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CAI在中学物理教学的应用

分类:物理论文发表 时间:2021-01-28 11:06 关注:(1)

  CAI是以计算机为主要媒介的辅助教学活动,对创设教学情景、简化教学内容具有明显作用。本文在总结CAI应用于中学物理教学的主要优势的基础上,以凸透镜成像章节为案例,分析了CAI动画模拟实验的问题描述、动画设计以及CAI在中学物理教学中的拓展应用,并从教育教学的本质与目标出发,提出CAI教学应用讲求实效、突出教学辅助的工具属性,从而为中学物理教学实现动态化、形象化、直观化展现创造良好条件。

CAI在中学物理教学的应用

  关键词:CAI课件;中学物理;教学应用

  1引言

  物理是一门理论知识深厚、原理观点严谨的综合性学科,以实验为基础、以实践为导向的物理学科包含大量抽象理论,在教学过程中形成诸多重、难点知识,对教师的专业背景、知识储备、教学能力具有较高要求,也倒逼教学实践从方法、工具、手段、模式等方面做出积极调整[1]。传统物理教学以教师的讲解、演示为主导,对于激发学生主动性、积极性作用有限,尤其是物理实验演示环节,实验环境不稳定、实验过程难以反复呈现、学生参与程度低等问题无法切实解决。而CAI依托互联网信息技术和计算机工具,使物理教学成为可视化、交互性过程,帮助学生在实践操作中对教学内容形成直观、具体的认识,从而进一步提高物理教学的效率与水平。

  2CAI应用于中学物理教学的主要优势

  2.1创设情景,调动学生感官

  教学情景是导入教学内容、强调教学主题的重要手段,在教育教学实践中具有广泛应用。对于物理教学而言,创设教学情景是实现理论知识与现实生活充分连接的有效方法,但如何使物理教学内容以更直观、更立体的形象呈现在学生面前,始终是创设物理教学情景的难点之一。CAI依托计算机多媒体技术,能够创建包含文字、声音、图像、动画、视频等各种媒介形式的教学情景,能改变以往教学内容静止、单一的外在表现,使微观的物理世界从不同角度实现动态化展示,这是挂图、模型、幻灯片等教学手段无法达到的教学效果。与此同时,CAI所创设的动态的、有声的教学展示环境,能充分调动学生的视觉、听觉,甚至能对学生的感觉、知觉形成正向刺激[2]。而学生感官在得到充分调动的情况下,能对教学内容产生更深刻、全面的认知,不仅有利于加深学生的知识印象,也对学生的知识转化、能力迁移起到积极作用。

  2.2化繁为简,具化教学内容

  众所周知,中学物理教学包含大量理论知识,其中不乏抽象晦涩的重难点问题,学生依靠既往知识经验和生活经历,很难对其形成深刻体悟,甚至无法对教学内容形成基本认知和正确理解。CAI应用于中学物理教学,能使抽象复杂的理论知识转化为容易被学生理解和识记的具象内容。比如在电学部分,学生对电流的形成及运动理解深度不足,在电路模块也容易混淆串联、并联相关知识,这就导致学生无法深入理解所学内容,更无法将理论知识转化为分析问题、解决问题的实际能力。CAI辅助教学可采用动画形式演示自由电荷在电力场作用下的定向移动,从而以可视化方式阐述电流的形成与运动。对于串并联电路教学而言,CAI教学除了可利用动画展示不同电路连接方式下电路特征以外,还可以通过对比自来水管的连接与水流,模拟串并联电路的工作原理与过程,从而帮助学生将物理学习内容与生活中的常见事物联系在一起,使学生直观、形象地感知学习内容[3]。实际上,CAI教学应用在将教学内容化繁为简、降低难度的同时,为师生节约了更多课堂教学时间,这对增加课堂知识容量、提高课堂教学效率具有积极意义。

  3CAI在中学物理教学中的应用案例分析

  3.1教学案例的选择背景

  凸透镜成像是中学物理教学中的难点之一,随着物距改变,所成的像也会发生大小、虚实、正倒等方面的改变。如果只依靠教师的板书、讲解,很难完整呈现物理过程,即使是教师进行实验演示,也会受到实验条件、进度控制、演示环境等因素的制约,无法使所有学生准确观察物理现象、深刻理解物理本质。因而本文选取凸透镜成像这一章节,利用CAI模拟凸透镜成像的物理实验,以动画形式展示实验过程,为学生提供可完整观察、可参与操作的物理实验。3.2案例问题的基本描述凸透镜成像的物理研究中,随着物距的改变所成的像也会发生变化,且这种变化在物距达到一定数值范围时,所成的像表现出明显规律,具体成像情况见表1。在实验仿真模拟设计中,沿用物理实验的研究习惯,以蜡烛代表成像物体,蜡烛到透镜的距离即为物理研究中的物距,物距变化可通过移动蜡烛或移动透镜来实现。以表1中物距大于2倍焦距时的成像规律为例,可得出如图1实验结果。

  3.3基于CAI交互式动画的实验设计

  基于CAI交互式动画实验设计,实际上在教师完成前期课程分析与动画设计的基础上,构建了一个可供师生共同参与的交互式模拟实验环境,CAI所具备的虚拟仿真、人机交互等优势功能得以充分体现,学生在实验教学环节的“观众”角色也明显转变,学生通过点击、拖动鼠标触动动画实验中的按钮元件,不仅可以反复模拟实验过程,而且能根据自身实际情况控制模拟实验的进度,这无疑为学生提供了充分参与物理教学、深化知识理解的良好机会[4]。在凸透镜成像CAI交互式动画模拟实验设计中,教师与学生虽共同参与教学过程,但二者的工作付出、参与环节明显不同,这也与教师和学生间的参与目的、身份背景、能力水平等差异密切相关。其中,教师主要负责模拟实验的动画设计过程。教师在深入分析教学课题、规划动画设计方案的基础上,需重点制作动画元件和设置条件控制语句。其中制作动画元件既要插入透镜、蜡烛等实验工具要素,又要设置课前导读、过程操作、实验结论等内容模块。条件控制语句主要针对焦距、物距、成像变化等内容展开,可利用多媒体动画制作软件内嵌的语言脚本功能完成,主要目的在于真正使模拟实验实现“动态”表达,像本文中的凸透镜成像编写条件控制语句,就是为了表现出随着物距变化蜡烛成像的变化表现。对于学生而言,可在教师设计好的动画实验脚本上,通过拖动鼠标或蜡烛来改变物距,进而观察成像变化、总结成像规律,并对比教师课件的内置结论,进一步验证自身的实验总结。所以基于CAI的交互式模拟实验以师生共同参与为基础,其基本流程如图2所示。

  3.4CAI在中学物理教学中的应用拓展

  随着计算机技术的快速发展,CAI在中学物理教学中的应用得以同步拓展和优化,CAI课件设计所凭借的技术与手段也在发生改变,并日渐趋于多样化和立体化,能为广大教师提供更丰富、更便捷的教学设计选择[5]。就CAI课件设计所依托的软件平台来讲,教师可根据教学内容和表现需求选择不同的课件开发方法和软件平台。首先,教师可选择现成的课件制作工具。比如课件制作工具中应用较为广泛的AuthorWare,基于图标的创作方式使得课件制作过程清晰有序、连贯流畅,普通课件制作只需对基础图标进行拖放、设置即可实现,无需过多编程操作对于广大教师而言无疑是简捷而高效的选择。此类课件制作工具还有Toolbook、Dirctor与Flash、FounderAuthorTool等,尽管这类课件制作工具操作简单、易于上手,具有较为广泛的使用基础,但课件形式呆板、即时性不足、集成功能较弱、交互性较差等问题比较突出,在教学设计与应用过程中存在诸多制约。其次,教师可以使用程序语言编写课件。时代发展之下,计算机编程语言不断推陈出新、更新迭代,当前使用广泛、表现出色的计算机编程语言有C语言、java、C++、php等,其访问接口方便、数据处理能力突出、安全性与通用性良好等优势,高度契合物理课件开发对真实性、原理性、即时性的要求,特别是在模拟实验原理、还原实验过程等方面的表现,是一般课件工具难以企及的高度。不过语言编程专业性高、开发周期长,对计算机能力一般的非专业教师群体而言,开发应用难度极大。

  4CAI在中学物理教学中的应用思考

  4.1课件开发讲求实效

  CAI课件应用于中学物理教学,多元化的媒介手段和立体化的感官刺激,极大程度地丰富了教学内容呈现形式,有利于深化学生知识印象、优化知识体系脉络。不过在CAI教学应用的实践过程中,以新颖生动的表现形式提高学生注意、刺激学生感官无可厚非,若忽视了教育教学的目标与要求,使课件开发及其教学应用陷入形式大于内容的误区,则极易引发教学的失衡与偏颇。所以CAI在中学物理教学的应用中,教师必须明确物理教学的目标与要求,将传递科学知识、提升学生能力、塑造学生思维作为重要追求,以此指导课件设计与教学实践。基于此,教师选取教学素材、创设课题情景、模拟实验过程,都应围绕促进教学发展、提高教学质量展开,切忌刻意追求联系不紧密、教学意义不足的形式化内容,避免形式繁复的课件冲淡教学重点、分散学生学习注意,确保教学课件与教学内容相协调,与教学策略相补充[6]。

  4.2深入把握工具属性

  虽然CAI在中学物理教学中具有较为广阔的应用空间和良好的应用表现,但CAI的教学应用其目的在于辅助、优化、推动教学实践,而非取代传统教学方法、颠覆既有教学思维。从本质来看,CAI课件与传统的板书、挂图、幻灯片等教学载体一样,都是服务于教学工作、服务于广大师生的教学工具,在中学物理教学中应用CAI课件并不意味着需要完全摒弃传统教学媒介,更不代表CAI课件的模拟实验可以代替演示实验。演示实验存在诸多不足和限制,但演示实验作为课堂教学的重要组成部分,能在教师的启发与引导下,帮助学生尽快建立知识连接、进入学习状态,都对实验对象和过程形成正确认知[7]。教师在演示实验过程中,辅之以讲解、提问、讨论互动等教学互动,对激发学生兴趣、提高学生注意、启迪学生思维具有积极意义,这是CAI课件模拟实验无法完全达到的效果。所以CAI应用于中学物理教学,应以教学工具的角色而存在,充分发挥教学补充作用。

  5结语

  综上所述,CAI应用于中学物理教学对教学发展和学生教学都具有积极作用,广大教师理应提高计算机应用水平、整合专业知识技能,选择符合自身实际能力和教学目标要求的工具平台,着力推进高效率、高质量CAI教学开发。与此同时,教师也要牢牢把握教育教学的本质与原则,合理利用现代媒体的教育优势,避免教学实践华而不实、本末倒置。

  参考文献

  [1]王德军.刍议多媒体CAI技术在高中物理教学中的运用[J].中国教育技术装备,2016(9):31-32.

  [2]高峰.多媒体CAI技术在高中物理教学中的运用[J].数理化解题研究,2017(11X):58-59.

  [3]邓雪益.CAI在高中物理教学中的应用研究[J].数理化学习(教研版),2018(08):38-39.

  [4]杨敏.CAI在初中物理教学中的应用探析[J].新智慧,2019(031):7.

  [5]李宝华.以信息技术课件优化物理课堂与实验教学[J].读与写(教育教学刊),2018(v.15):134-134.

  [6]李芬.情境教学法在高中物理教学中的应用探究[J].新课程(下),2018(005):76.

  [7]付海友.初中物理教学中使用计算机辅助教学的利与弊[J].中华少年,2020(10):165+167.

  作者:王景师

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