和整个学校管理模式的变革，而从世界范围来看，这样的变革是大势所趋。