整合的途径

第二节　整合的途径

随着新技术的不断涌现和快速发展，信息技术作为一种新型的教学工具，对传统物理课程教与学的方法和手段都产生了深刻的影响。当前将信息技术应用于教学中的途径多种多样，不同的应用对于硬件设备的要求也不尽相同，在此仅就物理教学中应用较广的几种途径及其相应的实施环境作一简单的介绍。

一、MCAI课件

MCAI的全称为Multimedia Computer Assisted Instruction。所谓多媒体是指文字、声音、图形、动画、视频等多种信息的组合，在一定的平台上建立起逻辑关系，从而集合成一个具有交互性的系统。

1.MCAI课件在教学中应用的意义。

就物理课程而言，在教学中使用MCAI课件的价值，一般体现在以下几个方面：

（1）复杂问题层次化。物理学的概念、定理定律的讲授往往需要把所涉及到的内容划分为多个步骤，依照逻辑关系进行讲解，将复杂问题层次化，进行层次化教学。这样不仅减少了难点，而且易于理解掌握。MCAI通过控制图文显示的时间与次序、窗口切换等功能，可以达到控制教学过程、掌握教学节奏的目的，便于施行层次化教学。

（2）变静态为动态。教科书中有许多静态图形，用于表示某种形式与关系，其中往往隐含着运动变化的因素。通过MCAI课件，可以揭示静态图形的丰富内涵，使其动态化、形象化，从而更深刻地挖掘出问题的本质。

（3）仿真与模拟。在物理学科的教学中，实验教学是一项重要的环节。对于一些难以完成的实验，一些有害的、昂贵的、耗费时间的实验，以及在课堂中无法做到的实验等，都可以通过MCAI课件进行仿真和模拟。

2.MCAI课件的分类。

一般而言，MCAI课件分为助教型和助学型两种，目前也有很多的课件开始注重两种类型的结合。

（1）助教型课件。这类课件的主要使用对象是教师，其目标是辅助教师的课堂教学。MCAI课件可以使学生获得生动形象的感性材料，特别是物理课程中一些用语言难以表述清楚、变化过程复杂、无法直接观察的教学内容，如物理学中的分子运动、电磁场等，都可以通过计算机模拟显示出来。助教型课件的使用，既减轻了教师擦写黑板的劳累，又减少了课堂上随机出错的机会，同时节约出时间，对某些问题还能够变抽象为形象，优化课堂教学过程，从而增强了课堂教学的有效信息量，提高了教学效率。

（2）助学型课件。这类课件的主要使用对象是学生。助学型课件让计算机充当教师，使学生通过计算机学习新的知识技能、复习旧知识、进行自我检测等。这类课件其实类似于多媒体教材，其教学内容的组织大多按章节分段，学习者可根据需要，个别系统地、逐步深入地学习：同时还提供多种形式的练习题和测试题，供学习者自我评测。

长期以来，MCAI课件都是以CD－ROM光盘的形式作为载体。随着近年来Internet在教育中应用的逐步普及，越来越多的课件开始在网上运行。这类课件借助Internet的WWW网页浏览功能，将MCAI课件存放于网络服务器中，用户通过浏览器可以直接运行课件。网络课件一方面加强了课件的交流与流通，也促进了资源共享，减少资源浪费，减轻由于地区差异造成的教育水平的差异：另一方面还将教师、学生和家长更紧密地联系在一起。目前网络课件虽然刚刚兴起，但具有广阔的应用前景，将给我们的教育事业带来巨大的活力。

二、计算机辅助实验教学

将计算机应用于物理课程的实验教学中，可以大大提升实验的档次。目前比较流行的做法是，通过数据采集装置（Data Logger），对实验中要测量并且是随时间变化的量进行实时数据采集，再由计算机对采集到的数据进行处理，以图表的形式输λU，可以非常直观而且准确地给出测量量随时间的变化关系。这类计算机辅助实验的主要优势在于：

（1）由于采样速率足够高（可以高达每秒钟数百万次），因而可以详细记录到一些普通设备无法记录到的现象，尤其适合于一些在瞬间完成的实验现象，如一个小磁铁以自由落体的形式穿过一个螺线管而产生的一个瞬间感应电动势随时间变化的关系；气垫导轨上两辆小车对碰瞬间作用力随时间变化啦线等。

（2）由于计算机有定时记录的功能，所以也适合于一些需要长时间记录数据的实验，如观测空气中尘埃密度随时间的变化规律等。

目前，国内外都有专门的厂家生产各类数据采集器，进行数据采样的传感器也包括各种类型（如力、声、热、电、光甚至pH和颗粒浓度等）。通过对不同传感器的灵活运用，还可以由学生自行设计出各类不同的实验，所以这类实验也将是未来国内外物理课程中进行探究性学习的主要手段之一。

三、CCD辅助演示实验

CCD的全称为Charge Change Device（简称电荷转移设备），是一种将光信号转变成为电信号的摄像装置。通过CCD及视频转换设备，可以将拍摄到的图像或视频信号用计算机记录下来，然后通过教室里的大屏幕投影，再以适当的播放速度重现给学生。这类设备主要是利用计算机高速处理信息的特长，对某些肉眼不易观察的现象进行跟踪和演示。例如，一段点燃的蜡烛，在做自由落体运动时的火苗会是什么形状呢？这个问题不能靠想像，也不能靠理论推导，更不能靠虚假的CAI课件来模拟，而如果想实际观察，则由于蜡烛的下落速度太快，课堂上根本不可能看清楚，这时利用CCD设备就可以很好地解决这个问题。

四、虚拟现实技术的应用

一般而言，要进入虚拟现实的环境，使用者需要戴上一个特殊的头盔（head mounted display），以便看到并感觉到计算机所生成的整个人工世界，同时还需要戴上一副数据手套，以便能操作虚拟世界中的各种对象。由于这些设备通常都是非常昂贵的，因而难于普及。

近年来，随着新虚拟现实技术的出现，上述情况有所改变。这种技术无须利用头盔和数据手套这类硬件来产生幻觉，而是使用360。立体全景摄影技术所拍摄的高质量图像来生成逼真的虚拟情景，从而使得用户可以在普通微机上通过鼠标和键盘真实地感受到和VR技术中一样的虚拟情景。此外，由于采用了先进的图像压缩算法，在新虚拟现实系统中，用来表征某个虚拟场景的360°高质量全景照片的存储容量非常小，因而还适用于网络教学中。

新虚拟现实技术的重要意义在于，它开创了多媒体技术与仿真技术相结合的新途径，为“虚拟现实”技术的大众化铺平了道路，使之有可能以优质价廉的全新面貌逐步普及到教育领域，并进入中小学课堂。

五、基于WEB的网络课程

以上介绍的四种应用途径，基本上都是在传统教学的框架中，引入信息技术作为一种新的辅助教学工具和手段。但完整的网络课程则不仅仅停留在辅助教学上，它实际上是现代远程教育中“虚拟学校”的一门课程，也是信息技术对未来课程教学的方法和手段最具变革性的一种影响。网络课程的内容构成一般包括：

（1）学习者提供的各种学习资料，如网上教材、网络课件素材库、习题库、案例分析库等，主要用于提供课程学习内容的浏览。

（2）形成教与学活动的交互环境，如学习指导、线上练习、讨论区、同步视讯答疑等，用于提供教与学相互沟通的途径。

（3）对所有教学资源及学生学习情况的管理工具，如试题管理、学习档案管理、讨论记录等，主要用于对学习者的学习评价及实现教学管理。

基于WEB的网络课程不是传统教学的辅助形式，而是在网络上实现传统教学的所有行为和功能。