计算机多媒体技术在物理教学中的应用

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  【摘要】随着现代科学技术的不断发展,多媒体技术已广泛应用于教育领域。本文简要阐述了多媒体手段与演示实验的关系,重点分析了计算机多媒体技术在物理教学中的模拟实验、动画演示实验、知道提炼等教学中的作用。在促使学生理解掌握知识激发学生学习兴趣等方面的应用进行了探讨和研究。
  【关键词】计算机; 多媒体课件; 物理教学; 应用
  物理学是以实验为基础的学科,物理教学过程也是以物理现象为研究基点的,学生对物理要领的认识、理解和掌握,要依靠对物理现象的感知。由于中学物理实验条件有限,某些物理现象学生不能得到完整的感性材料,容易造成感知上的障碍而影响物理学习。而计算机技术不仅能再现或模拟各类物理现象,而且还能通过各种手段使复杂的问题简捷化,将漫长或瞬间的物理演变过程成为可控、有序的演化过程,可以使学生在课堂上完整、清晰、形象地感知于物理现象,给学生提供思维过程中必须的感受性材料,大大激发学生的学习兴趣,降低教学难度,很好地促进学生认识能力的健康发展。我们尝试利用一些常用的软件操作系统。如Flash、Authorware、powerpoint、Photoshop和几何画板等创意并制作了一些小巧的课堂教学动画软件,应用于课堂教学收到了良好的效果。
  一、多媒体课件的教学特点
  1.多媒体的概念 在理论上关于多媒体的定义很多,以下定义能较好地反映多媒体的内涵特征:多媒体是指在计算机的控制下,通过人机交互方式实现同时采集、处理、编辑、存储和展示两种以上不同类型的信息媒体技术, 包括:文字、图形、图像、动画、声音等。多媒体是随着科学技术的发展和人们对传播媒体的广泛应用而产生的一个复合术语。从早期教学技术中多媒体优化组合来理解多媒体,是指语言、文字等传统教学媒体和各种电子类现代教学媒体的有机组合。这种结合使相应的单个教学媒体功能互为补充,但各种媒体信息并不能统一为一个整体进行处理和管理。20 世纪80 年代中后期,多媒体计算机的出现使得多媒体的内涵发生了深刻的变化。今天的多媒体主要是指处理和应用多种媒体信息 (如符号、文字、图形、动画、声音、视频、图像等)的一套综合技术。
  2.多媒体课件的概念 计算机能够进行教学是因为在计算机系统中运行了具有教学功能的软件,这种具有教学功能的计算机软件统称为课件,它是在一定的学习理论指导下,根据特定的教学目标设计,反映某种教学策略,呈现某种教学内容,指导和控制教学活动的计算机程序。多媒体课件是根据教学大纲的要求和教学的需要,经过严格的教学设计,并以多种媒体的表现方式和超文本结构制作而成的课程软件。多媒体计算机辅助教学软件也称多媒体CAI课件,简称多媒体课件或MCAI课件。我们可以主要从两方面来认识从技术上讲,多媒体课件主要采用多媒体技术交互处理文、图、声、像等信息媒体,以表现内容的一种计算机软件;从内容上讲,多媒体课件是针对教学目标和教学对象的特点,合理地选取与设计教学信息媒体并进行有机的组合,从而形成优化的教学结构的一种教学系统。
  3.多媒体课件的特点 (1)集成性。多媒体计算机系统把多种形式的信息媒体整合在一起,可以进行集中的加工、处理,再综合表示出来。这种对媒体信息的集成性能改善信息的采集、加工、存储和表达的方法,使人们通过各种感官的有机组合获取信息,从而更能吸引人的注意力。(2)交互性。多媒体计算机系统利用图形菜单、图标、窗口等美观的图形界面作为人机交互界面,利用键盘、鼠标、触摸屏及红外线遥控等多种方式作为人机之间进行信息交互的接口,使信息的传播和信息的接收之间进行方便的通信和交流,用户可以随意地控制,任意地操作各种媒体。(3)智能性。多媒体课件不仅仅只是一个呈现者,还应该是能根据学习者的学习过程对其学习效果进行评价,决定学习内容和进度来促进学习。(4)虚拟化演示和模拟是多媒体中应用的一个重要的方面,虚拟化是未来多媒体发展的一个趋势。
  随着经济和科技的不断进步,传统的教学媒体如黑板、教科书,承载信息的种类和能力都显得十分有限,远远满足不了现代教学的需要。前几年,随着电子技术的发展,出现了大量媒体,如幻灯、投影、录音、录像、电子白板等,这些媒体承载信息的能力大大提高,已被广泛应用于教学领域,但这些媒体也在一定程度上存在着各自的弱点,如幻灯投影不易表现事物的运动,电视录像缺乏灵活的交互能力,不能实现人机对话,更谈不上智能化了。计算机多媒体的出现,有取众之长的优势,它可以将声音、文字、图像等多媒体信息集成于一体,利用文字、图像、影像、声音、视讯等不同的媒体信息在不同的界面上组合、流通,使其可在计算机上存取、转换、编辑、同步化等,以达到计算机与使用者双向交流及多样化操作的一种环境。作为一种新的媒体教学手段,已被广大的学生、教师所接受,开始进入各种教学活动的各个环节中,但就目前中小学校在教学中应用计算机多媒体的现状而言,还存在着运用失当、效率低下的情况,本文试以中学物理课堂教学为背景,以本人的教学实践为实例,阐明如何使用计算机多媒体才能更准确、高效地为教学服务。
  二、多媒体在物理教学中的作用
  1.多媒体手段对无法演示的物理过程的模拟作用
  由于受到时间、空间以及实验条件、实验器材等因素的限制,难以通过实验向学生展示课堂实验无法演示的宏观、微观的物理过程一些微观现象,既看不见又摸不着,讲述时枯燥无味,抽象空洞,借助多媒体技术,利用视频、音频、动画等效果的结合就能模拟实验,化小为大、化静为动、化抽象为具体,突破时空、微观、宏观对教学实验条件的限制,将这些微观的物理过程生动、形象地展示在学生面前,使学生通过观察,认识加深,形成概念。
  2.多媒体教学手段对物理演示实验的放大作用
  实物展示不方便的物理实验仪器的原理介绍,如螺旋测微器、牛顿环和游标卡尺的原理及其读数方法,电表读数等,把它们做成相应的动画加以放大,这样可很方便地面对全体学生讲解,所有学生都看得非常清楚。实践表明,这有利于学生在短时间内掌握它们的原理及其读数方法。在物理教学中有许多演示实验可见度很小,由于可见度小,很难使每个学生都能观察清楚,这就很大程度上降低了演示实验的效果,而影响了物理教学质量。   微观世界的一些现象,利用肉眼是无法看见,也无法感知的,有些即使可以演示,不是效果不明显就是引不起学生的共鸣。教师在台上滔滔不绝,学生却是雾里看花如在讲授“分子运动”时,可先让学生观察一个现象:在水中放糖,发现糖越来越少,为什么?从而引起学生的思考,然后再做品红的扩散实验,使学生认识到“分子是运动的”这一性质。再利用多媒体设计一幅三维动画,模拟分子的运动,使学生通过多媒体展示更直观、更形象地看到了分子的运动,加深了学生对“分子在永不停息的做着无规则运动”的理解和掌握。
  3.多媒体教学手段对演示实验的减慢作用
  太快的动态物理过程,实验过程时间太短、现象不明显,不便于学生观察,我们可以结合计算机模拟,充分发挥现代教育技术的优势,做成课件,利用多媒体再进行演示,既可在播放时减慢实验进程观看实验步骤,也可在播放时截取实验片段反复播放以观察实验现象。
  如简谐运动图像的教学,课本上是用频闪照相的方法来讲解的,但是用这种方法,学生学习的效果只是一般,因为弹簧振子的振动太快了,不方便研究,这种频闪照片留下的只是一些瞬间静态位置。学生很容易把简谐运动的图像和轨迹混淆,并且不易理解图像的物理意义及反映的物理量。为了使教学效果更好,可用Flash软件把水平弹簧和竖直弹簧振子的振动做成模拟频闪照相的动画,即在动画中做一个弹簧振子振动的动画,在振子旁边设置一个位移一时间坐标系,动画演示时,振子每隔1/8个周期就频闪一次,然后振子停下,接着把所得的照片匀速地移动放进坐标系中相应的位置,用同样的方法,直到完成一个周期,此时再把坐标系中不同时刻的振子1:R片用光滑的曲线连接起来,就得到了振子振动的(正弦或余弦曲线的)图像用这个动画来模拟演示,可形象地揭示过程的中间状态,以利逐步进行研究。这样,简谐运动的图像教学就变得非常的形象和直观,学生的学习效果也非常好。
  三、物理教学中多媒体的必要性
  1、多媒体教学的特点。首先,多媒体教学能够提供各种直观的信息,使学生产生身临其境的感觉,形成强烈的视觉冲击。其次,多媒体教学的交互性和控制性强,能够使学生直接参与教学活动,并且能灵活自如的控制和管理多媒体的各种功能。再次,多媒体教学的许多资料是信息数字化,易于复制,修改方便。它会使我们的教学变得更轻松。最后,在教学活动中,多媒体教学往往以超文本、超媒体的方式来组织信息,组织教学。这种非线性的跳跃方式往往更加符合我们的思维习惯。多媒体的这些特点也是它的优点,所以多媒体教学在我们的教学活动中有着其他教学方式无法比拟的优势。
  2、多媒体教学是教学改革的需要。传统的教学方式是“凭教师一张嘴、一支粉笔、一块黑板对学生大脑皮层的单调刺激”,信息量小,不能满足现代学生的需要,不利于培养学生的创新思维。因此,在实施素质教育的今天,教学应在现代教育理论和科学方法的指导下,把多媒体教学和传统教学方式结合起来,这就是教学改革的需要,是教学发展的必然趋势。多媒体辅助教学较之传统教学,多了一条生动形象的信息传递渠道,这条渠道可以将信息变间接为直接,变抽象为形象,变静态为动态,变枯燥为趣味,从不同的侧面影响学生,全面提高学生的素质。因此,把多媒体辅助教学引进课堂,是非常必要的。
  3、媒体辅助教学是教师教学的需要。教师要由过去的知识传授者转变为学生学习的指导者,有过去单纯帮学生获取知识转变为促进学生发展,只限于传统的教学观念和传统的教学方法是不行的。传统的教学中,相关的录像资料缺乏,投影、挂图展现不了动态过程,有时教师收集了一些与课堂学习内容相关的图片、电视画面等,因受时间、空间的限制不能有效的使用……而多媒体辅助教学有效的改变了这一现状,使用鼠标操作,简单灵活,切换快捷,可随时停留在某个画面进行讲解或快速转换其他内容,远比挂图、录象、投影等易控制、效果好。因此,多媒体辅助教学也是教师高效率教学的需要。
  4、多媒体辅助教学是学生主体发展的需要。多媒体辅助教学能构建良好的学习环境,改善学生的学习过程。因为多媒体辅助教学能使信息渠道变为活动的、立体的、交互式的、多方位的渠道。学生可观看、可欣赏、可动手操作、可选择……使学生的学习意向逐渐增强,大大激发学生学习的愉悦感,提高学生学习的独立性,有效发挥学生的主体作用,学生的学习由“外部动机”变为“内部动机”,由“被动接受”变为“主动参与”,促进了学生的思维,培养了学生的能力,所以多媒体辅助教学是学生主体发展的需要。
  多媒体教学就是利用多媒体技术"将教学对象、教学目标、教学思想、教学技巧与教学内容有机的结合起来,形成一个人机交互系统。 运用多媒体课件教学"将改变单向式教学的现状,构建新型的、开放型的“双向式”教学方式,并实现真正的“多向式”教学。
  本文通过对使用计算机多媒体进行辅助教学的必要性的分析,主要结合各种计算机媒体的特点以及长期的物理教学实践,经过对计算机多媒体大量的运用和比较,切身感悟到计算机多媒体在物理教学中的应用要视学习目标、学习内容、环境条件和学习者的认知水平等来选择适合的计算机多媒体来辅助教学;并根据本学科特点制作以知识点为基本单位的计算机多媒体部件,以便可以根据实际情况灵活调用、以及通过建立计算机多媒体部件库的方法,实现资源共享,减少重复劳动,提高计算机多媒体为课堂教学服务效率。
  然而,计算机多媒体涉及的范围很广,如文本、声音、图像、动画、视频等,但由于经济、科技的客观因素和教育观念等的主观因素的影响,课堂教学中许多计算机媒体的应用尚未开发或尚未成熟,所以本文所总结出的结论就必然会存在一定的局限性,希望随着经济和科学技术的不断发展进步、人们教育观念的不断更新,使得更多优秀的计算机媒体加入到课堂教学当中,并为提高课堂教学效率作出更多积极贡献。
  参考文献
  [1]南国农 信息化教育概论 北京 高等教育出版社 2004
  [2]何克抗 计算机辅助教学 北京 高等教育出版社 1996
  [3]汪建军 胡兰阶 高中物理实验指导 广西 南宁教育出版社 1999
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