多媒体应用于大学理科教学的探索与实践.doc
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1、豆丁网精品论文多媒体应用于大学理科教学的探索与实践叶兴浩 浙江大学物理系,杭州(310027) E-mail:摘要:从总结教学实践入手,对大学理科教学中利用多媒体教学手段实现教学内容的可视化和生动化、实验内容的课堂化、教学对象的主动化和教学方式的启发性作了具体的探讨。 关键词:多媒体教学;理科教学;实验;可视化;模拟中图分类号:G40-057;G43;G4200.引 言笔者自 2003 年起,在光学、物理学史、自然科学基础、竞赛物理等 多门课程中采用了多媒体辅助教学手段。在这几年的教学过程中,对多媒体教学进行了一些 探索与实践,并逐渐积累起一些适合于理科教学的经验和方法,归纳整理出下述几点以供
2、相 互探讨。1.变抽象为形象,使概念原理可视化科学理论是对客观事物本质的提炼和必然联系的揭示,因而具有高度的概括性和抽象 性。这种抽象的知识体系正是构成大学理科教材的核心。但是对于作为学习主体的学生来讲, 由于认识能力的参差不齐以及实验操作与理论教学的并不同步,理解这些抽象的知识是有一 定难度的。这个问题在高等教学普及化的今天显得尤为突出。解决这个问题,一般的做法是 采取更详尽的解释和讲解,或用板书作草图尽可能使知识点具体化、形象化。但这种做法既 费舌又麻烦,效果并不那么理想。采用多媒体教学手段可以有效地克服上述困难,简洁明了 地将抽象的科学概念、原理等转化为形象直观的可视图象,便于学生更好地
3、理解和接受。以光学中的几个概念为例。利用可视化编程软件 Visual Basic 6.0 可以将“电磁波”的 电场分量和磁场分量随时间的变化及其在空间中的传播直观地展示出来(图 1);图 2 是一 个表现“可见光谱”的 VB 程序,画面上的七彩条带是根据各种波长与色彩的对应关系通过图 1 电磁波图 2 可见光谱一定的函数表达式反映出来的整个可见光谱。通过滚动条控件还可以将某一指定波长的色彩显示出来,图中第二条色带显示与波长 620nm 对应的是一种橙色光。对于“光强分布”这 一概念,图 3(a)中部的明暗条纹显示了夫琅和费单缝衍射产生的光强分布,左侧的轮廓 线为其相应的光强分布曲线,图 3 (
4、b) 则是用数学软件 Maple 显示的夫琅和费圆孔衍射光强 分布立体图,它们从不同的侧面给了学生形象直观的认识。(a)(b)图 3 光强分布光学中的基本原理也都可以用程序演示出来。图 4 演示的是费玛原理:两点之间光的实 际路径是使其光程为极值。画面下部反映的是两点之间光程的大小,只有在与光程极小值对 应的位置上(图中竖线处)才是实际光线的入射点,且该点与从实验中得到的折射定律的要 求完全一致。图 5 表现的是波的叠加原理:两列波相遇时,它们的位移叠加而形成新的波形, 然后又各自以原来的波形继续传播。为了突出叠加前后的效果,其中一列波采用正弦波,另 一列波可换用振幅不同的矩形波。图 4 费玛
5、原理图 5 波的叠加原理2.变静态为动态,使教学内容生动化心理学研究表明,运动或变化的事物更容易吸引人的注意1。将抽象的知识转化为形象 的画面,实现了教学处理的第一步。如果再让形象的画面动起来,将教学材料制作成科学动 画,让学生在动态的变化中认识事物的发展过程和表现结果,这样的知识就不是僵化的,而是生动的,这样的教学就不是乏味的,而是趣味盎然的。图 6 (a) 表现的是非线性科学中的“奇怪吸引子”。不仅如此,笔者更以实时运动的方 式将其漂亮的运动轨线以一定的速度逐点构画出来,让学生观察了整个画面的生成过程,极 大地激发了学习的兴趣。图 6 (b) 是不构画运动轨线,只显示两个粒子在确定的数学关
6、系支 配下却表现出极其复杂无规但又限制在一定区域内的实时运动,充分展示了确定性与非确定 性在奇怪吸引子上的高度统一。(a)(b)图 6 奇怪吸引子图 7 表现的是非线性科学中的无规生长模型。通过这一无规生长过程的生动展示,学生 对自然界中的诸多事物如生长的植物、玻璃上的冰花、皮蛋上美丽的“松花”、大海里的珊 瑚树、岩石上的矿物质沉积、划破天空的树根状闪电等的生成过程有了共性上的领悟和认识。图 7 无规生长模型图 8 水波干涉动画上述教学动画是通过 VB 软件实现的,需要教师具备相应的编程知识。在 Maple 软件环 境下,则只需一个语句即可实现某些教学动画的演示。图 8 是一个水波双缝干涉的演
7、示动画, 它使用的语句是:with(plots):animate3d(10*cos(Pi/3*t-sqrt(x2+y2)/2+Pi/2)+10*cos(Pi/3*t-sq rt(x-90)2+y2)/2),x=-30.120,y=-20.280,t=0.6,numpoints=1000,frames=50);3.变讲解为演示,使实验现象进课堂大学理科教学中普遍存在的一个问题是理论与实验的脱节。这是因为理论课上往往不做 任何演示实验,而实验课又与理论课不同步,很多情况下实验操作大大滞后于理论讲授。这 无疑给教师讲解和学生理解带来诸多的不便和困难。利用 VB 等可视化程序软件将实验现象 在课堂上清
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- 多媒体 应用于 大学 理科 教学 探索 实践
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