2008-05-05 | 信息技术与高中物理实验教学的整合实践研究
江苏省海门中学附校 张继斌
摘要: 信息技术与物理实验教学的整合研究是当前教育改革的一个新视点。在新课程标准和理念的指导下，结合教育教学理论对信息技术与高中物理实验教学整合的教学模式进行较为深入的探索，分析了当前实验教学过程的现状以及存在的问题、信息技术与物理实验教学整合实施的切入点等问题，提出了三种典型的信息技术与物理实验教学整合的模式。
关键词:信息技术 物理实验教学 实践研究
21世纪的今天，信息技术的应用已经渗透到社会的每一个层面。在我国，信息技术在教育中的应用已成为当前基础教育改革的突破口，2001年教育部颁发的《国家基础教育课程改革纲要》(试行)中明确提出“大力推进信息技术在教学过程的普遍应用，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”。在新课程标准推出之际，探索在新的教育理念下如何进行高中物理实验教学与信息技术有效整合的实践研究，对当前基础教育改革无疑具有重要的意义。
一、当前信息技术与物理实验教学整合中存在的问题
1. 目前的实验教学中用的“实验课件”主要强调的是实验的“过程再现”及操作步骤，交互性和可维护性都比较差，学生的学习仍然是一个被动接受的过程，如何把信息技术作为学生探究的工具，营造一个良好的学习环境仍是当前面临的一个重要问题。
2. 在整合教学过程中，不管教学效果是否最优化，动辄采用信息技术，在教学中为了使用技术而使用技术的现象非常普遍，甚至连非常简单和明了的物理实验也统统用计算机进行所谓的模拟，而忽略了物理学的研究基础是实验这一重要环节，不是把信息技术作为整个教学中的有机组成部分，信息技术在教学中并没有发挥其应有的作用。
二、两种典型的物理实验教学与信息技术有效整合的实践研究模式
1．“模拟演示”整合教学模式
在传统的物理学课堂教学中,学生学习知识和获得信息主要是通过听讲、看书、实验获得的,而通过这几种途径获得的信息量是非常有限的,利用多媒体教学和计算机网络不但可以增大教学信息容量,同时为我们向学生展示知识的生成过程提供了极大的方便,一方面教师可以选取网络中丰富的资源,利用科学史上著名的实验或事例,经简化、设计形成富有启发性的材料,让学生“追踪”当年科学家的发现思路,模拟科学家的发现过程,领会科学家的思维方法,体验再发现的喜悦。如伽里略对自由落体运动的研究,法拉第在奥斯特“电流磁效应”和安培“安培定律”基础发现“电磁感应”的过程,牛顿定律发现的过程等,都可以利用网络快捷地展示给学生。有许多实验的可见度和可重复性往往很差。利用计算机强大的多媒体功能,可以非常方便地模拟那些不太容易做或不太容易看的实验,且具有可重复、可放大(缩小)、可停留等特点。如每当讲到做曲线运动的物体的速度方向时,教师们常常用旋转的雨伞为例,但一般的观察却很难发现洒出的雨滴是沿切线方向运动的。运用课件,逐步排除干扰因素,凸现需要观察的对象,由生活现象抽象出物理规律。这样,不但教给了学生知识,也教会了他们研究问题的一种方法。如：
(1)视频或动画:从地面上观察旋转雨伞雨滴飞了的现象。“你能发现雨滴飞出的方向吗?”信息的模糊往往可以刺激观察的兴趣。
(2)动画:“能换一个方向观察吗? ”俯视观察雨滴飞出的情况,仍然不能发现雨滴飞出的规律。排除了雨滴在竖直方向运动的干扰,突出了水平方向的运动。
(3)动画:“怎样才能发现飞出雨滴的规律?”盯住某一个雨滴观察,减少观察对象。
(4)动画:俯视,沿线方向加辅助线,可以清楚地观察到在一端不同时刻飞出的雨滴都沿各自的切线方向运动。
(5)动画:俯视,旋转伞柄突然停止,可以看到从端点飞出的雨滴同时沿切线方向运动,落在地面上形成一个圆圈。
(6)动画:从俯视的角度看一个雨滴的运动。这样就完全抽象出了曲线运动的物理模型。
(7)其他的实例(动画或视频):掷铅球,掷铁饼,砂轮磨刀等,回到具体的事实,拓展学生的认知结构。
另一方面,可以模拟那些没法操作或具有危险性的,以及利用网络多媒体能做出更好效果的实验。如粒子散射实验中,有放射源,实验器材不容易获得,并且放射性元素对身体有很大危害。在传统教学中,一般采用挂图或模型来展示,但由于不形象,学生不容易理解。现在教师用现代教育技术模拟微观现象,从多角度、多方位形象地反映微观世界,学生能很好地观察粒子穿过金箔的运动轨迹,对原子物理有了更深的理解、体验。
在此模式中，教师根据教学内容和学习者的特点等制作或选用符合要求的课件或资源，在课堂上利用课件演示教学内容。在这种模式下教师花费的时间和技能相对较少，对硬件以及软件的个性化要求不高。然而这种模式对促进学生的自主学习，改变以教师为中心的教学模式却是无能为力，学生在学习过程中仍处于接受地位，是信息技术用于学科教学的最初表现形式，是整合的最低层次。
2.“问题探究”整合教学模式
高中物理新课程标准明确提出“经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律”，如何在信息技术与物理教学整合中引人探究式教学也是广大物理教育工作者急切关注的问题。为此，我们提出了“问题探究”整合教学模式。在此模式中，利用信息技术创设教学情境，学生在教师的引导下，师生互动，生生互动进行探究性学习，学生在学习过程中处于主动、积极的地位，教师则对整个教学过程进行协调和监督，信息技术在这一模式中的作用是学生学习的信息加工工具、协作交流工具和研发工具，是一种开放式的整合方式。
在传统物理实验室，一方面由于怕发生意外和造成实验仪器的损失，有许多实验室规章制度，对学生诸多限制；另一方面由于实验环境和实验条件的限制，实验结果往往和理化理论不一致，甚至出现相反的数据，这一切无不暴露出了传统实验室的弊端。
让学生在网络环境下进行虚拟实验室操作，以自主模拟实验为基础进行多媒体教学，则可以解决这一难题。如在上传统电学实验课时，通常会告诉学生,电流表的接线柱不能接错、电压表不能超过量程，电池组不能短路。很多实验不允许学生自己操作，这些规定无形中扼杀了学生的创造性思维，而有些学生自主意识很强，常常会进行一些“地下操作”，最终损坏了仪器。然而，须知这些“破坏性”强的学生实际上也是动手能力、创造能力强的学生。在网络环境下，倡导学生自主探讨性实验，既可保护仪器又能培养学生的创新能力，并能把很多传统实验做不到的效果一一再现。如在网络环境下采用“仿真物理实验室”虚拟电学实验室软件（在线版网络软件），实现网络与物理学科教学的整合。学生在网络技术环境进行多媒体实验操作，通过网上人机对话，学生可以一边操作一边在网上畅游，获取新知识，或与其他同学交流。如果学生在网络虚拟实验室遇到问题，就可以通过网络从其他同学那里获取相关信息，进行讨论，让学生自主学习，并自主观察模拟实验，从而掌握学习成果和学习方法。
这种虚拟实验室为学生提供了全方位的开放性的操作环境，使学生在课堂上实现了在虚拟世界的真实体验。信息技术与理化实验教学整合，能够培养学生自主模拟实验、观察实验，并归纳、总结，抽象成所需知识的能力，从而学会学习，使学生主动地获取物理知识，发展能力，并促使他们建立科学的世界观。
参考文献
1、中华人民共和国教育部。基础教育课程改革纲要(试行)。2001.6
2、中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(实验).2003.3
3、方卫华.信息技术与中学理科课程教学的整合。杭州师范学院初等教育学院
4、章剑卫.基于课程整合的新型信息技术课程模式.浙江教学研究.2000.
5、李方.现代教育技术.广东高等教育出版社.
6、阎金铎.物理学习论.广西教育出版社
7、朱铁成.物理教育研究.浙江大学出版社.2002.7
8、余雷.物理的创新思维.贵州民族出版社
9、朱慕菊.走进新课程•与课程实施者对话[M].北京师范大学出版社,2002.
10、张逢，刘元元.多媒体CAI在物理实验教学中的应用.教学仪器与实验,2004.5
11、柴成钢，卢军，罗贤清.组合法在物理实验教学改革中的尝试.物理实验,2004.4
12、何克抗．信息技术与课程整合一深化学科教学改革的根本途径．北京师范大学现代教育技术研究所．2000.10
摘要: 信息技术与物理实验教学的整合研究是当前教育改革的一个新视点。在新课程标准和理念的指导下，结合教育教学理论对信息技术与高中物理实验教学整合的教学模式进行较为深入的探索，分析了当前实验教学过程的现状以及存在的问题、信息技术与物理实验教学整合实施的切入点等问题，提出了三种典型的信息技术与物理实验教学整合的模式。
关键词:信息技术 物理实验教学 实践研究
21世纪的今天，信息技术的应用已经渗透到社会的每一个层面。在我国，信息技术在教育中的应用已成为当前基础教育改革的突破口，2001年教育部颁发的《国家基础教育课程改革纲要》(试行)中明确提出“大力推进信息技术在教学过程的普遍应用，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”。在新课程标准推出之际，探索在新的教育理念下如何进行高中物理实验教学与信息技术有效整合的实践研究，对当前基础教育改革无疑具有重要的意义。
一、当前信息技术与物理实验教学整合中存在的问题
1. 目前的实验教学中用的“实验课件”主要强调的是实验的“过程再现”及操作步骤，交互性和可维护性都比较差，学生的学习仍然是一个被动接受的过程，如何把信息技术作为学生探究的工具，营造一个良好的学习环境仍是当前面临的一个重要问题。
2. 在整合教学过程中，不管教学效果是否最优化，动辄采用信息技术，在教学中为了使用技术而使用技术的现象非常普遍，甚至连非常简单和明了的物理实验也统统用计算机进行所谓的模拟，而忽略了物理学的研究基础是实验这一重要环节，不是把信息技术作为整个教学中的有机组成部分，信息技术在教学中并没有发挥其应有的作用。
二、两种典型的物理实验教学与信息技术有效整合的实践研究模式
1．“模拟演示”整合教学模式
在传统的物理学课堂教学中,学生学习知识和获得信息主要是通过听讲、看书、实验获得的,而通过这几种途径获得的信息量是非常有限的,利用多媒体教学和计算机网络不但可以增大教学信息容量,同时为我们向学生展示知识的生成过程提供了极大的方便,一方面教师可以选取网络中丰富的资源,利用科学史上著名的实验或事例,经简化、设计形成富有启发性的材料,让学生“追踪”当年科学家的发现思路,模拟科学家的发现过程,领会科学家的思维方法,体验再发现的喜悦。如伽里略对自由落体运动的研究,法拉第在奥斯特“电流磁效应”和安培“安培定律”基础发现“电磁感应”的过程,牛顿定律发现的过程等,都可以利用网络快捷地展示给学生。有许多实验的可见度和可重复性往往很差。利用计算机强大的多媒体功能,可以非常方便地模拟那些不太容易做或不太容易看的实验,且具有可重复、可放大(缩小)、可停留等特点。如每当讲到做曲线运动的物体的速度方向时,教师们常常用旋转的雨伞为例,但一般的观察却很难发现洒出的雨滴是沿切线方向运动的。运用课件,逐步排除干扰因素,凸现需要观察的对象,由生活现象抽象出物理规律。这样,不但教给了学生知识,也教会了他们研究问题的一种方法。如：
(1)视频或动画:从地面上观察旋转雨伞雨滴飞了的现象。“你能发现雨滴飞出的方向吗?”信息的模糊往往可以刺激观察的兴趣。
(2)动画:“能换一个方向观察吗? ”俯视观察雨滴飞出的情况,仍然不能发现雨滴飞出的规律。排除了雨滴在竖直方向运动的干扰,突出了水平方向的运动。
(3)动画:“怎样才能发现飞出雨滴的规律?”盯住某一个雨滴观察,减少观察对象。
(4)动画:俯视,沿线方向加辅助线,可以清楚地观察到在一端不同时刻飞出的雨滴都沿各自的切线方向运动。
(5)动画:俯视,旋转伞柄突然停止,可以看到从端点飞出的雨滴同时沿切线方向运动,落在地面上形成一个圆圈。
(6)动画:从俯视的角度看一个雨滴的运动。这样就完全抽象出了曲线运动的物理模型。
(7)其他的实例(动画或视频):掷铅球,掷铁饼,砂轮磨刀等,回到具体的事实,拓展学生的认知结构。
另一方面,可以模拟那些没法操作或具有危险性的,以及利用网络多媒体能做出更好效果的实验。如粒子散射实验中,有放射源,实验器材不容易获得,并且放射性元素对身体有很大危害。在传统教学中,一般采用挂图或模型来展示,但由于不形象,学生不容易理解。现在教师用现代教育技术模拟微观现象,从多角度、多方位形象地反映微观世界,学生能很好地观察粒子穿过金箔的运动轨迹,对原子物理有了更深的理解、体验。
在此模式中，教师根据教学内容和学习者的特点等制作或选用符合要求的课件或资源，在课堂上利用课件演示教学内容。在这种模式下教师花费的时间和技能相对较少，对硬件以及软件的个性化要求不高。然而这种模式对促进学生的自主学习，改变以教师为中心的教学模式却是无能为力，学生在学习过程中仍处于接受地位，是信息技术用于学科教学的最初表现形式，是整合的最低层次。
2.“问题探究”整合教学模式
高中物理新课程标准明确提出“经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律”，如何在信息技术与物理教学整合中引人探究式教学也是广大物理教育工作者急切关注的问题。为此，我们提出了“问题探究”整合教学模式。在此模式中，利用信息技术创设教学情境，学生在教师的引导下，师生互动，生生互动进行探究性学习，学生在学习过程中处于主动、积极的地位，教师则对整个教学过程进行协调和监督，信息技术在这一模式中的作用是学生学习的信息加工工具、协作交流工具和研发工具，是一种开放式的整合方式。
在传统物理实验室，一方面由于怕发生意外和造成实验仪器的损失，有许多实验室规章制度，对学生诸多限制；另一方面由于实验环境和实验条件的限制，实验结果往往和理化理论不一致，甚至出现相反的数据，这一切无不暴露出了传统实验室的弊端。
让学生在网络环境下进行虚拟实验室操作，以自主模拟实验为基础进行多媒体教学，则可以解决这一难题。如在上传统电学实验课时，通常会告诉学生,电流表的接线柱不能接错、电压表不能超过量程，电池组不能短路。很多实验不允许学生自己操作，这些规定无形中扼杀了学生的创造性思维，而有些学生自主意识很强，常常会进行一些“地下操作”，最终损坏了仪器。然而，须知这些“破坏性”强的学生实际上也是动手能力、创造能力强的学生。在网络环境下，倡导学生自主探讨性实验，既可保护仪器又能培养学生的创新能力，并能把很多传统实验做不到的效果一一再现。如在网络环境下采用“仿真物理实验室”虚拟电学实验室软件（在线版网络软件），实现网络与物理学科教学的整合。学生在网络技术环境进行多媒体实验操作，通过网上人机对话，学生可以一边操作一边在网上畅游，获取新知识，或与其他同学交流。如果学生在网络虚拟实验室遇到问题，就可以通过网络从其他同学那里获取相关信息，进行讨论，让学生自主学习，并自主观察模拟实验，从而掌握学习成果和学习方法。
这种虚拟实验室为学生提供了全方位的开放性的操作环境，使学生在课堂上实现了在虚拟世界的真实体验。信息技术与理化实验教学整合，能够培养学生自主模拟实验、观察实验，并归纳、总结，抽象成所需知识的能力，从而学会学习，使学生主动地获取物理知识，发展能力，并促使他们建立科学的世界观。
参考文献
1、中华人民共和国教育部。基础教育课程改革纲要(试行)。2001.6
2、中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(实验).2003.3
3、方卫华.信息技术与中学理科课程教学的整合。杭州师范学院初等教育学院
4、章剑卫.基于课程整合的新型信息技术课程模式.浙江教学研究.2000.
5、李方.现代教育技术.广东高等教育出版社.
6、阎金铎.物理学习论.广西教育出版社
7、朱铁成.物理教育研究.浙江大学出版社.2002.7
8、余雷.物理的创新思维.贵州民族出版社
9、朱慕菊.走进新课程•与课程实施者对话[M].北京师范大学出版社,2002.
10、张逢，刘元元.多媒体CAI在物理实验教学中的应用.教学仪器与实验,2004.5
11、柴成钢，卢军，罗贤清.组合法在物理实验教学改革中的尝试.物理实验,2004.4
12、何克抗．信息技术与课程整合一深化学科教学改革的根本途径．北京师范大学现代教育技术研究所．2000.10
评论