- 相關(guān)推薦
淺議CAI中電場變化的模擬描述
計算機輔助教學(xué)(Computer Aided Instruction ，簡稱CAI)是在計算機輔助下進(jìn)行的各種教學(xué)活動，以對話方式與學(xué)生討論教學(xué)內(nèi)容、安排教學(xué)進(jìn)程、進(jìn)行教學(xué)訓(xùn)練的方法與技術(shù)。CAI為學(xué)生提供一個良好的個人化學(xué)習(xí)環(huán)境。綜合應(yīng)用多媒體、超文本、人工智能和知識庫等計算機技術(shù)，克服了傳統(tǒng)教學(xué)方式上單一、片面的缺點。它的使用能有效地縮短學(xué)習(xí)時間、提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，實現(xiàn)最優(yōu)化的教學(xué)目標(biāo)。
摘要：電磁場課程計算機輔助教學(xué)(CAI)軟件是現(xiàn)代化教學(xué)手段的主要標(biāo)志之一，以形象模擬和演示，能將電場的變化生動形象的展現(xiàn)出來，變抽象為直觀，變無形為有形，使學(xué)生較為容易地理解知識，從而突破教學(xué)難點，本文論述了CAI中如何模擬描述電場的變化。
關(guān)鍵詞：CAI 模擬描述 電場變化
一、電場的形象化描述
為了形象的描述電場，人們引入了電場線。用電場線描述電場時，電場的疏密可以表示電場強度的大小，即電場線密處電場強度大，電場線疏處電場強度小。在講解電場線時，我們應(yīng)向?qū)W生澄清以下問題：
1、電場線是為了使電場形象化而假想的線，它是描述電場的重要輔助手段，并非真實存在的線。
2、任何兩條電場線之間的地方也存在電場，也有電場線。電荷周圍任何一點都有電場，都可以畫出電場線來，但我們通常只畫幾根能反映其基本特點的電場線就行了。
3、不同的電場，場強的分布不同，它們的電場線的形狀也不同。
4、用電場線表示某一電場時，電場線的疏密可以表示電場強度的大小，即電場線密處電場強度大，電場線的疏處電場強度小。
二、CAI中，電場變化的模擬描述方法
1、通過電場線的增減(密度改變)來模擬描述電場隨時間的變化;其二，通過電場線的粗細(xì)改變來模擬描述電場隨時間的變化。
三、用電場線的增減模擬描述電場的變化
1、成因
用電場線的增減(密度改變)來模擬描述電場隨時間的變化，是基于“電場線表示某一電場時，電場線的疏密可以表示電場強度的大小，即電場線密處電場強度大，電場線的疏處電場強度小，”這一方法為基礎(chǔ)，從而形成了在CAI中用增加電場線(密度增大)來表示電場強度增大，用減少電場線(密度減小)來表示電場強度減小。也就是：既用電場線的疏密來描述電場在空間(不同位置)的強弱分布，也用電場線的疏密改變來描述電場(隨時間)的強弱變化。
2、兩種具體的實現(xiàn)方式及其比較
2.1用電場線的密度倍增和倍減分別表示電場強度的增大與減小。例如：模擬一勻強電場的逐漸減弱(見圖1)，甲圖中減少標(biāo)有“4”的電場線后，密度減小一倍變?yōu)橐覉D，乙圖中減少標(biāo)有“3”的電場線后，密度減小一倍變?yōu)楸麍D.....通過計算機依次將乙圖替代甲圖，丙圖替代乙圖，
甲 乙 丙 丁
圖1
丁圖替代丙圖......從而就出現(xiàn)電場線逐漸減少的視覺效果。反之，依次用電場線多的替代電場線少的，則出現(xiàn)電場線逐漸增多的視覺效果。
采用這種方式的好處是：替代圖中的電場線與被替代圖中不消除的(或原有的)電場線能完全重合，因此不消除的(或原有的)電場線將出現(xiàn)靜止不動的視覺效果，與增減(動)的電場線形成鮮明的對比，從而產(chǎn)生生動的增減效果。
采用這種方式的不足之處是：電場線的根數(shù)變化較大(基本上是倍增或倍減)，往往會形成“突變”的感覺。
2.2用電場線的密度逐漸增大和減小分別表示電場強度的增大與減小，即讓電場線每次增減的根數(shù)少一些，從而避免產(chǎn)生“突變”的視覺效果，以克服第一種方式的不足。
但用這種方式卻又產(chǎn)生一個新的不足之處：由于電場線的密度(電場線間的距離)不是倍增或倍減，因而替代圖中的電場線與被替代圖中不消除的(或原有的)電場線不能實現(xiàn)重合。見圖2，乙中的電場線不能與甲中任何一組電場線重合，丙中的電場線也不能與乙中任何一組電場線重合......因此在演示過程中，出現(xiàn)明顯的晃動感， 形成“原有電場線消失后，新的電場線產(chǎn)生”(替換)的視覺效果，而增減的視覺效果則不理想。
甲 乙 丙 丁
圖2
3、用電場線的增減模擬描述電場的變化之不足
用電場線的增減模擬描述電場的變化，兩種具體的實現(xiàn)方式有以下共同的不足之處：
3.1在模擬描述電場逐漸減弱時，為了保證有一個“較長”的變化過程讓學(xué)生觀察，則開始的電場線根數(shù)要很多，(模擬描述電場逐漸增強時，則最后的電場線根數(shù)要很多。)而太多的電場線又有礙于學(xué)生觀察引起電場變化的相關(guān)因素。
3.2通過電場線的增減(密度改變)來模擬描述電場隨時間的變化，將會出現(xiàn)“一些地方在電場強度增大后才有電場線，有的地方的電場線由于電場強度的減小而消失”的情形，容易使學(xué)生產(chǎn)生：“電場中有的地方?jīng)]有電場線”的錯覺，從而對學(xué)生理解“任何兩條電場線之間的地方也存在電場，也有電場線，電場中任何一點都有電場，都可以畫出電場線來。”造成障礙，形成誤導(dǎo)。
3.3容易使學(xué)生錯誤理解“用電場線表示某一電場時，電場線的疏密可以表示電場強度的大小，即電場線密處電場強度大，電場線的疏處電場強度小。”這句話的適用條件，造成學(xué)生將“用電場線的疏密描述電場強度的大小”延伸到兩個電場(變化前后的電場)的比較，使學(xué)生錯誤地認(rèn)為：兩個電場的強弱之分是通過它們電場線的疏密來判斷，從而使定性問題復(fù)雜化。
3.4容易使學(xué)生把“電場在空間的強弱分布”與“電場(隨時間)的強弱變化”混為一談。
四、論用電場線的粗細(xì)改變模擬描述電場的變化
在CAI中，通過電場線的粗細(xì)改變來模擬描述電場強度隨時間發(fā)生的改變，主要用于電場的強弱發(fā)生改變時，電場線的基本形狀保持不變的情形，而中師、中專、高中物理學(xué)中所涉及到的電場變化基本上是這種情形。用電場線的粗細(xì)改變來模擬描述電場的這種變化，表現(xiàn)出以下優(yōu)勢：
1、電場線的粗細(xì)變化能生動模擬電場強度隨時間的“漸變”過程，因為在CAI中，電場線的粗細(xì)逐漸改變是很容易實現(xiàn)的。
2、由于這種方法所用的電場線較少(見圖3)，從而使畫面中有大量的剩余空間，能方便的展現(xiàn)引起電場變化的相關(guān)因素之改變，使學(xué)生清楚地觀察到它們之間的聯(lián)系， 最終實現(xiàn)CAI的輔助教學(xué)目的。
甲 乙 丙 丁
圖3
綜上所述，在CAI中，用電場線的粗細(xì)改變模擬描述電場的變化，優(yōu)于用電場線的增減模擬描述電場的變化。
【淺議CAI中電場變化的模擬描述】相關(guān)文章：
淺議民法中的乘人之危03-07
CAI課件在英語教學(xué)中的妙用03-16
淺議語文教學(xué)中的創(chuàng)新與反思03-28
淺議防水板在隧道施工中的應(yīng)用03-02
淺議易安詞中的梅花意象11-15
淺議廣告藝術(shù)中繪畫藝術(shù)的表現(xiàn)11-13