大学物理

信息技术环境下的物理探究实验教学

臧己相

本文着重探究信息技术与物理实验教学整合的策略.强调了物理实验教学在中学物理教学中的重要性,即为物理教学提供了教学内容和教学手段.在明确了物理实验教学的重要性后讲述了信息技术以及信息技术与学科课程整合的基本内涵.

通过分析整理一些关于研究信息技术与物理实验教学整合的理论文献和调查资料,再结合平时的工作实际,总结了一些在信息技术与物理实验教学整合过程中的问题.主要集中在曲解信息技术与学科整合的意义,将整合过程停留在用信息技术化实验教学替代传统实验教学,用多媒体展示替代学生亲身体验,用CAI软件代替教师授课等模式上.造成这种现象的原因主要是因为教师在认识到信息技术对物理实验教学具有重要影响的同时,忽略了信息技术本身是为教学服务的,是必须符合一定的教育原理的.信息技术的使用要和先进的课程理念和先进的教学方法相结合,才能体现信息技术在教学中的作用.

在论文的最后,提出了中学物理实验教学和信息技术整合的策略.要发挥信息技术的优势,向学生展示实验的具体过程并放大实验细节,利用信息技术创设良好的自主学习环境,利用信息技术帮助学生进行探究式学习.为了更好的说明整合的方法,附一则案例.通过对不同实验手段的分析,教师帮助学生形成自由落体的概念,同时培养了学生的能力.

物理实验教学的重要性

1.物理实验为高中物理教学提供了丰富的教学内容

物理学是一门以实验为基础的学科,许多重要的物理定律都是在实验的基础上总结出来的,物理科学实验是物理学学科结构中的重要成分.所以物理学的许多知识,比如概念,物理量,定律,定理都是通过物理实验得出的结论,与一定的数学推导结合进行定义和描述的,其中最为着名的就是牛顿三大定律.在对这些物理知识进行教学的时候,教师必须同时讲授和物理知识相对应的物理科学实验.

其次许多物理现象,事实是在一定的条件下才会展示出来的.教师为了让学生能够充分的对这些物理现象进行体验就必须在课堂教学中通过演示实验向学生展示实验事实,或者通过学生实验由学生在自主学习中进行体验.

因此可以认为正是物理学科丰富的科学实验内容为高中物理课堂教学提供了形式生动的教学内容.物理科学实验是可以进行深入挖掘的教学资源库.

2.物理实验是物理教学的重要手段

任何教学内容都需要通过适当的教学手段才能有效的传授给被教育者,而且教学手段应该很好的帮助学习者进行知识的建构和内化.物理实验本身具有直观具体,形象生动的特点.物理实验教学不仅仅是一个简单的操作过程,从发现问题开始还要经历推理猜测,设计实验方案,确定实验仪器,动手实验,记录实验数据,实验数据处理,数据结果分析,形成实验结论等多个阶段.这些阶段可以从具体到抽象,从简单到复杂,从局部到全部循序渐进以适合学生的身心特点,符合学生的认知规律,帮助学生学习知识,培养能力.

物理科学本身的研究是很难离开实验的探究和验证.实验物理学家在众多的物理实验现象中找寻规律以及发现新的事物和现象,理论物理学家的理论推导需要可重复的物理实验进行验证和修正.为了研究基本粒子的物理规律,全球物理研究所不惜重金在欧洲建立大型强子对撞机就是很好的证明.学生在教师的指导下自主的完成实验可以看看做是一次小型的科学探究过程.目前探究是学习方式的优越性已经得到了广泛的认同,但是其具体的教学内容选择和教学过程的设置依然是个需要深入探究的问题.物理实验教学在很大程度上对这一问题的解决提供了重要的手段.

例如在研究匀加速直线运动的规律时,学生可以通过打点计时器进行实验,对织带上的数据点进行分析,得出规律.在大量的教学实践中教师通过实验手段,能取得比单纯讲授式教学更很好的教学效果,对物理课堂教学来说课堂实验是必不可少的重要手段.

信息技术与高中物理实验教学的整合

信息技术及信息技术与课程整合的定义

"信息技术",简而言之就是指应用信息科学的原理和方法处理信息的技术,主要包括传感技术,通讯技术和计算机技术,是在信息获取,传递,加工,存储过程中所运用的技术总和.本文所适用的"信息技术"主要是指以计算机技术,多媒体和网络技术为基础的数字化信息技术.

信息技术与课程整合的定义有许多专家学者给出了不同的定义,这里引用两位专家的观点:

祝智庭(华东师范大学教育科学学院教授)教授的观点作为理论依据:信息技术与课程整合是指把技术以工具的形式与课程融合,以促进对某一知识领域或多学科领域的学习.技术使学生能够以前所未有的方法进行学习.只有当学生能够选择工具帮助自己及时地获取信息,分析与综合信息并娴熟地表达出来时,技术整合于课程才是有效的.技术应该象其他所有可能获得的课堂教具一样成为课堂的内在组成部分.

何克抗(北京师范大学现代教育技术研究所教授)所谓信息技术与学科课程的整合,就是通过将信息技术有效地融合于各学科的教学过程来营造一种新型教学环境,实现一种既能发挥教师主导作用又能充分体现学生主体地位的以"自主,探究,合作"为特征的教与学方式,从而把学生的主动性,积极性,创造性较充分地发挥出来,使传统的以教师为中心的课堂教学结构发生根本性变革.

2.教师使用信息技术进行物理实验教学过程中存在的问题

(1)用物理实验课件替代物理实验

在实际的物理教学过程中,有的老师喜欢用多媒体课件替代物理实验.对于教材要求的演示实验,通过拍摄,下载实验录像向学生进行展示,替代了教师在课堂上的真实操作和学生的现场观摩体验.对于学生实验,教师讲解实验仪器和实验过程时,利用静态的图片予以展示,甚至实验操作和实验结果的得出也使用专门的模拟实验软件进行课堂实验教学.其中最有代表性的是"仿真物理实验室".

这种现象的造成主要是因为教师对信息技术与高中物理课程整合的理念理解有偏差.具体可以使用南京师范大学的陈杰的研究数据:

我们可以发现有57%的教师基本认同整合就是计算机辅助教学的另一种提法,67%的教师认为整合是用计算机来进行模拟演示,可以帮助教师更好地讲解教学内容,只有52%的教师认为整合是利用信息技术可以支持学生的学习,为学生提供了一种新的学习方式.

物理实验教学原本可以培养学生对现象的观察能力,对问题的发现意识,对行动方案的设计技巧,对实验的动手操作能力,以及对实验结果的分析判断能力.同时可以提高学生学习物理的兴趣性和积极性,帮助养成实事求是,坚忍不拔的科学态度.二期课改的教学理念中对学生在学习过程中情感,态度和价值观的教学目标与知识和技能的教学目标提出了同等的教学要求.如果用多媒体课件模拟展示物理现象,甚至用专业模拟软件代替实际的物理实验,就使学生仅仅学习了知识本身,对于技能和情感,态度的培养则严重缺失.由 于实验现象和结果都是教师通过各种媒体的虚拟展示,缺乏必要真实感,缺乏可信性,可能使学生在记忆物理实验内容时出现较高的遗忘率.学生对物理科学的探究过程没有感性认识,会误以为科学探究是件稀松平常的事情,创新能力的培养更是无从谈起.

(2)利用信息技术进行"技术型"教学

随着物理教师的信息技术能力普遍提高,在信息技术与物理实验教学整合的过程中存在一种技术堆砌的倾向.这种倾向的特点是,教师没有从课程的需要出发,不管教学效果是否最优化,盲目的地采用各种信息技术.比如数字化实验被二期课改引入到教材中,数字化实验被安排进学生实验,学生可以接触到许多数字化传感器,使用数字实验工具进行实验成了先进教育模式的代表.我们可以从河北师范大学物理科学与信息工程学院王平军的论文《信息技术在物理实验中的应用》中发现信息技术的应用取代了几乎所用传统的实验方法和实验结果处理.

在80年代后期,人们已开始认识到教学理论对CAI课件开发对传统课堂教学的影响,CAI课程开发的确是一种行之有效的教学模式.随着计算机技术的飞速发展和日益普及,计算机在学校的教学活动中发挥着越来越大的作用.尤其是近年来迅速发展起来的计算机多媒体技术及网络技术为计算机在教育教学上的广泛应用注入了新的活力,使得传统教育手段面临着一场革命,在人们崇尚信息的21世纪,CAI多媒体教学作为现代科技成果已悄然走进了教学领域.CAI课件因其交互性,多媒体集成性,大容量信息储存等优点在物理教学中日益受到重视,它使信息的表现更丰富,更直观,更灵活,已成为物理现代教学的一个重要手段,为中学物理变革提供了前所未有的机遇,形成了现代化的新型教育方式——计算机辅助教学(简称CAI),是以计算机为主要媒介所进行的教学活动,利用计算机向学生提供学习所需的各种资料和信息,并帮助学生巩固和检查所学的知识.如何利用计算机技术对传统的物理教学方式和手段进行改革,使物理教学活动达到最佳效果,成为当今从事物理教学的教育工作者所面临的新课题.充分利用CAI创设想象的情境,提供想象的素材,诱发学生的创造性想象,培养学生的观察能力,用多媒体CAI来加强物理课程与日常生活,技术应用及其它学科的联系,"从物理走向社会".(CAI课件在初中物理教学中的辅助教学作用与实践研究作者:杨柏栋)

但是现在流行的教学软件,强调用流程式的多媒体教学课件向学生进行知识的灌输.比较忽视学生的学习感受.全部的教学设计是围绕如何将知识点进行细分,将各种练习题进行分层次归类,按照一定的步骤要求学生完成.这样的教学课件几乎不需要教师的实时参与,学生参与教学活动的内容主要是识记和完成练习题.教学中的大部分时间,学生仅仅处于被动接受知识的状态,学生学习的兴趣和学习的主动性培养几乎为零.

原本丰富的教学活动被信息技术简单地替代了.CAI软件的特点使教学节奏加快,增加了学生学习的负担.

三、怎样进行信息技术与物理实验教学的整合

1.发挥信息技术的媒体优势为探究提供素材

充分计算机多媒体技术可以将瞬时性的学生很难观察清楚的实验过程进行动态再现,可以随时定格讲解,可以分段演示,使学生便于观察.例如,研究的运动匀速直线运动,竖直上抛运动和运动的合成和分解的知识研究复杂运动的过程,是,学生观察教师讲解可以演示实验[1]杨柏栋.CAI课件在初中物理教学中的辅助教学作用与实践研究[D].东北师范大学

[2]舒信隆.DIS实验在中学物理实验教学中的实践研究[D].华东师范大学

[3]魏慧军.基于DIS的上海二期课改高中物理实验教学现状调查和分析[D]上海师范大学

[4]谢林.网络环境下中学物理"探究----讨论"课堂教学模式的研究[D].辽宁师范大学

[5]颜士刚穆桂斌.例谈信息技术支持下的中学物理科学方法教学[J].新课程研究,62-67

[6]仲春雷,邹霞.信息技术课程中如何变"学"为"用"[J].中国电化教育2007.7:88-90

[7]王平军,栗萍.信息技术在物理实验中的应用[J].实验室科学,2006.6(3):118-119

[8]RodneyT.Ogawa.TheSubstantiveandSymbolicConsequencesofaDistrict'sStandards-BasedCurriculum[J].UniversityofCalifornia,AmericanEducational.ResearchJournal

Spring2003,Vol.40,No.1,pp.147–176