论CAI中电场变化的模拟描述
随着计算机辅助教学（CAI）的日益广泛应用，使传统的教学模式发生了巨大变化，同时也使知识的传授方法更趋多样化。在物理教学中,将CAI应用于电磁学、分子运动学等抽象知识的教学时，可以通过CAI课件的模拟演示，将微观抽象的东西生动、形象地展现出来，从而变无形于有形，使学生较为容易理解知识，进而突破难点。有关电磁学的教学，经常涉及到电场的变化，那么，在CAI中怎样模拟描述电场的变化呢？下面浅谈笔者之见：
一、电场的形象化描述
为了形象的描述电场，人们引入了电场线。用电场线描述电场时，电场的疏密可以表示电场强度的大小，即电场线密处电场强度大，电场线疏处电场强度小。在讲解电场线时，我们应向学生澄清以下问题：
1.电场线是为了使电场形象化而假想的线，它是描述电场的重要辅助手段，并非真实存在的线。
2.任何两条电场线之间的地方也存在电场，也有电场线。电荷周围任何一点都有电场，都可以画出电场线来，但我们通常只画几根能反映其基本特点的电场线就行了。
3.不同的电场，场强的分布不同，它们的电场线的形状也不同。
4.用电场线表示某一电场时，电场线的疏密可以表示电场强度的大小，即电场线密处电场强度大，电场线的疏处电场强度小。这是对同一电场而言的，它表示同一电场中电场强度在空间（不同位置）的分布特点，可以从电场线的疏密变化中反映出来。由于画电场线只画几根代表线，因而，对于不同的电场，通常不以电场线的疏密来比较和判断它们的场强大小。
二、CAI中，电场变化的模拟描述方法
当电场（随时间）发生变化时，怎样描述其电场强度随时间的变化呢？常见的方法有两种：
1.通过电场线的增减（密度改变）来模拟描述电场随时间的变化。
2.通过电场线的粗细改变来模拟描述电场随时间的变化。
三、论用电场线的增减模拟描述电场的变化㈠成因:
用电场线的增减（密度改变）来模拟描述电场随时间的变化，是基于“电场线表示某一电场时，电场线的疏密可以表示电场强度的大小，即电场线密处电场强度大，电场线的疏处电场强度小，”这一方法为基础，从而形成了在CAI中用增加电场线（密度增大）来表示电场强度增大，用减少电场线（密度减小）来表示电场强度减小。也就是：既用电场线的疏密来描述电场在空间（不同位置）的强弱分布，也用电场线的疏密改变来描述电场（随时间）的强弱变化。
㈡两种具体的实现方式及其比较：
1.用电场线的密度倍增和倍减分别表示电场强度的增大与减小。例如:模拟一匀强电场的逐渐减弱（见图1），甲图中减少标有“4”的电场线后，密度减小一倍变为乙图，乙图中减少标有“3”的电场线后，密度减小一倍变为丙图.....通过计算机依次将乙图替代甲图，丙图替代乙图,
丁图替代丙图......从而就出现电场线逐渐减少的视觉效果。反之，依次用电场线多的替代电场线少的，则出现电场线逐渐增多的视觉效果。
采用这种方式的好处是：替代图中的电场线与被替代图中不消除的（或原有的）电场线能完全重合，因此不消除的（或原有的）电场线将出现静止不动的视觉效果，与增减（动）的电场线形成鲜明的对比，从而产生生动的增减效果。
采用这种方式的不足之处是：电场线的根数变化较大（基本上是倍增或倍减），往往会形成“突变”的感觉。而描述电场随时间的变化通常是要让学生观察电场“渐变”的过程和引起这一变化的相关因素。
2.用电场线的密度逐渐增大和减小分别表示电场强度的增大与减小,即让电场线每次增减的根数少一些，从而避免产生“突变”的视觉效果,以克服第一种方式的不足。
但用这种方式却又产生一个新的不足之处：由于电场线的密度（电场线间的距离）不是倍增或倍减，因而替代图中的电场线与被替代图中不消除的（或原有的）电场线不能实现重合。见图2，乙中的电场线不能与甲中任何一组电场线重合，丙中的电场线也不能与乙中任何一组电场线重合......因此在演示过程中，出现明显的晃动感,形成“原有电场线消失后，新的电场线产生”（替换）的视觉效果，而增减的视觉效果则不理想。
甲乙丙丁
图2
㈢用电场线的增减模拟描述电场的变化之不足:
用电场线的增减模拟描述电场的变化，两种具体的实现方式有以下共同的不足之处：
1.在模拟描述电场逐渐减弱时，为了保证有一个“较长”的变化过程让学生观察，则开始的电场线根数要很多，（模拟描述电场逐渐增强时，则最后的电场线根数要很多。）而太多的电场线又有碍于学生观察引起电场变化的相关因素。例如:在静电感应现象的模拟中，电场变化的相关因素是感应电荷的定向移动，即变化的电场中还有模拟的电荷在做定向移动，若太多的电场线，则势必影响学生观察引起电场变化的这一相关因素，从而不能达到CAI的模拟演示目的。
2.通过电场线的增减（密度改变）来模拟描述电场随时间的变化，将会出现“一些地方在电场强度增大后才有电场线，有的地方的电场线由于电场强度的减小而消失”的情形，容易使学生产生：“电场中有的地方没有电场线”的错觉，从而对学生理解“任何两条电场线之间的地方也存在电场，也有电场线，电场中任何一点都有电场，都可以画出电场线来。”造成障碍，形成误导。
3.容易使学生错误理解“用电场线表示某一电场时，电场线的疏密可以表示电场强度的大小，即电场线密处电场强度大，电场线的疏处电场强度小。”这句话的适用条件，造成学生将“用电场线的疏密描述电场强度的大小”延伸到两个电场（变化前后的电场）的比较，使学生错误地认为：两个电场的强弱之分是通过它们电场线的疏密来判断，从而使定性问题复杂化。
4.容易使学生把“电场在空间的强弱分布”与“电场（随时间）的强弱变化”混为一谈。
四、论用电场线的粗细改变模拟描述电场的变化
在CAI中，通过电场线的粗细改变来模拟描述电场强度随时间发生的改变，主要用于电场的强弱发生改变时，电场线的基本形状保持不变的情形，而中师、中专、高中物理学中所涉及到的电场变化基本上是这种情形。用电场线的粗细改变来模拟描述电场的这种变化，表现出以下优势：
1.电场线的粗细变化能生动模拟电场强度随时间的“渐变”过程，因为在CAI中，电场线的粗细逐渐改变是很容易实现的。
2.由于这种方法所用的电场线较少(见图3)，从而使画面中有大量的剩余空间，能方便的展现引起电场变化的相关因素之改变，使学生清楚地观察到它们之间的联系,最终实现CAI的辅助教学目的。
3.学生较容易理解电场发生变化的前后，是两个不同的电场，我们通常不以电场线的疏密来区别两个场强不同的电场，用什么来区别呢，顺理成章，用电场线的粗细来区别两个具有相同形状的电场线、而场强不同的电场。
4.它能促进学生进一步领会：无论电场强弱如何变化，电场中任何一点都有电场，任何一点都可画出电场线来，只是不同的电场，其场强大小不尽相同而以。
5.在电场改变的过程中，每一时刻(瞬间)的电场，在空间的强弱分布仍然遵循“电场线密处电场强度大，电场线的疏处电场强度小”的规律。在电场改变的过程中，电场线粗的时刻表示电场强度大，电场线细的时刻表示电场强度小。前者是用电场线的疏密描述（某时刻或静止时的）电场在空间（不同位置）的强弱分布，后者是用电场线的粗细改变描述（某空间位置的）电场随时间的强弱变化，学生能够理解两者的不同，不会对原有知识的理解产生障碍。
6.“用电场线的疏密描述（某时刻或静止）电场在空间(不同位置)的强弱分布”与“用电场线的粗细描述（某空间位置的）电场随时间的强弱变化”并不矛盾，它们描述的是两个不同的物理内涵。
综上所述，在CAI中，用电场线的粗细改变模拟描述电场的变化，优于用电场线的增减模拟描述电场的变化。
