三、计算机辅助物理教学的基本模式

计算机作为物理教学的辅助手段,这是由计算机和物理学科本身的特点所决定的。从计算机本身的发展来看,自世界上第一台电子计算机问世以来,40 年间计算机经历了一系列惊人的变化。一方面计算机体积不断缩小,趋向小型化和微型化,另一方面其运算速度不断提高。现在微型机的运算速度就可达每秒几十万次以上,而且存贮量大,运算精度高,尤其令人注目的是计算机具有高度的图形功能,特别适合于教学中的演示和模拟实验等。计算机的这些显著特点一开始就受到物理工作者的青眯。计算机的引入,首先能将物理体系的模型逐渐提高为教学问题的能力。在物理学中有许多模型,用计算机进行数值计算,可以帮助我们了解真实世界的运动规律,以及所提出的物理模型的有效性。其次,计算机的引入能逐渐提高用相互影响的图像来显示物理模型的结果。美国麻省理工学院的泰勒(Taylor)教授把计算机辅助物理教学归纳为五个方面:

  1. 计算机用于个别指导。即所谓“计算机与人对话”。通过频繁的人机对话,指导学生学习一些普遍感到困难的物理内容,如密度、矢量的应用、电压等概念。这种模式信息反馈快,有利于因材施教。

  2. 演示程序。即利用计算机显示图像,把抽象的物理概念或物理过程形象地演示出来,如电力线的分布、波的叠加等等。这种模式中栩栩如生的画面能激发学生的兴趣和积极性,获得更多的感性认识。

  3. 模拟工具程序。以已有的物理规律和物理事实为依据,在一定的理论模型上用图像或数据反映真实物理世界的一种模式,常称为“干式实验”,如卢瑟福的 a 粒子散射实验的模拟、原子核衰变模拟实验等,这种模拟模式具有省时、省费用、安全、不受客观条件限制却能达到效果等优点。

  4. 实验的辅助手段。可以用作个别指导,可用作模拟工具,也可帮助学生分析实验,进行数据处理。在用于分析实验结果的方式中,学生处于控制计算机的立场上,可使教学实验带有研究性实验的成分。

  5. 学生作为程序的编制者。在这种情况下学生将是创造者。

目前在中学物理教学中,计算机辅助教学方式用得比较多的是课堂演示与辅助实验等。