陳棟梁

摘要：本文舉例闡述了在傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上整合計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段，延拓物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能。筆者以實(shí)驗(yàn)課《描繪小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)》為例，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，整合概念圖、仿真物理實(shí)驗(yàn)、Excel等教學(xué)手段進(jìn)行了分析示范。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)；物理實(shí)驗(yàn)

高中物理教學(xué)中經(jīng)常會(huì)遇到一些抽象的、難以用板書(shū)和口授表達(dá)的問(wèn)題。這些內(nèi)容僅通過(guò)教師板書(shū)和口授往往難以直觀(guān)地呈現(xiàn)或演示給學(xué)生，難以取得很好的教學(xué)效果，而通過(guò)計(jì)算機(jī)就能夠演示一些在物理常規(guī)教學(xué)中不易觀(guān)察的現(xiàn)象，以補(bǔ)充傳統(tǒng)教學(xué)手段的空白點(diǎn)。

在沒(méi)有計(jì)算機(jī)條件的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課上，除“研究性”實(shí)驗(yàn)外，限于時(shí)間，正常教學(xué)實(shí)驗(yàn)都比較單一，主要是進(jìn)行物理定理或定律的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)或進(jìn)行某些物理現(xiàn)象的重現(xiàn)。而實(shí)驗(yàn)的過(guò)程往往遵循一定的操作步驟，難以拓展操作之外的內(nèi)容。

在配有計(jì)算機(jī)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)中，由于可以實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)化”和“人機(jī)對(duì)話(huà)”，因此綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段可以達(dá)到延拓實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能的目的。依托計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)設(shè)備，可將中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為三個(gè)階段。在這三個(gè)階段中相應(yīng)地運(yùn)用計(jì)算機(jī)的不同輔助教學(xué)功能，可擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，延拓實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能。

● 計(jì)算機(jī)輔助中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本階段

1.實(shí)驗(yàn)前期概念、原理認(rèn)識(shí)階段

概念圖是盛行于國(guó)外特別是歐美國(guó)家的一種教學(xué)形式，其功能從評(píng)價(jià)擴(kuò)展到了教學(xué)策略、學(xué)習(xí)策略；其應(yīng)用領(lǐng)域也從科學(xué)學(xué)科擴(kuò)展到了人文學(xué)科、商業(yè)領(lǐng)域。目前，主要的概念圖制作工具有：Inspiration、MindManager、MindDraw、FreeMind等。筆者經(jīng)常會(huì)利用Inspiration軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)概念、原理的認(rèn)識(shí)。

物理概念圖可以展現(xiàn)物理知識(shí)的基本概念框架，可以展現(xiàn)教師對(duì)物理知識(shí)的理解程度，可以展現(xiàn)教師對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)的思考。概念圖教學(xué)是一種教學(xué)手段或者說(shuō)是教學(xué)形式，是“骨架”；而教學(xué)內(nèi)容和其他課程資源是教學(xué)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(xiàn)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的概念圖。

2.實(shí)驗(yàn)中期操作認(rèn)識(shí)階段

計(jì)算機(jī)仿真模擬實(shí)驗(yàn)，就是利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來(lái)模擬在實(shí)際教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)。它可以突破傳統(tǒng)實(shí)地、實(shí)物實(shí)驗(yàn)的一些限制，如可以重復(fù)使用，不用擔(dān)心損壞；實(shí)驗(yàn)操作失誤，會(huì)提醒；可以方便改變實(shí)驗(yàn)器材的屬性，不用受實(shí)際器材的束縛；教學(xué)方式靈活、方便，可以快速修改實(shí)驗(yàn)方式或方案；它可以將抽象的物理內(nèi)容直觀(guān)化，將動(dòng)態(tài)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程分解而利于學(xué)生觀(guān)察，也可以從具體現(xiàn)象中抽象出其本質(zhì)特征，便于學(xué)生掌握；可以快速呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確與否。仿真實(shí)驗(yàn)探究之后，再進(jìn)行傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)，可使結(jié)果更加真實(shí)，更令人信服。

3.實(shí)驗(yàn)后期結(jié)果分析階段

利用Excel強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出實(shí)驗(yàn)圖線(xiàn)的功能，快速給出定性和定量結(jié)果以方便教學(xué)分析。Excel除了具有記錄和處理數(shù)據(jù)的功能，在物理中的最大特色是可以用數(shù)值法及時(shí)畫(huà)出各種物理圖像，特別是在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和非線(xiàn)性振動(dòng)中有重要運(yùn)用。

除了以上輔助手段，實(shí)驗(yàn)課中常用的還有PPT、多媒體視頻、Java和Flash動(dòng)畫(huà)、幾何畫(huà)板等工具。教師在備課和教學(xué)中應(yīng)根據(jù)學(xué)生、學(xué)校及自身的各方面條件，靈活而有效地綜合使用。

● 計(jì)算機(jī)輔助中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用步驟

以高中物理選修3-1中電學(xué)實(shí)驗(yàn)《描繪燈泡的伏安特性曲線(xiàn)》教學(xué)設(shè)計(jì)片段為例，呈現(xiàn)綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)的基本模式。

以概念圖為平臺(tái)，用Inspiration軟件制作該課的整體概念脈絡(luò)的概念圖，并按教學(xué)進(jìn)度分步展示，這也是該軟件的一大特色。其中，實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材、分組實(shí)驗(yàn)等部分都可逐一顯示。

在講解完實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)器材后，在進(jìn)行分組傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)之前，可先點(diǎn)擊超鏈接進(jìn)入仿真物理實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行模擬探究，從而先得出模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為后面實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)作鋪墊，同時(shí)也可防止學(xué)生由于實(shí)驗(yàn)不當(dāng)而引起的實(shí)驗(yàn)器材的損壞及安全問(wèn)題等（如圖2）。

在完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集后，進(jìn)行圖像分析時(shí)，可利用Excel的數(shù)值即時(shí)圖像分析功能畫(huà)小燈泡的伏安特性曲線(xiàn)，點(diǎn)擊相應(yīng)的超鏈接即可進(jìn)入Excel。學(xué)生只要在指定的位置輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，Excel會(huì)自動(dòng)描點(diǎn)，顯示曲線(xiàn)。

最后，學(xué)生可以做實(shí)驗(yàn)誤差分析、實(shí)驗(yàn)總結(jié)及習(xí)題分析。

● 結(jié)語(yǔ)

上述教學(xué)過(guò)程片段，主要運(yùn)用了三種計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段和傳統(tǒng)物理相結(jié)合的教學(xué)方式。概念圖作為教學(xué)載體，展示了這個(gè)教學(xué)過(guò)程的脈絡(luò)，多個(gè)計(jì)算機(jī)輔助工具融合其中，相互輔助鏈接，是教學(xué)骨架；仿真物理實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足，儀器可重復(fù)使用，不用擔(dān)心損壞，操作失誤時(shí)等束縛；Excel可幫助學(xué)生即時(shí)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，及時(shí)描繪物理實(shí)驗(yàn)圖像，提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的效率，仿真實(shí)驗(yàn)和Excel處理數(shù)據(jù)是整個(gè)教學(xué)過(guò)程的亮點(diǎn)；傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)則更實(shí)際、更科學(xué)、更令人信服，它可以最大程度地提高實(shí)驗(yàn)操作能力和實(shí)際解決問(wèn)題的能力，是其他教學(xué)手段不可替代的，也是整個(gè)物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

多種計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)手段綜合運(yùn)用，彌補(bǔ)了各種教學(xué)手段單獨(dú)使用時(shí)的不足，最大程度地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，活躍了課堂氣氛，提高了教學(xué)效率。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是不斷發(fā)展的現(xiàn)代教育技術(shù),在物理課程教學(xué)中得到具體應(yīng)用而又適應(yīng)新課程標(biāo)準(zhǔn)的一種教學(xué)方式，相信在未來(lái)會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)相對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)有其自身的局限性，這就需要教師在使用過(guò)程中揚(yáng)長(zhǎng)避短，靈活使用。

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