未来数字化教学数字化畅想.docx
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未来数字化教学数字化畅想
多媒体互动教学案例--《波的叠加与干涉》点评
（一）关于多媒体互动教学
信息化教学常见的形式，就是投影演示环境下的多媒体教学。
因为多媒体教室的建设成本低、应用也相对简单，所以在“校校通”工程中作为一种主要的信息化基础设施进行了大规模建设。
目前，城镇中学基本上普及了多媒体教室，即每个教室都有投影仪和教师机。
多媒体教学最常用的演示软件就是PowerPoint，因为流行且简单易用，事实上已成为教师制作教学课件的通用工具。
但PowerPoint只是一个教学资源的组织和演示工具，多媒体教学的“多媒体”优势还需要恰当的多媒体教学资源来支撑，而不能仅是用PowerPoint把原来的文字教案电子化，只省去了老师板书的劳动，并没有充分发挥多媒体“生动、直观、科学、互动”的特点。
这样的PPT演示教学不能称之为多媒体教学，只能戏称为“PPT电灌教学”。
多媒体主要的呈现形态包括图片、音像和动画，每种媒体形态各有其优点，要针对不同的教学内容合理选择。
比如图片适合展示静态的实物图片或场景，视频适合演示真实的动态过程，动画适合模拟图片和视频都不易拍摄的事物或情境，比如宇观的星球运动、微观的神经结构、瞬间的运动状态等等。
动画是多媒体教学资源中最具特色最有潜能的媒体形态，只要有原型、有模型，教学动画几乎无所不能。
动画的模拟可以分为示意模拟和科学动态模拟。
前者一般是对实物的形象模拟或过程的示意性模拟，比如模拟花的授粉过程、模拟细胞膜的运动形态、模拟原电池的微观原理等等；后者则是在对动态过程科学建模的基础上，可以通过人机交互、控制模型参数来生成实时动态画面的科学模拟，比如模拟简谐振动的图像、气体分子的运动规律、波的形成与传播、带电粒子在电或磁场中的运动等。
科学模拟动画因为人机交互、参数控制、科学准确的特点，除了可以用来做定性的科学现象模拟、观察，还可以用来进行定量的知识分析和研究，所以特别适合组织探究式教学。
关于科学动态模拟动画的设计、开发和教学应用是一个比较专业的领域，这里不便展开。
之前也介绍过一些国外优秀的互动教学软件，有兴趣的老师可以了解一下，其中一些是免费的，可以“拿来主义”。
>互动教学软件之概述
>互动教学系列软件之一explorelearning
>互动教学系列软件之二sunflowerlearning
>互动教学系列软件之三AdvancedLearning
>互动教学系列软件之四Illuminations
（二）多媒体互动教学案例—高中物理《波的叠加与干涉》
这是2006年12月10日，在北京陈经纶中学举办的，由中国教育技术协会、北京教委和清华同方教育技术研究院联合主办的“首届全国多媒体教学观摩研讨会”上的一节示范课。
主讲教师是北京十七中的于瑞利老师，指导教师是清华同方教育技术研究院的涂克昌老师。
注：
当天同时展示了三十多节示范课和说课，创下了国内教学观摩课的单日数量纪录，也创造了听课超市的新形式。
八个教室上课，用同步音像转播系统把八个教室的画面和声音传到听课大厅，大厅有八个投影同时转播八个教室的画面，听课者戴着可调台的无线耳机（其实采用的就是和联合国大会一样的多路同声传译系统），可以在流动中随时听任何一节课。
当天共有近六百多人同时听课，场面是相当的壮观。
波的叠加与干涉，是高中物理教学的难点，现在在选修部分。
波的叠加与干涉一般至少需要两三课时的教学时间，因为物理过程难以观察，物理规律比较难理解。
但这节课于老师设计得非常紧凑，实验演示、提问讲解、动画演示、动画探究、分组讨论、板书总结、反馈练习，一样不少，教学效果却非常得好，这一方面得益于专家指导下精心的教学设计，一方面就是得益于互动教学动画（现在一般称为动画教具或互动教具）在直观演示和互动探究中所发挥的作用，直观形象让抽象的知识可视化、科学互动让学生自己发现和总结规律，这些都起到了降低知识难度、提高教学效率的教学作用。
（三）教学过程点评
这里只对教学过程中的要点做一些点评，过程不做详细描述，后面有这节课的教学设计、课堂实录以及专家点评，非常细致。
精心设计的水槽横波演示实验
物理是实验学科。
一个基本的教学原则是能做的演示实验一定要做，虽然演示实验的效果不一定清晰准确（例如实际的水面波是复合波，并不是理想的横波；水槽实验则是长度越大效果越好，但显然教室里不能放置过大的水槽），但学生获得真实的观察和体验是十分重要的。
这节课设计了两个实验，一个是水滴实验观察两列水面波互相穿越（用长绳在地面两端同时抖动也可以，但对场地要求高，同学也不好观察），一个是水槽实验观察两波相遇的振动加强和减弱（实际上就是驻波）。
后一个实验是老师自制的实验器具，非常用心。
使用动画教具讲解连续波的叠加
学生分组利用动画教具完成探究任务
在讲解波的独立性原理和波的叠加规律的部分，使用了“横波的叠加”动画教具。
动画可以演示脉冲波（适合观察两波相互穿越，理解波传播的独立性）、连续波，可以选择线形、球形、连续线波形模型，选择球形模型特别适合定点观察和度量一个质点在两列源波的共同作用下的运动位移；配合源波、叠加波的显示或隐藏，可以非常直观地得到叠加矢量和的关系。
教学中，老师使用动画演示和讲解了波的独立性和波叠加的情景；然后让学生分组用电脑自己研究振动加强和减弱的规律，自己总结出波的叠加原理。
这种处理非常好，把教具软件运用得非常合理，用作教具进行物理情景的演示、观察和定性分析，用作学具让学生自己探究、总结和定量分析。
综合使用多种教学手段，动画演示互动、观察实验、讲解、板书...
教师指导学生利用动画教具研究问题
在其后的波的干涉教学部分，仍然是使用动画教具“水面波的干涉”。
教学方式仍然是先带领学生观察情景，建立波的干涉图样的基本概念；然后让学生分组利用交互探究波的干涉条件。
因为问题比较复杂，所以老师预设了一组探究问题，在学生探究过程中，老师在各组学生间巡视，及时指导学生的探究。
然后是分组汇报，老师归纳总结。
最后是反馈练习。
即使是多媒体课，该写的板书也一定要写
这节课的教学过程非常紧凑，学生注意力也高度集中。
值得一提的是，对重要的知识总结，老师一律一字一句地一边板书一边总结，这一点非常好。
结论性的知识学生自己得出最好，老师用板书边写边强调也十分必要。
很多老师习惯把结论用ppt一下子给出来，这种做法不可取。
注：
这节课虽然是四年多前的一节教学示范课，但无论是教学方式设计、教学手段的选择使用、教学过程的师生互动和教学效果来看，都可以说是（科学学科）多媒体互动教学的一个成功案例。
后来听过不少课，信息化条件更好少，课堂更加活跃了，但能达到这种水平的不多，关键是教师对多媒体教学的认识和理解、对互动教学工具的认识和使用，还有不足吧。
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多媒体互动教学案例--《波的叠加与干涉》（续）--教学设计与实录
（四）教学设计
教学目标：
知识目标：
知道什么是波的叠加原理，知道什么是波的干涉现象，知道干涉图样，了解干涉条件，了解干涉中加强区和减弱区的分布特点，了解加强区和减弱区的条件，知道干涉现象也是波特有的现象。
能力目标：
培养学生的空间想象能力，培养学生的归纳、总结能力。
德育目标：
通过模拟软件使学生体会科学的力量，培养学生的科学意识。
教学重点：
波的叠加原理、波的干涉条件、波干涉图样的特点及形成条件。
教学难点：
波的独立传播原理、波的叠加原理、干涉图样形成条件、加强区和减弱区的形成条件。
教学方法：
实验演示，动画教具演示、探究，讨论、分析、归纳。
教学用具：
大水槽，干涉发波水槽；波的形成和传播、水面波干涉和横波叠加三个动画教具。
课时安排：
1课时
教学过程：
一、复习：
我们已经学习了机械波，请问波在传播过程中，每一个质点如何运动呢？
（演示、观察、总结、激活原有知识）
1、质点不随波一起传播；2、质点是依次被带动；被带动的质点总是重复前一个质点的振动，即重复振源的振动，换句话说就是振源的振动在介质中传播。
二、新课学习
（一）波的叠加原理
1、同一介质中两列波传播的特点
问题：
那么两列波在同一介质中传播相遇时和相遇后会出现什么现象呢？
（讨论）
猜想：
（1）象小球碰撞一样会改变各自的运动状态吗？
（2）还是沿各自的方向传播，互不影响的传播呢？
（调动原有认知经验——运动改变和水波传播，产生问题冲突）
我们采用什么办法来研究呢？
实验法。
实验研究：
用两个滴管向水中滴两滴水，引起两列水波，观察两列波的传播，观察到什么现象？
结论：
两列波相遇时保持各自的运动状态，继续传播，互不影响。
可是在重叠区域内，波形发生了变化。
（概括）
2、两列波重叠区特点
问题：
两列波传播到介质中的同一点，这一点的振动又会如何呢？
问题：
是加强？
还是减弱？
还是别的情况？
我们再通过实验观察，大水槽两侧都有振荡器，振荡器在水中的振动能产生水波，两列波水波传播到同一地方，我们观察一下这一地方的振动情况。
（实物媒体直观，观察实验）
总结：
叠加区振动加强或减弱，叠加后各自又独立传播，互不影响。
解释：
由于实际的波不能停下来让我们进行状态分析，我们用多媒体动画模拟进行研究：
多媒体实验：
（教师演示）演示两列脉冲波彼此穿过的过程。
重点演示重叠时，两个脉冲波重叠过程。
利用慢放、暂停、步进、步退等按钮，研究各点位移叠加的关系，感受叠加情景，了解波的叠加原理。
我们使用两个“脉冲波”——波峰与波峰，看看两列波传播的特征——观察
1、是不是相遇时和相遇后两列波还保持各自的运动状态，互不干扰？
——是
2、重叠区是否出现振动加强和减弱呢？
是加强了还是减弱了？
——加强
3、什么样的波相遇会出现振动减弱呢？
——波谷与波谷相遇我们做实验验证一下。
4、振动为什么会加强和减弱呢？
——两列波都引起了这一点的振动。
5、叠加波中质点的位移与原波中质点的位移有什么关系呢？
我们可以选中波上一点，通过背景网格和下端数据来分析位移情况。
——请同学们自己研究
学生研究：
研究连续波在重叠区内各波、各点位移与叠加波位移的关系。
探究波的叠加原理。
学生汇报：
几列波相遇时能够保持各自的运动状态，继续传播，在它们重叠的区域里，介质的质点同时参与这几列波引起的振动，质点的位移等于这几列波单独传播时引起的位移的矢量和。
这就是波的叠加原理。
（二）波的干涉
1、干涉现象
问题：
两列频率相同的波相遇时，在它们的重叠区域里会发生什么现象呢？
实验设计：
要想产生两列频率相同的波，可以用一个电机带动一个振轴带动的两个振子振动，在水槽中产生连续的两列频率相同的水波。
观察指导：
请同学们观察显示屏幕。
实验研究：
看到什么现象？
有什么特点？
（发波水槽、实物媒体直观）
解释：
为了看的更清楚和控制它的运动，我们采用电脑课件模拟。
演示模拟实验：
动态和静态。
同学们仔细观察，它有什么特点？
引导：
感受干涉的情景f1=f2,将鼠标放在电脑屏的某一个位置，观察该点波的情况
观察结论：
该点的振动加强或减弱。
加强和减弱有固定的区域，且加强和减弱区域是相互间隔的。
这种现象叫波的干涉，所形成的图样叫做波的干涉图样。
2、干涉的条件（学生研究）
问题：
（1）改变其中一列波的频率，某点的振动加强和减弱是否有固定区域？
（2）加强区和减弱区的分布规律如何？
（3）加强区中的每一点位移总是最大吗？
研究指导：
1、同学们可以通过拖动滑块改变两列波的频率关系，看是否还能出现稳定的干涉图样；2、在干涉图中通过在叠加区选点，观察点在波传播中的特征，选点时要选波峰与波峰叠加时的点，也要选波峰与波谷叠加时的点，还要选择其它区的点，在波传播的过程中观察特征，觉得点选择不合适在原点处再点击一次可以消除掉已选择的点。
利用软件暂停、选点、播放等功能，以比较不同时刻的加强位置和减弱位置，显示稳定的加强区和减弱区。
实验研究：
改变其中一列波的频率，观察实验现象。
实验现象：
加强区和减弱区不固定，没有稳定的图样。
用相同频率的两个波叠加形成的干涉图样，通过选点研究干涉特征。
结论：
A、干涉条件：
两列波的频率相等。
B、干涉时振动加强区与振动减弱区相互间隔，加强区振幅最大，但每一点的位移不总是最大。
3、振动加强区和减弱区形成的条件
问题：
干涉图样中振动加强区和减弱区形成的条件是什么呢？
指导：
我们可以在叠加区内选点，研究该点距两波源的距离差（即波程差）有何特点。
介绍出现的数据，同学们选点时要在其中一条加强区上选两点和尽可能选择更多的加强区上选点，寻找加强区波和差的特点。
（减弱区同理，还要选既不是加强区也不是减弱区的点研究）
学生研究：
学生运用软件探究干涉图样中加强区和减弱区质点位置与两振源距离差与半波长的关系（利用两列相同的波干涉），自行操作计算机，自己总结出结论。
小组研究：
给课件，给任务书、学生汇报，汇报中教师演示和点评、指导。
为什么波程差是半波长的偶数倍处会出现振动加强呢？
总结：
频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强区域和振动减弱的区域相互隔开，这种现象叫做干涉，所形成的图样叫做干涉图样。
说明：
1、干涉条件：
两列波的频率必须相同。
2、对加强区的某一点来说质点的位移是变化的。
3、两列波的频率不同，相互叠加时水面上各个质点的振幅是随时间而变化的，没有固定的振动总是加强或减弱的区域，因而不能产生稳定的干涉现象，不能形成干涉图样。
4、干涉也是波的特性。
三、效果检测：
1、两列频率相同、振幅也相同的波叠加发生干涉，下列说法中正确的是
A、波峰与波峰相遇处，质点振动加强，波谷与波谷相遇处，质点振动减弱
B、波峰与波峰相遇处，质点总在波峰
C、波峰与波峰相遇处，质点在以后时刻的位移也能出现零的时侯
D、波峰与波谷相逢处的质点的位移总是零
2、（2006年江苏高考题），如图所示是水平面上两列频率相同的波在某时刻的叠加情况，图中实线为波峰，虚线为波谷。
已知两列波的振幅均为2cm，波速为2m/s，波长为8cm，E点是B、D和A、C连线的交点，下列说法中正确的是（）
A．A、C两处两质点是振动加强的点
B．B、D两处两质点在该时刻的竖直高度差是4cm
C．E处质点是振动加强的点
D．经0.02s，B处质点通过的路程是8cm
3、动手题：
找出干涉波的加强和减弱区，并连成线
四、作业
1、本节课的动画放在校园网上同学可以进一步学习。
2、观察两个同频率的音叉干涉时周围的发生情况——声音强弱相间。
五、板书：
一、波的叠加原理
1、两列波相遇后，保持各自运动状态，继续传播。
2、叠加时，质点的位移等于几列波单独引起位移的矢量和。
二、波的干涉
1、干涉的条件：
两列波频率相同
2、加强区与减弱区相互间隔。
3、完全相同的两列波干涉：
工欲善其事，必先利其器--多媒体作为教学工具的应用价值
一篇2007年的旧文，正好是就前面“波的叠加与干涉”一课展开的。
贴在这，也算是个续。
一堂“新鲜”的物理课
北京，高中新课程的脚步越来越近了。
在陈经纶中学举行的一次新课程多媒体教学观摩活动，吸引了大批一线教师，新课程、多媒体…，这些都是大家关注的焦点。
物理课上，挤满了听课的老师。
今天的课是波的叠加与干涉，经典的教学难点。
先是演示实验。
主讲教师准备了一个两米多长的大水槽，里面装满了红色的水，同步推动水槽两端的挡板，水槽中的水动了起来，形成了稳定的高低起伏的水浪。
学生们看得津津有味，“这种现象是怎么形成的呢？
”
接下来，学生们三两个一组，围在笔记本电脑旁，使用“横波的叠加”动态模拟软件研究起来：
选择脉冲波、连续波，调解两列源波的频率、振幅，观察叠加波、源波的运动状态，操控定格、慢放功能，选择质点进行跟踪观测…，老师一边巡视一边指导，不时地提出问题，所有的学生都投入地操作着、热烈地轻声讨论着。
紧接着是学生们分组汇报和小结，“同学们看到了什么？
”，“看到了各种条件下两列源波都保持原有的形态互相穿过”；“叠加波振动的规律是什么？
”，“通过定点跟踪和测量，发现叠加波上任意一点（在某一时刻）的振动位移都是两列源波相同质点的振动位移的（矢量）和”。
“下面，再来定量地研究一下水面波干涉形成的条件”。
新的任务又开始了，学生们通过“水面波的干涉”动态模拟软件继续研究，跟踪加强区、减弱区的质点，对比跟踪任意质点，操控定格、慢放，度量质点与波源的距离，电子表格进行数据记录和分析….
下课了，听课的老师们立刻热烈地讨论了起来，专家的点评更是让老师们频频点头，“演示实验与科学模拟软件的有效结合”、“信息技术手段恰当切入，架起从感性认识到理性分析的桥梁，通过自主探究突破教学难点”、“科学动态模拟软件可以让看不见的看见、看不清的看清，让学生自主探究物理过程的状态，发现规律”…
实验、思考，模拟、探究，讨论、结论…，新课程的探究教学要求在不经意间完成了。
纵观一节课，教师说的少，但说在点子上，通过实验、模拟步步推进；学生动的多，不仅全体参与、而且思维活跃，学习效果也十分明显，因为他们探究中自己“看见”了、“发现”了结论。
主讲教师的话发自肺腑，“没有科学动态模拟软件这种新的教学工具，这样的课是不可想象的”。
迎接新课程，我们准备好了吗
新课程，给教学提出了新的要求，也带来了新的问题。
“面向学生发展、实施素质教育、自主协作探究”，如何让这些理念不停留在口号，而在教学实践中实实在在地落实？
教学内容变了、教学要求变了、教学模式变了，面对着“树立新理念、掌握新内容、实践新模式”的新形势，从哪里突破呢？
解决问题的途径也许不少，但应用新的信息化教学手段，无疑是其中重要且必要的一种。
现代信息技术的发展，为教学创新带来了新的可能，所以《国家基础教育课程改革纲要》明确指出，要“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。
”。
以多媒体和网络技术为代表的现代教育技术，可以为教学内容提供新的载体，为教学模式提供新的平台。
通过课程资源的信息化、教学手段的信息化，让信息化进入教师备课、课堂教学、学生研究性学习、教师专业学习等教学活动环节，从而促进教与学过程的信息化。
在信息化的教学平台上，我们不仅可以探索解决教学难题、改善教学效果、提高教学效率的新途径，更可以不断探索实现“自主、协作、探究”的教学模式。
多媒体如何才能成为有效的教学工具？
--理性审视多媒体的教学价值
信息技术在教学中的应用，多媒体无疑是其中最早的一个，从幻灯投影机、录像机到电脑，从静态画面到动态画面，多媒体在教学中的应用并不新鲜。
然而现代多媒体技术已今非昔比，流媒体、科学动态模拟、三维空间建模、虚拟现实…，我们现在讨论多媒体的教学价值，要在现代教育技术视角下，结合学科教学特点，来认识多媒体的形态特征和认知特点，分析其教学功能。
多媒体从形态上主要有图片、图形、表格、音频、视频和动画，每种类型都有其独特的表现特点和教学应用价值（以下描述主要以科学学科为例）。
图片能够真实地再现客观事物的原貌，可以用来直观呈现具有典型特征的物体、设施、器件、现象、情景、人物、事件等，时间上跨越历史，尺度上跨越宇观、宏观和微观。
图形主要是为表现某些事物关系而绘制的具有示意功能的图线，可以用来直观呈现复杂的系统结构、运动状态及轨迹、相互作用关系、操作过程、变化过程、实验数据曲线等，尺度上从系统到细节，内容上从实物关系到概念关系。
表格主要用于分析、归纳实验数据，比较易混淆概念，梳理知识结构等。
视频则是直观复现事物发生、发展和变化的连续动态画面，现代视频技术通过拍摄和剪辑手段可以达到从全景到特写、从快放到慢镜、从单纯视频画面到整合图文声像的视频节目等多种视觉效果，可以用来直观呈现重要的自然运动或者生命活动的形态、过程、现象、情景，以及重要的科技人物和科技事件等。
不难看出，图片、图形、表格和视频都可以用来呈现一些难以用语言描述清楚的直观知识。
其实我们的教学内容中，有大量客观知识本来就是直观知识，应该以“看”的方式来学习，只是传统教材过于强调文字叙述的严谨而对直观呈现知识重视不够。
现在情况已大为改观，在已出版的各版本新教材中，图片、图表受到了极大的重视，有些内容的编排已经是“以图表为主、文字说明为辅”了（当然观看视频带来的那种身临其境的效果是纸本教材无法实现的）。
但是，新教材要联系生活实际、联系科技进步和社会发展、联系科学史，教材上的图表还不能满足教学的普遍需要，无论从题材、形式还是内容上，教师都需要更广泛的选择才能满足个性化教学的需求。
信息技术给我们提供了这种可能，计算机不仅能够存储和管理大量的多媒体素材，还可以运用多媒体技术把图形、表格制作成可以交互的动态图表，使之更符合课堂教学中引导和组织教学活动的需要；同时，最先进的电子书技术，还能够把教材电子原版、“配套”的多媒体教学素材和备课软件集成在一起成为高效的备课工具，使教师能够像翻阅教材一样查找素材和编制电子讲义。
动画是采用动态模拟技术实现的可交互、可控制的连续动态画面，是最有价值的教学媒体形态，因为它集成了图文声像的优点，又弥补了它们在交互性上的不足。
动画采用模拟的表现手段，从理论上讲几乎无所不能模拟（如果不是有想象力制约和成本制约的话）。
动画的模拟表现手段是多样的，可以是追求形似的简单模拟，比如用来讲解受力分析的“人走路情形”的模拟；可以是追求神似的夸张模拟，比如用来表现化学反应微观机制的“电离反应微观过程”的模拟；可以是追求细节的仿真模拟，比如用来观察变化规律的“细胞有丝分裂过程”的模拟；可以是追求精确的科学模拟，比如用来探究现象背后科学规律的“横波叠加情形”的模拟等。
当然最有价值的当属基于严格的数学模型的科学动态模拟，它是现代多媒体技术和计算技术结合的典范，已经成为现代自然科学和生命科学前沿研究，乃至航空航天、气象、精密制造等领域不可或缺的工具。
在教学应用中，科学动态模拟不仅可以动态呈现其它手段难以描述、难以直接观察的科学现象、科学情景，还原复杂科学问题的动态情境，动态展示重要科学仪器的工作原理等，还可以通过动态展示科学过程和状态，对科学概念、规律进行直观的观察和分析。
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