计算机在物理教学中的应用

冯长平

摘要：本文着重讨论计算机在物理教学中的应用及其注意事项。

关键词：计算机；物理教学；课件

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2017）07-0099

计算机是20世纪世界上最伟大的发明，它在各行各业的广泛应用，使21世纪的人类社会成为信息化社会。信息化的社会对教育信息化的发展、对信息化人才的培养提出了更高的要求。为了适应社会对人才的需求，计算机将被广泛地运用于学校教育教学中，它在学校教育教学中的应用将推动整个教育教学的变革，引发教育观念、教学内容、教学模式、教学手段等一系列的变化。作为21世纪的物理教师，应该发挥专业优势，积极投身于把计算机运用于物理教学这一活动中，把抽象的、丰富多彩的、难学的物理学变成学生容易接受的、乐意学习的一门自然科学，为我国的科教兴国战略贡献自己的力量。下面，笔者就计算机在物理课堂教学、实验、指导学生学习等方面的应用谈谈自己的看法。

一、物理课堂教学

21世纪要求人们具备更多的科学文化知识。以前的课堂教育模式已经不能满足时代的需要。利用计算机辅助教学可以增大课堂教学的信息量，满足知识经济时代对教育的需求。什么是计算机辅助教学呢？计算机辅助教学（Computer Assisted Instruction）简称CAI，就是以数字方式表现学科教学内容和过程的图、文、声、像、动画以及活动影像等信息，这些信息用来帮助或代替教师执行部分教学任务，为学生传授知识，提供训练技能、检索或解答疑难问题以及进行水平测试等。计算机是辅助教师完成各项教学任务，帮助学生完成认知过程，支持学生学习过程的认知工具，它的理论基础就是认知构建主义学习理论。计算机的出现为学习者提供了理想的构建主义学习环境。

从教学软件方面来看，用于执行教学任务的计算机程序，我们称其为课程软件，简称课件。它是实现和支持特定课程的计算机教学软件和配套学习过程的软件。而把用于物理课堂教学的计算机应用软件称为物理课件，它是一种全新的教具。物理教师可以利用Flash、PowerPoint、Authorware、幾何画板等多媒体集成软件，并根据自己的创意，将文本、图片、声音、动画、影像等素材集成，创作出声画并茂、情景交融的物理课件。这样可以使学生在愉快的环境中学习物理概念、掌握规律。物理课件的使用与制作是21世纪物理教师必备的素质。

从教学效果来看，把物理教学内容以丰富、生动的多媒体形式来表达，改变了课堂教学形式单一、直观性差的缺憾。恰当运用计算机这种现代化的教学媒体，可以使教学内容生动活泼，教学过程弛张有序，增大信息量，提高信息质量，提高教学效果。

从社会发展的趋势来看，现行的课堂教育模式将被网络教育模式所代替，当学校实行网络化教学时，将对物理教师提出新的要求。

二、模拟物理实验

计算机系统模拟物理实验是计算机运用于物理教学的重要内容，我们可从以下几个方面利用计算机模拟物理实验：

1. 形象逼真化方面

计算机系统可以对一些不可为实验（如原子弹爆炸、核裂变、天体运动等），危害性实验（如放射性衰变），过程性实验（如电容器充、放电时极板上电量的变化），原理性实验（如示波器内粒子的运动轨迹），无法看到或看清的现象（如通电导线中的电流、原子结构、布朗运动）等具有独特的演示效果。模拟实验可以使抽象的物理概念形象化，使学生有一种身临其境的感觉，使学生头脑中建立起形象的物理情景，加深对抽象物理概念的理解和记忆。

如讲解开普勒定律时，计算机能为学生描绘一幅天体运动的图象。行星围绕太阳运转时，其轨道为椭圆。

2. 可控方面

计算机可以把一个自然界中无法变动的过程根据教学需要进行加快或减慢，这将有助于学生形成对物理现象和规律的正确认识。如：简谐运动、电容器的充放电现象等。

3. 可重复和分解方面

有些实验，我们只能看到最后结果，而形成结果的原理却很难反映出来，给学生的理解带来了一定的困难，如电子束的运动。计算机模拟实验可以显示实验的各个环节。即教师在课堂上可以根据教学的需要对计算机模拟的物理现象或物理过程进行任意播放、随意分解，直到使教学效果完美为止。

4. 理想化方面

近似方法是物理研究中很重要的方法，因此，物理学家在研究物理问题时提出许多理想化的物理模型。如：光滑、空气阻力不计、质点、匀速直线运动等。在教学中，教师无法找到与模型完全相符的例子。而物理课件可以完全满足理想化的要求。

三、处理实验数据

物理的演示实验一般要求当堂测量数据、当堂处理数据得出结论。传统的手工数据处理方法要耽误许多课堂时间，不利于提高教学质量。如果利用计算机处理数据，则立即可以得到实验结果。

对于学生的分组实验，利用计算机处理数据可以即时得出结论。如果发现数据错误，学生可以当场补测某些数据。同时可以使教师当场评价学生的实验数据，这样减少了教师批阅实验报告时间，使教师能够集中精力搞好别的教学工作。即计算机运用于实验教学将有利于提高物理实验教学的质量。

四、采集实验数据

在进行物理实验时，首先必须采集数据。利用某种检测技术将待测模拟量由传感器和转换装置转变为数字信号收集到计算机中进行储存、计算和处理的装置我们称其为数据采集系统。以计算机为核心构成的数据采集系统，可以在计算机的控制下自动采集实验数据，这种方法可以完成一些常规仪器难以完成的实验，能提高实验测量的精度和效果，有利于学生在实践操作活动中掌握知识，有利于学生创造力的培养和高素质的形成。

五、学生学习指导

学生可以利用计算机学习软件进行自学，可以根据自己的学习程度选择适当的习题，可以与计算机对话。学生可以利用计算机动态模拟物理现象或物理过程，从而帮助自己审题。总之，利用计算机做物理习题既能培养学生独立思考问题的（上接第99页）（习惯和能力，又能兼顾程度不同的学生，真正做到“因材施教”。endprint

六、注意事項

1. 在教学过程中，不能用计算机模拟实验代替真实的物理实验。教学中应以真实的物理实验为主，模拟实验为辅。只有将真实的物理实验与模拟实验恰当结合起来运用于教学中，才能收到良好的教学效果。

2. 教师运用他人软件时，应根据课堂的需要进行有效选择，不能照搬照抄。

3. 对自己编写的教学辅助软件应注意内容的科学化。即软件模拟的物理现象或过程符合实际的物理现象或过程，绝对不能出现科学性方面的错误。如：注意物理规律的条件和范围等。

4. 应注意到计算机辅助物理教学的缺点：一是容易造成教学内容与方法的程式化。二是模拟实验本身的不真实，影响说服力。

七、结论

在物理教学中，要使学生头脑中建立清晰的物理图像、形成正确的物理概念，直观的物理图景是非常重要的。因为直观物理图景的形象记忆，往往比语言符号的逻辑记忆更为重要。物理教学中的演示实验、学生实验以及各种参观，是教师以前帮助学生在头脑中建立清晰的物理图景的主要方法。但对于理想化实验、微观物理现象、不易做或效果不易观察的实验等情况，教师只能采用讲述的方法解决实验问题。现在，物理教师可以利用计算机动态模拟、定格显示、重复等手段，把物理图像尤其是复杂的物理过程清晰、逼真、科学地模拟出来。这种动、静结合，随时可以反复展示过程的模拟，可以有效地帮助学生克服在形成表象过程中所遇到的困难，丰富他们的思维素材。

总之，利用计算机辅助物理教学的优势是明显的，它既可以为学生提供生动、逼真的物理图像、典型鲜活的物理现象，又能激发学生学习物理的兴趣和积极性，最大限度地调动学生参与到教学活动中。同时，计算机辅助教学还能增加课堂教学的信息密度，减轻师生在课堂上的劳动强度，优化教学过程，提高教学效率。

参考文献：

[1] 毕广吉.计算机辅助物理教学基础教程[M].长春：东北师范大学出版社，1999.

[2] 乔际平等主编.基础教育现代化基本功（中学物理卷）[M].北京：首都师范大学出版社，1997.

[3] 刘英陶.教师职业技能[M].北京：教育科学出版社，1996.

[4] 物理通报杂志社编.计算机多媒体物理教学课件研究、设计、制作及应用[C].北京：北京教育出版社，2000.

（作者单位：河南省安阳县二中 455112）endprint