王景師

（福建省晉江市養(yǎng)正中學，福建 晉江 362261）

1 引言

物理是一門理論知識深厚、原理觀點嚴謹?shù)木C合性學科，以實驗為基礎、以實踐為導向的物理學科包含大量抽象理論，在教學過程中形成諸多重、難點知識，對教師的專業(yè)背景、知識儲備、教學能力具有較高要求，也倒逼教學實踐從方法、工具、手段、模式等方面做出積極調整[1]。傳統(tǒng)物理教學以教師的講解、演示為主導，對于激發(fā)學生主動性、積極性作用有限，尤其是物理實驗演示環(huán)節(jié)，實驗環(huán)境不穩(wěn)定、實驗過程難以反復呈現(xiàn)、學生參與程度低等問題無法切實解決。而CAI依托互聯(lián)網(wǎng)信息技術和計算機工具，使物理教學成為可視化、交互性過程，幫助學生在實踐操作中對教學內容形成直觀、具體的認識，從而進一步提高物理教學的效率與水平。

2 CAI 應用于中學物理教學的主要優(yōu)勢

2.1 創(chuàng)設情景，調動學生感官

教學情景是導入教學內容、強調教學主題的重要手段，在教育教學實踐中具有廣泛應用。對于物理教學而言，創(chuàng)設教學情景是實現(xiàn)理論知識與現(xiàn)實生活充分連接的有效方法，但如何使物理教學內容以更直觀、更立體的形象呈現(xiàn)在學生面前，始終是創(chuàng)設物理教學情景的難點之一。CAI依托計算機多媒體技術，能夠創(chuàng)建包含文字、聲音、圖像、動畫、視頻等各種媒介形式的教學情景，能改變以往教學內容靜止、單一的外在表現(xiàn)，使微觀的物理世界從不同角度實現(xiàn)動態(tài)化展示，這是掛圖、模型、幻燈片等教學手段無法達到的教學效果。與此同時，CAI所創(chuàng)設的動態(tài)的、有聲的教學展示環(huán)境，能充分調動學生的視覺、聽覺，甚至能對學生的感覺、知覺形成正向刺激[2]。而學生感官在得到充分調動的情況下，能對教學內容產(chǎn)生更深刻、全面的認知，不僅有利于加深學生的知識印象，也對學生的知識轉化、能力遷移起到積極作用。

2.2 化繁為簡，具化教學內容

眾所周知，中學物理教學包含大量理論知識，其中不乏抽象晦澀的重難點問題，學生依靠既往知識經(jīng)驗和生活經(jīng)歷，很難對其形成深刻體悟，甚至無法對教學內容形成基本認知和正確理解。CAI應用于中學物理教學，能使抽象復雜的理論知識轉化為容易被學生理解和識記的具象內容。比如在電學部分，學生對電流的形成及運動理解深度不足，在電路模塊也容易混淆串聯(lián)、并聯(lián)相關知識，這就導致學生無法深入理解所學內容，更無法將理論知識轉化為分析問題、解決問題的實際能力。CAI輔助教學可采用動畫形式演示自由電荷在電力場作用下的定向移動，從而以可視化方式闡述電流的形成與運動。對于串并聯(lián)電路教學而言，CAI教學除了可利用動畫展示不同電路連接方式下電路特征以外，還可以通過對比自來水管的連接與水流，模擬串并聯(lián)電路的工作原理與過程，從而幫助學生將物理學習內容與生活中的常見事物聯(lián)系在一起，使學生直觀、形象地感知學習內容[3]。實際上，CAI教學應用在將教學內容化繁為簡、降低難度的同時，為師生節(jié)約了更多課堂教學時間，這對增加課堂知識容量、提高課堂教學效率具有積極意義。

3 CAI 在中學物理教學中的應用案例分析

3.1 教學案例的選擇背景

凸透鏡成像是中學物理教學中的難點之一，隨著物距改變，所成的像也會發(fā)生大小、虛實、正倒等方面的改變。如果只依靠教師的板書、講解，很難完整呈現(xiàn)物理過程，即使是教師進行實驗演示，也會受到實驗條件、進度控制、演示環(huán)境等因素的制約，無法使所有學生準確觀察物理現(xiàn)象、深刻理解物理本質。因而本文選取凸透鏡成像這一章節(jié)，利用CAI模擬凸透鏡成像的物理實驗，以動畫形式展示實驗過程，為學生提供可完整觀察、可參與操作的物理實驗。

3.2 案例問題的基本描述

凸透鏡成像的物理研究中，隨著物距的改變所成的像也會發(fā)生變化，且這種變化在物距達到一定數(shù)值范圍時，所成的像表現(xiàn)出明顯規(guī)律，具體成像情況見表1。在實驗仿真模擬設計中，沿用物理實驗的研究習慣，以蠟燭代表成像物體，蠟燭到透鏡的距離即為物理研究中的物距，物距變化可通過移動蠟燭或移動透鏡來實現(xiàn)。以表1中物距大于2倍焦距時的成像規(guī)律為例，可得出如圖1實驗結果。

表1 成像規(guī)律

3.3 基于CAI交互式動畫的實驗設計

基于CAI交互式動畫實驗設計，實際上在教師完成前期課程分析與動畫設計的基礎上，構建了一個可供師生共同參與的交互式模擬實驗環(huán)境，CAI所具備的虛擬仿真、人機交互等優(yōu)勢功能得以充分體現(xiàn)，學生在實驗教學環(huán)節(jié)的“觀眾”角色也明顯轉變，學生通過點擊、拖動鼠標觸動動畫實驗中的按鈕元件，不僅可以反復模擬實驗過程，而且能根據(jù)自身實際情況控制模擬實驗的進度，這無疑為學生提供了充分參與物理教學、深化知識理解的良好機會[4]。在凸透鏡成像CAI交互式動畫模擬實驗設計中，教師與學生雖共同參與教學過程，但二者的工作付出、參與環(huán)節(jié)明顯不同，這也與教師和學生間的參與目的、身份背景、能力水平等差異密切相關。其中，教師主要負責模擬實驗的動畫設計過程。教師在深入分析教學課題、規(guī)劃動畫設計方案的基礎上，需重點制作動畫元件和設置條件控制語句。其中制作動畫元件既要插入透鏡、蠟燭等實驗工具要素，又要設置課前導讀、過程操作、實驗結論等內容模塊。條件控制語句主要針對焦距、物距、成像變化等內容展開，可利用多媒體動畫制作軟件內嵌的語言腳本功能完成，主要目的在于真正使模擬實驗實現(xiàn)“動態(tài)”表達，像本文中的凸透鏡成像編寫條件控制語句，就是為了表現(xiàn)出隨著物距變化蠟燭成像的變化表現(xiàn)。對于學生而言，可在教師設計好的動畫實驗腳本上，通過拖動鼠標或蠟燭來改變物距，進而觀察成像變化、總結成像規(guī)律，并對比教師課件的內置結論，進一步驗證自身的實驗總結。所以基于CAI的交互式模擬實驗以師生共同參與為基礎，其基本流程如圖2所示。

3.4 CAI在中學物理教學中的應用拓展

隨著計算機技術的快速發(fā)展，CAI在中學物理教學中的應用得以同步拓展和優(yōu)化，CAI課件設計所憑借的技術與手段也在發(fā)生改變，并日漸趨于多樣化和立體化，能為廣大教師提供更豐富、更便捷的教學設計選擇[5]。就CAI課件設計所依托的軟件平臺來講，教師可根據(jù)教學內容和表現(xiàn)需求選擇不同的課件開發(fā)方法和軟件平臺。首先，教師可選擇現(xiàn)成的課件制作工具。比如課件制作工具中應用較為廣泛的AuthorWare，基于圖標的創(chuàng)作方式使得課件制作過程清晰有序、連貫流暢，普通課件制作只需對基礎圖標進行拖放、設置即可實現(xiàn)，無需過多編程操作對于廣大教師而言無疑是簡捷而高效的選擇。此類課件制作工具還有Toolbook、Dirctor與Flash、Founder Author Tool等，盡管這類課件制作工具操作簡單、易于上手，具有較為廣泛的使用基礎，但課件形式呆板、即時性不足、集成功能較弱、交互性較差等問題比較突出，在教學設計與應用過程中存在諸多制約。其次，教師可以使用程序語言編寫課件。時代發(fā)展之下，計算機編程語言不斷推陳出新、更新迭代，當前使用廣泛、表現(xiàn)出色的計算機編程語言有C語言、java、C++、php等，其訪問接口方便、數(shù)據(jù)處理能力突出、安全性與通用性良好等優(yōu)勢，高度契合物理課件開發(fā)對真實性、原理性、即時性的要求，特別是在模擬實驗原理、還原實驗過程等方面的表現(xiàn)，是一般課件工具難以企及的高度。不過語言編程專業(yè)性高、開發(fā)周期長，對計算機能力一般的非專業(yè)教師群體而言，開發(fā)應用難度極大。

4 CAI 在中學物理教學中的應用思考

4.1 課件開發(fā)講求實效

CAI課件應用于中學物理教學，多元化的媒介手段和立體化的感官刺激，極大程度地豐富了教學內容呈現(xiàn)形式，有利于深化學生知識印象、優(yōu)化知識體系脈絡。不過在CAI教學應用的實踐過程中，以新穎生動的表現(xiàn)形式提高學生注意、刺激學生感官無可厚非，若忽視了教育教學的目標與要求，使課件開發(fā)及其教學應用陷入形式大于內容的誤區(qū)，則極易引發(fā)教學的失衡與偏頗。所以CAI在中學物理教學的應用中，教師必須明確物理教學的目標與要求，將傳遞科學知識、提升學生能力、塑造學生思維作為重要追求，以此指導課件設計與教學實踐?；诖?，教師選取教學素材、創(chuàng)設課題情景、模擬實驗過程，都應圍繞促進教學發(fā)展、提高教學質量展開，切忌刻意追求聯(lián)系不緊密、教學意義不足的形式化內容，避免形式繁復的課件沖淡教學重點、分散學生學習注意，確保教學課件與教學內容相協(xié)調，與教學策略相補充[6]。

4.2 深入把握工具屬性

雖然CAI在中學物理教學中具有較為廣闊的應用空間和良好的應用表現(xiàn)，但CAI的教學應用其目的在于輔助、優(yōu)化、推動教學實踐，而非取代傳統(tǒng)教學方法、顛覆既有教學思維。從本質來看，CAI課件與傳統(tǒng)的板書、掛圖、幻燈片等教學載體一樣，都是服務于教學工作、服務于廣大師生的教學工具，在中學物理教學中應用CAI課件并不意味著需要完全摒棄傳統(tǒng)教學媒介，更不代表CAI課件的模擬實驗可以代替演示實驗。演示實驗存在諸多不足和限制，但演示實驗作為課堂教學的重要組成部分，能在教師的啟發(fā)與引導下，幫助學生盡快建立知識連接、進入學習狀態(tài)，都對實驗對象和過程形成正確認知[7]。教師在演示實驗過程中，輔之以講解、提問、討論互動等教學互動，對激發(fā)學生興趣、提高學生注意、啟迪學生思維具有積極意義，這是CAI課件模擬實驗無法完全達到的效果。所以CAI應用于中學物理教學，應以教學工具的角色而存在，充分發(fā)揮教學補充作用。

5 結語

綜上所述，CAI應用于中學物理教學對教學發(fā)展和學生教學都具有積極作用，廣大教師理應提高計算機應用水平、整合專業(yè)知識技能，選擇符合自身實際能力和教學目標要求的工具平臺，著力推進高效率、高質量CAI教學開發(fā)。與此同時，教師也要牢牢把握教育教學的本質與原則，合理利用現(xiàn)代媒體的教育優(yōu)勢，避免教學實踐華而不實、本末倒置。