朱曉敏

從70年代中期起，計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)始與教學(xué)相結(jié)合，產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）.自80年代中期開(kāi)始，計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展并成為重要的教育技術(shù)之一.進(jìn)入21世紀(jì)，借助于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)也已經(jīng)興起.在近幾年，又出現(xiàn)了數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（即我們所說(shuō)的傳感器）的發(fā)展與完善，計(jì)算機(jī)作為一種高度交互的媒體，它在教學(xué)領(lǐng)域中正在發(fā)揮越來(lái)越大的作用.隨著科技的發(fā)展，數(shù)碼產(chǎn)品：例如手機(jī)，平板電腦等功能的多樣化，中學(xué)物理教學(xué)中利用計(jì)算機(jī)，數(shù)碼產(chǎn)品輔助教學(xué)無(wú)疑有其不可替代的優(yōu)越性，然而這些數(shù)字設(shè)備作為一種工具也必然有一定的局限性.本文將對(duì)中學(xué)物理中如何科學(xué)的利用數(shù)字設(shè)備輔助教學(xué)談一些粗淺的看法.

1 應(yīng)該對(duì)數(shù)字化教學(xué)的作用有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)

在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師通常使用文字、語(yǔ)言、動(dòng)作等表達(dá)方式把知識(shí)傳授給學(xué)生.有時(shí)為了教學(xué)直觀，教師會(huì)借助于實(shí)物、模型、掛圖和實(shí)驗(yàn)等教學(xué)輔助工具來(lái)演示和闡述所講內(nèi)容.當(dāng)然這些教具是必不可少的，但有其局限性：例如，有些被研究的對(duì)象太抽象（如電場(chǎng)線、磁感線），有些被研究對(duì)象太大（如人造衛(wèi)星的運(yùn)行）或太?。ㄈ绶肿拥臒徇\(yùn)動(dòng)），無(wú)法用實(shí)物來(lái)展示；有些運(yùn)動(dòng)過(guò)程發(fā)展變化非常迅速（如碰撞過(guò)程、波的疊加），有些過(guò)程進(jìn)行得非常緩慢（如某些放射性元素的衰變），用模型、掛圖、實(shí)驗(yàn)則不能準(zhǔn)確反映，甚至根本不能正確說(shuō)明.某些內(nèi)容雖然用錄像或頻閃照相的方法也能夠反映出來(lái)，但因這些方法的交互能力差，教師不能任意地調(diào)用.而數(shù)字化教學(xué)能夠利用計(jì)算機(jī)恰恰彌補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)手段的不足.其一，由于它的交互性，使教師演示時(shí)機(jī)動(dòng)靈活、迅速方便、輕松省時(shí)，從而使課堂容量增大，課堂效率提高；其二，由于它圖、文、聲并茂，使傳統(tǒng)教學(xué)中無(wú)法或難以表達(dá)的內(nèi)容形象直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，能使學(xué)生學(xué)習(xí)的注意力集中，對(duì)現(xiàn)象、過(guò)程的認(rèn)識(shí)和理解更加深刻，記憶更加牢固，從而獲得了更好的教學(xué)效果.

2 應(yīng)該把數(shù)字化教學(xué)與物理實(shí)驗(yàn)給合起來(lái)應(yīng)用

多媒體課件在物理教學(xué)的應(yīng)用中雖然方便、簡(jiǎn)捷、直觀，而且外觀精美，但同時(shí)也失去了物理實(shí)驗(yàn)的直觀和演示驗(yàn)證的功能，在說(shuō)明物理事實(shí)的方面缺乏可信度.物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，因此實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)過(guò)程中是必不可少的.然而有些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理起來(lái)比較繁索，也有些實(shí)驗(yàn)過(guò)程變化迅速，研究起來(lái)不太方便，還有一些實(shí)驗(yàn)由于設(shè)備限制而無(wú)法進(jìn)行，因此若能把數(shù)字化教學(xué)與物理實(shí)驗(yàn)結(jié)起來(lái)應(yīng)用，各取所長(zhǎng)，則可收到事半功倍的效果.

2.1 利用計(jì)算機(jī)輔助分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

快速計(jì)算、作圖是計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)之一，多媒體軟件可幫助我們分析實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，作出相應(yīng)的關(guān)系圖像，以提高課堂效率.如在《探究單擺周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系》實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)，做出T-L，T2-L，或T-L2甚至更多圖像，從而來(lái)確定單擺周期和擺長(zhǎng)的關(guān)系.原來(lái)由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理比較繁索，運(yùn)算、作圖工作量很大，一節(jié)課很難完成實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論；若用EXECL軟件輔以數(shù)據(jù)處理、作圖（如圖1），把繁雜的計(jì)算交給計(jì)算機(jī)處理后，學(xué)生有了更充足的時(shí)間來(lái)分析，歸納，總結(jié)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果.不僅如此，還可以使學(xué)生在掌握知識(shí)的同時(shí)領(lǐng)悟到物理學(xué)的研究方法（包括控制等量法、實(shí)驗(yàn)法、作圖法等）的魅力，大大地提高了課堂效率.

2.2 利用數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分析演示實(shí)驗(yàn)

利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的特有功能分析物理實(shí)驗(yàn)，能讓學(xué)生對(duì)新學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解更容易，更加深刻，記憶牢固.比如在《互感和自感》這一內(nèi)容的教學(xué)中，對(duì)于斷電自感現(xiàn)象：當(dāng)電路中（圖2）的電流突然減小時(shí)，線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)，使小燈A延緩熄滅，甚至有的實(shí)驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)燈閃一下再熄滅現(xiàn)象的原理以及此時(shí)小燈泡中的電流方向問(wèn)題，理論分析的結(jié)果若能有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，那就更能體現(xiàn)物理的魅力了. 那么，我們可以利用傳感器，將電流這一物理量的變化，通過(guò)傳感器，在計(jì)算機(jī)上直觀真實(shí)地展示出來(lái)，那學(xué)生的印象更深刻，理解起來(lái)更容易.如圖3就是傳感器顯示的自感電流隨時(shí)間的變化圖象.該圖象既顯示了自感電流的大小變化，也顯示出了電流的方向變化，這讓學(xué)生對(duì)自感電流大小方向變化的了解更形象更具體，結(jié)合理論分析的結(jié)果，對(duì)自感這一知識(shí)點(diǎn)的掌握就更加透徹了.

再如《通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力》，在電流和磁場(chǎng)垂直時(shí)，實(shí)驗(yàn)演示器材通過(guò)導(dǎo)軌上的導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)能很好地演示其所受安培力的方向（如圖4）.但是要演示電流與磁場(chǎng)平行時(shí)不受安培力，這個(gè)器材就有點(diǎn)欠缺了（如圖5）：導(dǎo)體棒不動(dòng)，只能說(shuō)明在水平方向?qū)w棒不受力作用，那在豎直方向呢？若在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)軌上加上一個(gè)壓力傳感器，通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示的壓力大小反應(yīng)即使在豎直方向上，也不受到安培力，更能?chē)?yán)密準(zhǔn)確的說(shuō)明通電導(dǎo)線在電流與磁場(chǎng)平行時(shí)中不會(huì)受到磁場(chǎng)的作用力.從而能夠說(shuō)明導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的受力是與電流的擺放位置也有關(guān)系的.

在數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（即我們所說(shuō)的傳感器）加入了教學(xué)媒體后，我們可以有很多實(shí)驗(yàn)由傳感器來(lái)直觀體現(xiàn)一些物理量及其變化，如交流電的產(chǎn)生：線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交流電，電流的大小方向變化，可以通過(guò)電流傳感器，由計(jì)算機(jī)顯示，盡管不是完全是正弦或余弦的圖象，但的確能看得出電流隨時(shí)間周期性變化；氣體的等溫變化實(shí)驗(yàn)中，壓強(qiáng)和體積的變化關(guān)系等，在這里就不一一例舉了.

2.3 利用計(jì)算機(jī)輔助模擬或展示無(wú)法直接觀察的實(shí)驗(yàn)

對(duì)于大部分近代物理實(shí)驗(yàn)，在中學(xué)階段由于設(shè)備限制而無(wú)法進(jìn)行，若能利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)進(jìn)行模擬，則可形象直觀地反映物理現(xiàn)象，從而體現(xiàn)物理課的時(shí)代氣息.如α粒子散射實(shí)驗(yàn)，大部分的中學(xué)不能做，書(shū)上也只有一個(gè)示意圖，利用計(jì)算機(jī)，模擬這一實(shí)驗(yàn)過(guò)程，可以幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)論.還有可以模擬無(wú)法實(shí)際觀察到的物理過(guò)程如分子的熱運(yùn)動(dòng)等；另外，利用手機(jī)攝像慢動(dòng)作來(lái)展示變化太快的物理過(guò)程，例如在探究曲線運(yùn)動(dòng)中運(yùn)動(dòng)方向的實(shí)驗(yàn)中，若是做實(shí)驗(yàn)，利用透明圓塑料桶罩住小球使其做圓周運(yùn)動(dòng)，突然拿開(kāi)塑料桶，觀察小球在失去外力作用下的運(yùn)動(dòng)方向，這個(gè)實(shí)驗(yàn)往往小球運(yùn)動(dòng)太快，無(wú)法觀察，那可以用手機(jī)慢動(dòng)作拍攝，然后播放時(shí)觀察小球失去外力后的運(yùn)動(dòng)方向.現(xiàn)場(chǎng)拍攝學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程，現(xiàn)場(chǎng)播放，吸住學(xué)生眼球，提高實(shí)驗(yàn)研究效率，活躍課堂氣氛，達(dá)到更好的教學(xué)效果.

數(shù)字化教學(xué)，在物理教學(xué)中應(yīng)用有很多，我們可以結(jié)合各種數(shù)碼設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)資源，凡是有助于提高課堂效果，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的手段，器材都可以想方設(shè)法融入課堂，輔助課堂.

3 應(yīng)該注意數(shù)字化教學(xué)在物理教學(xué)中的局限

數(shù)字化教學(xué)縱然有種種優(yōu)點(diǎn)，處處便利，但在教學(xué)中的應(yīng)用也要適當(dāng)，不應(yīng)為了體現(xiàn)課堂多媒體化而進(jìn)行數(shù)字化教學(xué)，而應(yīng)精心挑選那些非數(shù)字化技術(shù)不能或只有數(shù)字化教學(xué)效果最佳的知識(shí)內(nèi)容，進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，合理使用，從而發(fā)揮數(shù)字化教學(xué)的優(yōu)勢(shì).比如振動(dòng)、波動(dòng)和核反應(yīng)等利用電腦課件的效果就比較好；反之如果課件的運(yùn)用只是將大量的板書(shū)和推導(dǎo)過(guò)程或作圖過(guò)程寫(xiě)入，在課堂上顯示，則學(xué)生印象不深，不易吸收，倒不如教師在黑板上一邊講解一邊書(shū)寫(xiě)或畫(huà)圖的效果好；另有些現(xiàn)成的而且能達(dá)到教學(xué)要求的實(shí)驗(yàn)，如果改用播放動(dòng)畫(huà)來(lái)展示，則會(huì)缺乏真實(shí)感，弄巧成拙，不如用實(shí)物進(jìn)行演示更具說(shuō)服力，更能使學(xué)生信服.例如 自由落體的教學(xué)中，利用牛頓管演示真空中的自由落體，非常的真實(shí)，現(xiàn)象明顯，同學(xué)們觀察實(shí)驗(yàn)后的印象也會(huì)很深刻，畢竟是真人真事真實(shí)驗(yàn)！若是利用電腦課件模擬，則缺乏可信度，因?yàn)殡娔X上任何情況特效都能制作出來(lái)！再比如，研究平拋運(yùn)動(dòng)水平方向，豎直方向的運(yùn)動(dòng)，也是應(yīng)該在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，之后在在利用課件來(lái)理論分析，這樣結(jié)合，才能既讓學(xué)生信服又能讓學(xué)生直觀理解.因此，數(shù)字化教學(xué)并不是適合所用內(nèi)容，作為教師，應(yīng)該多斟酌，合理利用，揚(yáng)其長(zhǎng)而避其短.

總之，數(shù)字化教學(xué)方式是教學(xué)者的一個(gè)有力的工具，正如其它工具一樣，它只適于某些任務(wù)而不適于所有任務(wù).數(shù)字化教學(xué)的長(zhǎng)處能否得到充分的發(fā)揮，取決于教師在設(shè)計(jì)和使用計(jì)算機(jī)課件或數(shù)碼器材時(shí)是否作過(guò)認(rèn)真思考，反復(fù)的推敲.我們深信，隨著數(shù)字化教學(xué)的日臻完善和教師自身素質(zhì)的不斷提高，數(shù)字化教學(xué)在未來(lái)的物理教學(xué)中將發(fā)揮出越來(lái)越大的作用.