CAI对学生物理想象力的作用，本文主要内容关键词为：想象力论文,物理论文,作用论文,学生论文,CAI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。
1 问题提出
物理形象思维包括表象、直觉、想象。想象是物理形象思维中的最高形式。物理想象是指人脑根据已有物理表象进行再现物理情景或创造新形象的过程。物理想象按层次可分为物理再现想象和物理创造性想象。再现想象是创造性想象的基础。物理创造性想象又是提出物理假说的重要环节，许多重大的物理发现无一不是建立在物理创造性想象基础上，如麦克斯韦的电磁场理论、卢瑟福的原子核式模型等。要培养学生的物理创造性想象，首先得培养学生的物理再现想象。
物理想象按内容又可分为：时空想象、理想化（模型）想象、物理图景想象、物理图形想象。图景想象是物理再现想象的核心。物理图景可分为静态图景（物理形象、状态）和动态图景（物理过程、现象）。在教学过程中，我们发现学生对静态图景的再现想象还可以，但是对动态图景的再现想象明显较差。究其原因主要是头脑中的动态物理表象积累较少。由于传统教学手段的局限性，过去教师能提供形象化的动态物理表象手段只有两种即演示实验和物理录像。物理录像的片源较少。对演示实验，往往只有坐在教室前排、并且观察能力较强的同学，才能达到动态想象的要求。
计算机的发展，使CAI在物理教学中日益推广和运用。CAI这种新的教学手段对培养学生想象力能不能有独特的作用呢？经研究发现CAI 动画的出现使模拟物理动态图景成为了可能。CAI 动画是提供动态物理表象的新途径。CAI对学生物理想象力的作用主要体现在CAI动画对学生动态想象力的培养。为进一步量化这个作用到底有多大，我们进行了教学实验。首先选择一些能培养学生动态想象力的章节，制作和收集有关的CAI动画，然后随意抽取班级来上课。在上课时，先不播放CAI动画，叫学生靠听教师语言描述或课本上的插图进行动态再现想象。想象完成后，做调查问卷上相应的问题。接着，播放CAI动画后， 叫学生再次想象，想象完成后，再做调查问卷上相应的问题。
2 教学实验
2.1时空动态想象力
实验对象：本校高一（3）班全体学生，共53人。
教学内容：运动的分解与合成
CAI动画模拟：水平匀速飞行的飞机在高空某处投弹。 炸弹投出后，做平抛运动，即炸弹在水平方向上与飞机同步飞行。炸弹落地前，点按鼠标，飞机、炸弹都会停在半空中，同时屏幕中显示垂直坐标。
调查问卷内容：问题1。不看计算机动画， 你能否想出飞机投弹的情景？问题2。看计算机动画，不显示坐标， 你能否想到炸弹在落地前，在水平方向上与飞机同步飞行（即做平抛运动）？问卷调查结果见表1。
能完全想出能想出一点 不能想出
问题1 4% 53.4%42.6%
问题269.6%20.2%10.2%
2.2对宏观物理现象的动态想象力
实验对象：本校高一（2）班全体学生，共52人。
教学内容：机械运动
CAI动画模拟：地球绕太阳公转的情景
调查问卷内容：问题1.只借助课本上的数据（地球直径、 日地距离），你能否想出地球绕太阳公转的详细情景？问题2.看CAI动画后，你能否想出？问卷调查结果见表2。
能完全想出 能想出一点 不能想出
问题1 42.4% 57.5%0
问题2 87.5% 12.5%0
2.3对宏观物理过程的动态想象力
实验对象：本校高二（1）班全体学生，共52人。
教学内容：高中物理第二册“交流电的产生”
CAI动画模拟：模拟课本上图5－2，交流发电机工作原理。 在矩形线圈上，用箭头表示电流方向，用线条粗细表示电流大小。矩形线圈转动时，箭头方向和线条粗细都在周期性变化。
调查问卷内容：课本上图5－2矩形线圈转动时，线圈中的电流：（1）方向在变化。（2）大小在变化。问题1。不看CAI动画，你能想到哪几条？问题2。看CAI动画后，你能想到哪几条？问卷调查结果见表3。
能想到(1)(2)能想到(1)能想到(2)不能
问题130.5% 65.2%4.3% 0
问题287.5% 10.1%2.4% 0
2.4对微观物理现象的动态想象力
实验对象：本校高二（4）班（理科班）全体学生，共54人。
教学内容：高中物理第二册“双缝干涉”
CAI动画模拟：仿照课本图8－2，以水波形式模拟光波。光源S，源源不断地发射出光波。光波在双缝处，形成两个类光源。这两个类光源再不停发出光波，形成干涉。
调查问卷内容：问题1。只看课本上图8－2， 及图下边的文字解释，（1）S发出的波是连续不断向外动态传播的；（2）波经S[,1]、S[,2]后产生的干涉图样是在动态更新的；你能想到上述哪几条？问题2。 看CAI动画后，你能想到上述哪几条？问卷调查结果见表4。
能想到(1)(2)能想到(1)都不能
问题121.9%
75%3.1%
问题281.3% 18.7% 0%
2.5对微观物理过程的动态想象力
实验对象：本校高三（1）、（2）班（理科班）全体学生， 共106人。
教学内容：高中物理第三册“带电粒子的圆周运动”
CAI动画模拟：小球代表电子，以“x”代表垂直屏幕的磁力线。电子在垂直磁场平面内分别以与水平成0°、30°、60°角进入磁场， 轨迹都在磁场内，是一个个不重合的圆。
调查问卷内容：问题1。只看课本图7－17，你能想到下面哪几条？（1）当电子垂直磁场水平进入时，轨迹可能是圆；（2）当电子垂直磁场以任意角度进入时，轨迹可能是圆；问题2。看CAI动画后，你能想到上述哪几条？问卷调查结果见表5。
能想到(1)(2)能想到(1)都不能
问题1
33.3% 59.7% 6.8%
问题2
84.5% 15.5%0%
3 实验数据分析及结论
上面所列举的五次实验，是从我们进行的实验中精选出来的，较能体现动态想象力的五个方面。对上面五次调查数据的归类分析如下：
3.1不借助CAI情况下，学生想象力数据如表6。
由下表可见：a.学生的时空动态想象力最差，其次是微观动态想象力。学生的宏观动态想象力还可以。这主要是由于过去我们在教学中提供给学生的时空动态表象太少，学生也没有仔细观察生活中的素材。b.时空想象中能正确建立表象的学生太少，只有4％。而物理成绩优秀的学生一班平均有10％。也就是说这些学生多数抽象思维好，形象思维不行。这与我们在教学中长期以来只注重解题能力，而忽视想象力培养有关。
能完全想出想出一点不能想出
想象力类型
时空动态 4% 53.4% 42.6%
宏观现象 42.4% 57.5% 0
宏观过程 30.5% 69.5% 0
微观现象 21.9% 75%3.1%
微观过程 33.3% 59.7% 6.8%
3.2使用CAI前后，学生想象力数据的变化。
学生情况 能完全想出 增加量
使用 使用 (使用后—
CAI前 CAI后 使用前)
想象力类型
时空动态 4%
69.6%65.6%
宏观现象 42.4%87.5%45.1%
宏观过程 30.5%87.5%57.0%
微观现象 21.9%81.3%59.4%
微观过程 33.3%84.5%51.2%
学生情况 不能想出减少量
使用使用 (使用后—
CAI前 CAI后 使用前)
想象力类型
时空动态 42.6% 10.2%32.4%
宏观现象 0 00
宏观过程 0 00
微观现象 3.1%
03.1%
微观过程 6.8%
06.8%
从表7可以看出，通过观看CAI动画，能使原来具有一定想象力的学生中的平均50％左右，迅速建立起正确的动态物理图景。
从表8可以看出， 学生对宏观的物理现象及过程还是能再现想象出一些的。CAI对时空动态想象力或微观想象力弱的学生帮助更为明显， 能使他们从“一点也想不出”到“想出一部分”。
总之，CAI动画对培养学生物理动态想象力， 特别是时空和微观动态想象力，有着十分明显的作用。这正是CAI 对培养学生物理想象力的特色所在。