计算机辅助教学在物理实验教学中的教育功能及其应用

摘要：对计算机辅助教学在物理实验教学中的教育功能进行了阐述，并对其应用进行评述，对未来进行了展望。

关键词：GAI；物理实验教学；模拟实验

物理实验教学，以实验室为活动基地，着重于物理实验能力的训练，它与讲授的理论体系紧密相关，服务于教学又直接参与教学，计算机辅助教学简称(CAI)是教学手段现代化的一个重要组成部分，在物理实验教学中发挥着重要作用。

一、CAI在物理实验教学中的教育功能

1　助教。首先，利用CAI课件的集成性，教师在教育学、教育心理学理论的指导下，精心组织好教材，进行最优化的教学设计，充分调动图形、图像、声音等多种媒体信息和录像、投影等多种媒体设备，让它们受控于计算机，调动一切积极的手段，为学生提供丰富的感性材料，激发起学生强烈的求知欲；在这种方式下，学生作为学习的主体和中心，能够积极主动地参与到教学活动中去，课堂教学气氛活跃，学生的注意力更为集中，从而有效地提高教学的质量和效率。其次，通过动画模拟、局部放大、变化过程演示等手段，可以把抽象内容形象化、微细结构逼真化，弥补其他方法的不足。第三，一个实验可编程一个CAI课件，只要修改程序，可以相应的改变实验，有利于实验的不断改进和更新。

2　助学。课件的设计为学生提供多种解决问题的策略、途径和方法，学生可在解决问题中去学习，去发现知识，掌握知识，让学生直接参与交互活动，充分发挥学生的主体作用。CAI课件具有超文本结构，利用多媒体技术设置一种生动的图像并提供一系列供学生浏览、查询、检索的图形化工具，学生可以根据自己的问题和需要，通过鼠标、键盘或触摸屏打开窗口，以显示相关的图像、文字资料，还可以利用多种工具，通过激活多个窗口，逐层深入访问，以获取更多的、更详尽的资料，直到问题得到解决或满足需要。信息反馈及时，为学生提供了解决问题、探索知识的途径，有利于个性化的学习与发展。

二　目前高校CAI在物理实验教学方面的主要活动方式

1　课前预习。学生用计算机CAI课件进行预习，模拟实验操作，熟悉实验过程，较好地解决了实验设备少、耗时长的矛盾，对防止仪器损害，减轻教师负担起了明显的作用。

(1)利用CAI课件在计算机上进行模拟操作，可将实验原理、仪器都以生动的动画展示出来，并配有说明与讲解，使学生眼、耳、手、脑协同动作，主动学习，积极思考。实验中的难点可以通过动画轻松地化解，有利于学生对实验原理的理解。

(2)利用CAI进行预操作，完全模拟实验全过程，经过一番的模拟练习后，对仪器的操作规程有一全面的了解，待实际测量时，学生再也不用担心是否会动坏仪器，增加了自信心，提高了使用仪器的准确性、规范性，有利于掌握实验操作的规律，提高动手能力。

(3)利用CAI，化解难点，提高实验效率。有些实验仪器，构造复杂，调整费事，若一开始调整不好，后面的实验环节就无法进行。如分光计、氢光谱测量、全息照相等等。利用cAI课件模拟操作，其环节目的性强，节省了盲目摸索的时间，提高了实验效率。

(4)提高贵重仪器的使用寿命和利用率。学生模拟实验后，对可能造成损坏仪器的错误操作已经在计算机上见到过，待实验操作过程中，基本上不会再发生，使仪器的使用寿命延长，提高了仪器的使用率。

2　模拟(仿真)实验。模拟实验，克服条件限制，节约资源，提高实验教学效果。在物理实验中，对测量精度要求比较高、采用仪器、仪表测量难于达到要求，还有些实验是对过程或现象进行研究的，使用仪器装置却无法做到或缺陷较多，可采用计算机模拟实验的办法来解决。中国科技大学制作的《物理仿真实验》，适宜于学生在计算机上做近代物理实验，可弥补经费和实验设备的不足。

3　演示实验。课堂演示实验以辅助讲课，验证理论，以加深学生的有关概念的理解，高效率地向学生传递科技信息，开阔眼界，启迪思维，激发学生的想象力和创造力。

4　教师使用的软件有实验预习、数据检查、实验帮助与思考，评分系统，成绩管理系统。可检查学生的预习情况，检查学生测量数据的正误，评定实验成绩。

三、CAI的发展――远程实验教学

目前CAI课件的研制开发蓬勃发展，随着网络技术的普及与发展，网络版的CAI系统越来越多地出现。网络版的CAI不但能使学生通过图形、动画学到知识，而且通过学生间、师生间的交流得到更多的知识，这是单机版CAI无法做到的。

远程教学，就是通过软件操作，师生之间、学生之间可以进行面对面的交流。这不仅节省了大量的时间和资金，使课堂效果变的活泼融洽，也增加了教学的灵活度。由于我国的校园网络建立的还不完善，现在还无法实现远程实验教学，但我们相信，随着科技的进步和计算机技术的发展，在不久的将来，高等院校之间将建立信息高速公路，实现跨校的教学活动，互相承认学分，学生可以在本校选修他校的课程，充分发挥现有资源的作用。

CAI的目的是促进学习，它不仅是教学手段的更新，而且还必然对教学内容、教学体系乃至教学思想都产生深远的影响。但是，不可否认，CAI只能是一种教学辅助手段，不可能代替物理实验，而只能起到辅助物理实验教学的作用。它将以辅助教学为宗旨，吸取高科技的精华，不断推动物理教学现代化。