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---- 谈 CAI 在物理电教课中的应用 随着计算机技术的发展，计算机在教育领域中得到了广泛的应用。一般把计算机在教育领域中的应用通称为计算机辅助教育， 即 Computer-Based?Education ，简称 CBE 。 CBE 又分为两个方面，一方面是指计算机辅助教学，即 Computer-Assisted?Instruction， 简称 CAI ， 另一方面是指计算机管理教学，即 Computer-Managed?Instruction ，简称 ?CMI? 。 近年来 PC? 机（ ?Personal?Computer， 个人计算机 ) 的迅猛发展，成本不断下降，功能不断增强，多媒体 PC 机纷纷进入学校和家庭，并开始应用于教育领域。如今， CAI? 技术已成为教育现代化的标志之一。 但是，我国的软硬件脱节严重， CAI 技术得不到充分的应用。其主要原因是，在教育界对 CAI 的认识还存在不少误区，现分析如下： 误区之一，重计算机硬件配置，轻 CAI 软件开发，轻师资队伍建设。 计算机房只作为一种摆设，开机率低，造成资源浪费。 误区之二，认为 CAI 软件只是软件开发商的事， ? 工作在第一线的教师无能力、无精力、也无必要参与软件开发。因而，市面上的 CAI? 软件大多是粗制滥造，或徒有豪华的外表却与教材严重脱节，课堂上根本无法配合教材选用。 误区之三，认为 CAI 软件就是家教软件，将 CAI 等同于 CAL （Computer-Assisted?Learning ，计算机辅助学习），或等同于 CAT （ Computer-Assisted?Training ，计算机辅助训练），视 CAI 为自动化的教学机器，忽视了 CAI 的另一个重要的方面，即计算机辅助教师教的软件。 误区之四，与上面相反，认为搞几个简单的计算机模拟实验就是 CAI 了 ， 甚至企图用模拟实验代替真实演示实验，把 CAI 当作公开课、 优质课比赛等场合的点缀品，花拳秀腿，中看不中用，没有把 CAI 技术用在提高教学质量上。 目前，较多的中小学都配备了计算机，当务之急是如何消除以上存在的这些误区，使计算机充分发挥其特点，更好地为教学服务。笔者根据自己在物理科的电教实践经验，就硬件系统的配置和开发， CAI软件的实施及综合应用技巧等方面谈几点拙见。 一、硬件系统的配置 由于当今电脑配件市场价格变动较大，总的趋势是下降的，所以硬件配置应量力而行，不能盲目追求一步到位的高配置，要视学校资金实力和师资水平高低而定，做到物尽其用。当然，教师机装备应尽量按高标准，例如， CPU 至少考虑 Pentium III （奔腾3） 800M 以上，内存在 128M 以上，硬盘容量 20G 以上。为配合外语和音乐教学，声卡应配备 32 位或 64 位声卡，光驱 50 倍速。为能输出到电视机，应配备带视频输出端的真彩显卡（至少 4M 显示内存）。另外，各种外设也应尽量分期配齐，如：彩色喷墨打印机、高亮度投影机、大屏幕视频投影机、扫描仪、录像机、摄像机等。如果条件允许，还可以自己研制一台数据采集与控制系统，用于实时控制，进行辅助实验之用。下图是一个多媒体电教室的完整配置。 对于资金实力雄厚的学校，特别是重点高级中学，应配置一间网络式的多媒体教室。这样，从 CAI 的角度来看，既能进行学生个体的辅助学习， 又能辅助教师面向全体学生作演示、分析之用。显然，教师的备课，多媒体软件的设计，彩色投影片的制作等均可在网络上的任一台工作站上进行，使网络教室同时又成为集电教、电脑、语言、音乐为一体的多功能教室。二、多媒体教室的应用方法 1、直接进行多媒体电教课 这是最基本的应用，分两类。一类是计算机辅助学生自学及训练（ CAL 与 CAT ），上机时间可灵活安排，进度由学生掌握，因人而异， 达到因材施教的目的。另一类是计算机辅助教师教学，它是给教师使用的软件，不是给学习者个体使用的，因而能更好地发挥教师的主导作用，更符合我国现行的班级授课制。教师可以利用大屏幕视频投影机或大屏幕电视机，直接播放设计好的 ?CAI 软件、 VCD 小影碟、录像片等， 也可当作电子黑板显示大段板书内容和练习题等，可大大节约时间，增大课堂的容量。2、制作教学录像片 对于一些实验过程耗时较长，实验条件苛刻或在有害环境下做的实验，如硫酸铜溶液在水中的扩散、一些静电实验、α粒子散射实验等，教师课前可先用摄像机将这些实验过程摄下，然后采用计算机添加字幕、文字解说、动画分析等剪辑手段，整理后再重新录制，最后在上课时通过录放像机播放。 3、计算机辅助实验（ CAE) 计算机辅助实验（ Computer-Assisted?Education， 简称 CAE ）分两类 一类是指“模拟实验”，通过软件实现。用于可见度不大的实体实验，配合放大的模拟实验，达到引人注目的效果，如游标卡尺、多用表等测量仪表的读数，通过软件模拟可见度大、读数清晰；也可用于从宏观模拟微观，如α粒子散射实验、链式反应等，将肉眼看不见的微观现象变成电脑屏幕上的“宏观”现象；还可用于机理过程不明显的瞬间效应（如光电效应）用“慢镜头”在屏幕上显示；另外对违反操作规程危及仪表的现象，如短路等现象，用软件模拟给学生看，让学生能看到违反操作规程的恶果，从而记忆深刻，并引以为戒。 另一类 CAE ，是通过硬件实现的。 将计算机通过输入输出系统与测控装置（含检测仪表及执行机构）联接，加上相应软件，组成一套高级的测控计算机，用于对实验进行实时测控。例如：初中教材中“萘的熔解”实验，往往是最难控制的，是教学难点之一，若用计算机控制电炉丝加热，用热电偶测温，通过软件控制温度，让水温均匀、缓慢地升高， 同时，在电脑屏幕上实时画出温度－时间图象，既直观又准确，说服力很强。 4、制作彩色投影片 这是最经济最实用的方法，要知道每节课都到电教室上课是不可能的，但每节课都放投影片却不太难，毕竟投影机的普及程度要比电脑高得多，投影机重量轻、体积小、操作简便，而一张投影片的制作成本也极低，但用电脑制作比用手工制作要简易且更丰富多彩。
新课程背景下的物理课堂教学设计 课堂教学是实施新课程理念的主渠道、主阵地，也是学生获得新知识的主要途径。新课程标准的实施要求教师从讲授者与传递者发展为设计者、决策者和引导者、组织者，要求突出学生的主体地位，要求课堂从教师向学生直接传递学科知识转为由教师与学生共创的场所。如何实现教师教学理念的转型，实施新课程理念，提高课堂教学的质量，增效“减负”，在很大程度上与课堂教学设计的优劣有关。教学设计以教学理论、学习理论和传播理论为理论基础，突出教学规范的转型和教学方式的转变。教学设计有利于教师专业化水平的提高，有利于教育技术的开展。下面就新课程背景下并针对我校学生实际情况，如何进行初中物理课堂教学设计，谈谈本人的看法。一、新课程教学设计的几个重要理念1、帮助个体的学习 新课改要求学生不仅要重视知识的获得，而且更重视获得知识的过程和方法，更加突出了学生的学。教学设计的目的不在于教师如何讲完知识内容，而在于如何帮助学生个体的学习，从而使学生真正成为课堂教学中的主人，因此教学设计应尽可能考虑到有利于每一个学生的学习。2、重视个人的发展 系统设计的教学能极大地影响个人的发展。教学设计要明确没有一个人是“教育上的不利者”，要尊重学生的人格和尊严，要尊重学生的差异性、独立性、自主性，关心学生个性的发展和完善，并确保所有学生都得到最充分地运用自己的潜能的平等机会。新课程侧重于学生对获取知识能力的培养，课堂教学设计必须在充分考虑学生的学习条件的基础上，不仅要让学生知道所知道的东西，更要让学生懂得如何去学习这些知识，重视学生能力的发展，并在此过程中提升学生的情感，引导其形成正确的世界观与价值观。3、教学设计的阶段性 教学设计的阶段性指对知识的延续性、传承性和系统性而言，也与学生的身心发展水平和身心状态这一条件有关，分为即时的或长期的，长期的教学设计是指教师对于课程的一种整体设计，即时的教学设计即课堂教学设计要考虑到课程的整体设计和学生的现状：学生现有的知识水平、学生的身心发展水平等。课堂教学设计要注意“一口吃不成胖子”，要遵循教育规律的渐进性。4、教学设计的整体性 课堂教学是由教学目标、教学内容、教学手段、教学方法、教学组织形式、教师和学生等多种要素组成的复杂的系统。只有从整体的角度，深入分析课堂教学过程中的各要素及其关系，对教学过程进行设计，才能实现课堂教学的整体优化。二、新课程教学设计的一般程序1、学习任务分析 学习任务分析即学习需要分析，这是教学设计模式中首先要进行的内容，它是指学习者目前的学习状态（教学问题的起始状态）水平与期望达到的学习状态（教学问题的终态）水平之间的差距分析。期望达到的学习状态主要是由教学大纲和学习内容所决定的。教师通过从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面对教学大纲进行分析，以明确某一知识点的学习任务，即学生学什么。 例如：初中物理《电路连接的基本方式》一节教学中，知识与技能的要求是：（1）知道电路有串联和并联两种基本连接方式。（2）会连接简单的串、并联电路，并能画出相应的电路图。（3）能利用串、并联电路的特点，分析、判断出生活中电路的连接方式。过程与方法的要求是：（1）组织学生自主探究，得出电路两种基本连接方式，并让学生通过对实验的观察、对比，得出串、并联电路的基本特点。（2）组织学生观察生活中一些实际电路，并判断它们的连接的方式，从而让学生从物理课本走向实际生活，激发学习物理和热情。情感态度与价值观的要求是：在连接和排除电路故障的过程中，培养学生的动手能力、思维能力，并在探究过程中让学生学会交流与合作，体会成功的喜悦。2、教材内容分析 教材内容是教师完成教学任务、实现教学目标的主要载体，教材内容的分析是教学设计的基础。对教材内容的分析，就是要明确教师教什么、所教内容在整个物理教学中的地位与作用、这部分知识发生、发展的过程、与其他知识之间的联系、在社会生活、生产和科学技术中的应用、培养和提高学生的科学素养所具有的功能和价值、知识教学的深度、广度、重点、难点以及可以利用的教学资源（如实验条件、课件、习题）等进行分析。 例如：对《电路连接的基本方式》一节的分析：第十三章《电路初探》是初中电学的基础，让学生理解和掌握基本概念，为以后的综合应用奠定坚实基础是这一章教学的基本原则。电路的两种基本连接方式，是本章教学中的重点内容，掌握好“串联电路”和“并联电路”的基本特点可以为今后电学的学习奠定良好的基础。本节内容蕴涵着典型的物理思想方法，在研究复杂问题时的“从简到繁、从易到难”的科学研究方法等，故在物理知识教学的同时，应结合物理思想方法的教育。关于“电路”，学生在日常生活中有所表性了解，本节重点是要让学生理解串、并联电路特点；按要求画电路图及根据电路图连接电路。教学的难点是串、并联电路的识别。3、学生特征分析 学生特征分析主要是指学生在学习物理新内容之前的生活经验和经历。这些经验和经历将影响学生的物理学习，甚至在学习过程中会出现一些学习迁移现象。学生特征分析包括：了解学生原有的知识基础、现有的学习能力、学习态度等。在教学设计中要坚持以学生为学习的中心，满足学生的学习要求，从自己所教学生的实际出发分析，不仅要了解学生具有哪些影响学生学习的一般因素，具有哪些学习新知识所需要的初始知识技能，而且还要分析学生用原有的认知结构将会怎样地去认识新的知识和对新内容的情感态度，了解学生在学习过程中哪些学生能适应，哪些学生不能适应，学生“应该做什么”、“能够做什么”和“怎样做”等。 例如：对《电路连接的基本方式》一节分析：学生在日常生活中已有表性的了解，通过第一节内容的学习，对电路也有简单的理解，但由于学生的空间想象能力、思维能力还有一定欠缺性，做好实验尤其重要。教师利用学生对初学电学的兴趣引导学生自己动手探究、分析、讨论得出什么是串、并联电路及特点。4、教学目标设计 教学目标设计是要解决教什么（或学什么）、达到什么水平的问题，它是在学习任务分析、教材内容分析和学生特征分析基础上，分析教材内容中的学习结构与学生原有的学习结构之间的差距，提出教学过程中所要解决的具体问题。它为教学内容与教学方法的选择提供了依据，也为教学的组织、教学的评价提供了依据。教学目标应该从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观这三个方面来制定，突出综合性。 例如：对《电路连接的基本方式》一节的设计：知识与技能方面；过程与方法方面； 情感态度与价值观方面设计如上面所示。5、教学策略设计 教学策略是为完成特定的教学目标而设计的教学模式，是教学设计的中心环节。在教学设计过程中，要体现教学策略的灵活性，即同一教学内容，可以有不同的处理方式，我们可以依照新课程理念、依据学生和教学内容的特点，选择最适合的教学组织形式、教学方法、学法指导等。 例如：对《电路连接的基本方式》一节设计：可为教师的实验演示和学生分组实验相结合的实验探究式课堂教学模式，通过抓住知识的产生过程，积极引导学生主动探究，让学生参与观察、实验、分析、讨论、思考、应用等多项活动，激发学生学习物理的兴趣，培养学生观察能力、实验能力，体验科学探究的过程和方法，激励学生勇于探索新知，并结合课件辅助教学和实例分析法，帮助学生理解和掌握电路连接的基本方式和串、并联电路的基本特点等。5、教学过程设计 教学过程设计是要解决怎么教、如何学的问题。设计教学过程是教学设计的重要环节，是教师教学理念和教学思想的具体体现。教学过程的设计首先要将教学内容分解成若干个组成部分，并明确各组成部分的意义与作用，然后安排恰当的顺序进行组织。一个完整的教学过程至少应包括导入、新课和结尾三个环节。一般情况下教学策略的设计与教学过程的设计往往是同时进行的。 例如：对《电路连接的基本方式》一节的设计：可设置 “什么是串联电路”、“什么是并联电路”、“串并联电路特点有何不同”3个课题讨论，每个课题以“提出问题、实验与观察、分析与归纳、总结与结论”为认知程序，引导学生既研究物理规律，又掌握研究物理规律的方法。6、教学媒体的选择与应用 现代教学辅助媒体的发展，为教育提供了新的活力。教学媒体可分为五类：（1）非视觉投影媒体：包括印刷材料、黑板、挂图、模型、实物、实验器材等；（2）投影视觉媒体：幻灯机、投影器等；（3）听觉媒体：录音机、收音机等；（4）视听媒体：电影放映机、电视机、录像机等；（5）综合媒体操作：计算机教学系统及相应的教学软件等。 教学媒体的选择，需依据学校现有的设施条件，将各种教学媒体的特性和教学内容的特点有机结合来设计，所选的媒体要能有效实现相应的教学事件和教学目标。物理教师在课堂上，合理地选择、组合和使用模型、投影、视频等直观手段，展示或再现，不仅可以形象、直观地向学生传授物理学知识，而且可以激发学生学习物理学的兴趣，集中学生的注意力及增加课堂信息容量。 例如：在《电路连接的基本方式》一节中：可用多媒体课件展示各种各样的日常生活中的电路引起学生兴趣。然后充分利用实验器材让学生自由连接电路，让学两只小灯泡亮起来，最后教师引导学生根据自己所连接的电路画出电路图，分析它们的异同点，从而得出什么是串联电路和并联电路。同样利用实验器材引导学生继续实验得出串并联电路的特点。这样可以给学生很深刻的印象。7、课堂教学评价设计 教学评价包括实际教学中的目标体系是否体现了新课程的理念，在实施的教学过程中所表现出来的对教学问题的分析和对教学策略的决策是否准确及有效等。评价的目的是为了改进并提高教学设计的能力，对教学效果未达到目标要求的部分进行必要的补救改进，是教学设计中不可缺少的重要环节。一般从以下几个方面入手：在确定本节课的知识与技能、过程和方法及培养学生的情感态度和价值观方面是否有不足和遗漏，教学的重点和难点的选择是否恰当；教学顺序（或线索）是否合理；教学策略和教学方法、手段、教学媒体的选择是否有效；设置接收教学反馈信息的问题是否具有针对性，有否考虑到学生的主动学习、有否最大限度增加每个学生活动的机会、有否扩大师生间交流合作、有否考虑如何控制课堂秩序等。 当今社会对教育的要求越来越高，面对这一挑战，我们教育工作者应认真学习教育理论，转变教学理念，通过教学设计实现优化教学过程，从而达到提高教学效率，达到“课堂增效”之目的。备注：资源共享
