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信息技术与物理教学  

2011-09-23 22:20:52|  分类: 物理教学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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王颖(北京市东城区教育研修学院、高级教师)

一、信息技术与物理教学整合的意义

(一)课程整合的内涵

信息技术与课程整合是指在现代教育理念下,在课程教学过程中把信息知识,人力资源和课程内容有机结合,创建理想的教与学的环境,共同有效地完成课程教学任务,并培养学生终身学习能力的一种新型的教学模式。它是以建构主义学习理论为基础。建构主义强调学习者掌握知识的途径是通过与他人交互作用实现的。这就要求教师在教学过程中采用全新的教学方式从事教学,在物理教学过程中尽力体现“立足基本操作,渗透基础知识,注重任务驱动,以学生为中心”,以实现基础教育课程标准提出的人才培养目标。

信息技术与物理教学课程整合的本质是在先进的教育思想、教学理念指导下,把以计算机及互联网为核心的信息技术作为促进学生自主学习的认知工具、情感激励工具和丰富教学环境的创设工具,并将这些工具全面地融合到物理学科的教学过程中,使各种教学资源、教学要素和教学环节,经过整理、组合,实现在整体优化的基础上产生综合效应。

1.更新教育理念

21世纪是一个信息的时代,知识经济的挑战和信息化社会的到来,对人才的智能结构和培养模式提出新要求。教育也不只是一个简单的传播知识的过程,而是开发智力培养能力的过程。以多媒体计算机技术和网络技术为核心的信息技术越来越广泛地渗透到社会的各个领域,成为拓展人类能力的创造性工具,教育要跟上时代发展的潮流,必须加强信息技术与课程的整合,而课堂教学的整合是核心。

新的初中物理课程标准理念是:

(1)注重全体学生的发展,改变学科本位的观念;

(2)从生活走向物理,从物理走向社会;

(3)注重科学探究,提倡学习方式多样化;

(4)注意学科渗透,关心科技发展;

(5)建立新的评价体系。

学会认知、

学会做事、

学会合作、

学会生存。

------现代教育的四大支柱

通过整合要让教师转变传统的教育理念,在物理学科教学中有效地学习和使用信息技术,促进教学内容展示方式、学生学习方式、教师教学方式和师生互动方式的变革,为学生的多样化学习创造环境,使信息技术真正成为学生认知、探究和解决问题的工具物理学作为一门基础的自然科学,必须在思想观念、教学内容、教学手段和教学方法等方面进行变革,而信息技术给教学注入了新的活力。将信息技术融入物理课程,从教学规律和目标出发,恰当合理地应用网络教育技术重组教学内容,探索网络环境下的物理教学设计,使网络环境和资源走进物理学科教学。

2.促进课程改革

信息技术与物理教学的有效整合要以信息技术为载体,以系统论和教育技术理论为指导,根据学科教学规律而进行的物理学科教学变革。对促进课程改革有着重大的影响和深刻的意义。

《新课程标准的培养目标》:

保持对自然界的好奇,发展对科学探索的兴趣,在了解和认识自然的过程中有满足感及兴奋感;

学习一定的物理基础知识,养成良好的思维习惯,在解决问题或作决定时能尝试运用科学原理和科学研究方法;经历基本的科学探究过程,具有初步的科学探究能力,乐于参与和科学技术有关的社会活动,在实践中有依靠自己的科学素养提高工作效率的意识;

具有创新意识,能独立思考,勇于有根据地怀疑,养成尊重事实、大胆想象的科学态度和科学精神;

关心科学发展的前沿,具有可持续发展的意识,树立正确的科学观,有振兴中华、将科学服务于人类的使命感与责任感。

3.转变教学方式

方式是“说话做事的方法和形式”。教学方式是指导教学行为的方法和形式,指依据课程标准所采取的教学方法和教学组织形式。“是教师为帮助学生学习,达到教学目标所采用的教学形式、步骤和技术”。“教学组织形式是教学活动中教师与学生之间、学生与学生之间相互作用的组合方式”。教学方式区别于具体的教学方法,它与具体的教学方法、教学策略相比具有更广泛开阔的外延。因此教学方式包含教师教的方式和学生学的方式。

信息化教学方式信息化学习方式,是指在一定现代信息意识指导下,学生在完成学习任务的过程中,利用信息技术进行有效学习的行为和认知取向,是以学生有效利用信息技术获得主体发展为目的,以现代信息技术为基础的学习方式,信息化学习方式最核心的含义是“借助信息技术的学习方式”。

在物理教学中利用信息技术对文本、声音、图形、图像、动画等的综合处理,利用多媒体计算机和网络教学丰富的媒体表现形式、强大的教学交互功能、可无限扩展的知识信息链接以及方便自由的自主性学习特性来实现多媒体信息技术与物理教学的有机整合,对于提高学生的知识水平、培养学生的信息素养和创造性思维等。

4.提升教学质量

课程改革的出发点是减轻学生过重的课业负担,让学生学会学习。以学生的终生发展为教育目的,重点在于培养学生的能力。提高教学质量是实现目标的前提。信息技术。

二、信息技术与物理教学整合的优势

(一)资源共享 

多媒体网络教学的实质是通过网络教育信息资源的传输和共享来实现教学。建立在网络基础上的多媒体系统,它不仅具有各种媒体信息处理和人机交互功能,更重要的是它实现了网上多媒体信息传递和多媒体信息资源共享,有效地提高教学效果。

(二)自主探究  

网络教育活动可以在个体、群体、众体三个层次上进行,教育的时空不限性给教学活动带来自主性。自主学习,自主探究。学生在学习目标的指导下,利用教师准备好的课件进行自主学习,自主探究,通过超链接转入不同的知识点进行探究性学习。在老师的引导下总结规律,学生在学习目标的指引下,利用教师准备好的课件自主学习,进一步激发学生学习物理的兴趣和积极性。

这时的教师真正成了学生学习的指导者;为学生提供适当的帮助和指导,对学生的学习进行监控,对学生学习中遇到的问题个别解决,促进学生的学习进程。并浏览教师所提供的资料,进一步深入思考教师所提出的问题。课堂学习时间是有限的,而学生却相应的拥有大量的课余时间,引导学生充分的利用课余时间,利用网络素材,网校资源等进行学习,能够使学生自觉地形成自主学习的习惯和能力。

(三)多向互动 

多媒体网络具有三种交互性:即学生与计算机的交互,学生与老师的交互,学生与学生的交互。学生与机器的交互。一方面是通过课件,另一方面是通过教学环境中的教师代理。感知学生学习的过程及遇到的困难,对问题进行分析和引导。这种代理,本质上也是教师经验的总结。学生与学生的交互是通过多媒体网络,可以协同学习,共同探索,培养学生的团队精神和协同解决问题的能力。与老师的交互表现在,当多媒体教学环境感知到学生的困难并经初步的引导无效时,由教师亲自辅导。在不受时空限制的情况下,学习者通过网络不仅能够进行学术交流研讨,还可以利用适当的软件工具支持协同创作。

(四)优化教学

物理是一门以实验为基础的学科,实验教学是中学物理教学的重要一环。丰富多彩、生动有趣的实验是物理实验教学的特点,利用实验课不仅可以让学生记住某些相关结论、实验步骤,而更为重要的是能够使学生透彻理解并且完全掌握产生实验结论的过程。在普通物理课堂的演示实验中,由于受到常规实验仪器和环境本身的限制,实验效果常不如人意。而通过多媒体技术模拟实验的辅助, 模拟一些重要的,现实实验环境下难以完成的一些物理实验,则可弥补常规实验仪器的不足,提高物理实验的演示效果。制作“凸透镜成像”让学生探索凸透镜成像的条件、物的位置、像的观察范围等。

学生在探索中学习,在尝试中成功,对所学内容就有更深层次的理解, 同时有助于数理之间的联系和物理图景的动态分析。网络虚拟实验环境还可以提供一些学生在现实中无法体验的情景,例如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,在信息技术环境下,倡导学生自主探讨实验,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再现。实现信息技术与物理实验教学的整合。

(五)提高效率

让学生自主地对典型的具有实际意义的物理问题进行分析和探究,才能真正理解物理概念、结论及物理知识产生和形成的过程,体会蕴涵在其中物理思想和方法,把物理的学术形态转化为学生易于接受的教育形态。在教与学教程中充分利用网络资源、各种多媒体素材与教学内容整合,学生在这丰富多呈、教学方式多样化的课堂中积极参与、勇于探索、勤于思索,达到了教与学和谐发展、课堂繁荣协调,实现了教学目标,改变了传统物理教学中难于面对全体学生、因材施教、师生互动等弊端,真正实现了教学目标综合化,教学过程民主化,教学方法多样化,教学技术信息化。例如,学生通过物理实验看到了物理现象、物理事实的真实性,但是由于实验过程时间很短暂,物理现象呈现稍纵即逝,学生是不能马上发现问题的本质特征的,必须有一个细致观察,独立思考的过程。这时多媒体物理课件就能多次重复模拟实验过程,再将呈现物理现象,而且它能使“静”态变为“动”态,微观变成“宏观”,高速变成“低速”,连续变成“定格”,它能使许多看不见摸不着的变成有“声”、有“形”、有“色”,变抽象为“直观”,变讲不清的为“一目了然”,这一切都有利于学生对物理现象、物理过程、物理状态的观察和分析,这是其它教学手段所不能比拟的。

三、信息技术与物理教学整合教学方式

互联网,即广域网、局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计算机网络。互联网是指将两台计算机或者是两台以上的计算机终端、客户端、服务端通过计算机信息技术的手段互相联系起来的结果,网络资源,是利用计算机系统通过通信设备传播和网络软件管理的信息资源。由多个计算机网络相互连接而成,而不论采用何种协议与技术的网络。如:有的学生不懂得依据学习目的,搜集、筛选有效信息,无所适从。因此,在教学中要指导学生掌握网络资源检索利用的正确方法,告诉学生如学科网,高考资源网,K12,中国物理教育网,新课标123,中国教育网中国名师教育网等等这些物理教学专业网站链接地址。教师要掌握及时处理学生在自主探究学习、协同合作学习中遇到到一系列的新问题,如支持探究的软件、教师的技能(主要是探究技能和指导学生探究的技能)、教学策略等。

看得见原子的扫描隧道显微镜,1982年,国际商用机器公司苏黎士研究实验室的两位科学家比尼本和卢勒利用原子之间的隧道电流效应发明了扫描隧道显微镜(简称STM),从而使人们第一次直观地看到了原子,被人们称为可以看得见原子的显微镜。这种显微镜是基于量子力学的隧道效应,通过一个探针在物体表面做精确的扫描,其扫描精度达到几分之一毫微米(即纳米,1纳米=10-9米)。该探针尖端可以制成只有一个原子大小的粗细。由于隧道效应探针对它与物体表面的间距十分灵敏,从而在探针扫描时通过感知这种隧道电流的变化就可以记录下物体表面的起伏情况。这些信息再经计算机重建后就可以在计算机屏幕上获得反映物体形貌的直观图象。扫描隧道显微镜的发明解决了物理学中的很多问题,这使得两位科学家获得了1986年的诺贝尔物理学奖。

爱因斯坦的一生

探索宇宙和谐之奥秘的一生

寻觅人类社会公正与和平的一生

追求个人道德完美和心灵自由的一生

简化的爱因斯坦

爱因斯坦的简历

爱因斯坦的科学发现

爱因斯坦的技术发明

爱因斯坦的生活影响

爱因斯坦的人格魅力

网络课程《小水滴旅行》----物态变化复习课

课件(courseware)是根据教学大纲的要求,经过教学目标确定,教学内容和任务分析,教学活动结构及界面设计等环节,而加以制作的课程软件。它与课程内容有着直接联系。所谓多媒体课件是根据教学大纲的要求和教学的需要,经过严格的教学设计,并以多种媒体的表现方式和超文本结构制作而成的课程软件。

在利用课件演示方面,可以使用现成的计算机辅助教学软件或多媒体素材库或上网搜索,选择其中合适的部分用在自己的讲解中。例如,“声音”一节,利用网络下载“声音的产生与传播”课件,其中导入部分有留声机发声振动、雷电发声、鹰抓老鼠、蝙蝠发出声波反射等课件;“在声音是怎样产生的”中有收音机音乐、小提琴发声、大提琴发声琴弦振动等课件;在“声源”中用了铃铛声、锣鼓声、老鼠叫声等;在“声音的传播”中用了留声机音乐(声源)、声波动画、人耳结构等。以上课件都配之以声音、动画、文字说明,生动逼真的再现了声音的发生、传播、接收的机理,演示出课堂教学无法企及的过程,是课堂教学很好的辅助。

动画课件示例:识别电路元件导体和绝缘体电流表读数

习题:楼道灯电路汽油机工作过程

视频示例:水中的火焰,自制潜水艇,压力和压强试管旅行

多媒体综合运用:声音的音调(动画),吸管笛(视频),声波波形(传感器)

信息技术与物理学科课程整合的关键是符合学科特点、可操作性强的教学设计。教学设计是在一定的教学思想和教育理论指导下建立起来的,在某种环境中开展的教学活动形成的,较为稳定的教学结构框架和活动程序。它将直接体现出教师如何按照新课程的教学思想、教学理论来组织自己的教学活动。

《仿真物理实验室》教学平台,为学生提供全方位的开放性的操作环境,使学生在课堂上实现在虚拟世界的真实体验,通过网络环境下进行的研究性学习,培养学生自主设计实验、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认识论和方法论。《仿真物理实验室》教学平台为开发信息技术与物理教学整合课型提供了诸多的便利,可操作性强,模拟物体的真实运动,自动采取数据,进行仿真运算。不仅是教师教学平台,也是学生自主学习的平台。

学生在《仿真物理实验室》教学平台上从搭建最初的电路,经过多次改进完善,使研究的问题不断深化。通过信息技术与物理课程整合,可以突破常规实验仪器的局限性。在整合中应当充分发挥信息技术的特长,对那些难以观察到的、复杂、困难的实验进行模拟和提供帮助,成为常规实验的补充,并把两者有机地结合起来,使物理教学上升到一个新的层面,从而有助于学生发现规律、获得知识,优化学生的知识结构,提高学生的科学文化素质和技能水平。

在中学物理实验教学中,受条件的限制,有很多实验是无法在实验室里完成的。对于现在的学生来说,很多常识性知识都没有切身体会,而且要使“真实的情境”实实在在的进入课堂并非总是十分方便和可行性的,而“虚拟的”或“模仿的”情境便成为“真实情境”的一种有效且十分方便的替代。信息技术是突破时空、地域限制,创设真实情境的最有效的工具,它能产生使学生身临其境的逼真效果。《仿真物理实验室》教学平台能提供界面友好、形象直观的学习环境,利于学生对知识的主动探索、主动发现,利于学生更多、更好地获取客观事物规律与内在联系的知识。这对改变学生的学习方式可以起到很大的作用。

数字化物理实验室的功能:

1.把普通实验室中不具备条件完成的实验模拟出来,把实现不了的实验效果模拟展现出来。但是模拟的实验应是在现实实验环境下难以完成的物理实验。

2.学生在数字化物理实验室中“操作”,完成模拟实验,观察“实验现象”,得出实验结论。学生自主设计完成模拟实验,对于培养学生的科学探究和创新精神是非常有利的。

3.物理实验室做电学实验时,对器材使用有诸多要求,绝对不允许”违规”操作。学生利用数字化物理实验室可以自由的进行模拟实验,如观察模拟的电流表或电压表的接线柱接反了,测量值超过了量程,电源短路了等等情况下所发生的“现象”。这样既可保护仪器能保护培养学生的探索欲望。 
实验1:用传感器描绘小灯泡伏-安特性曲线

做“研究电阻消耗的电功率与电阻阻值之间关系”的实验时,记录的一部分实验数据。请你对表格中的数据进行分析,归纳出电功率与电阻的关系式:________。

实验2:传感器探究电功率与电流的关系,分析图像。

四、信息技术与物理教学整合前景展望

现状之一:信息技术在教学中的应用和发展需要资金的支持,因此不同地区、不同类型学校的硬件设施建设是不均衡的,甚至差距很大。高配置的计算机是基本设施之一,互联网覆盖、大容量存储、视频投影、传感器、局域网、数字化教室……等等,对经济欠发达地区是很难在短时期实现的。所以,信息技术与物理课程整合不能“一刀切”。

现状之二:适合于物理教学的软件有多种来源:

专业人员开发制作--科学性强、可信度高。但购买使用成本高。

网络下载--方便、快捷、品种多样、低成本,但质量良莠不齐。

自制--有针对性、易操作,但制作技术和时间精力有限。

现状之三:物理教师对信息技术的认识存在差异,对信息技术的掌握程度差别很大,个别物理教师甚至对计算机的基本操作都感到困难。任何技术都是为人所用,为人服务的。得到教师的认可、被接纳、会操作是前提。加强对物理教师的信息技术技能培训是必要的,在教研组内的互帮互学、相互切蹉也是极好的方式。

反思之一:物理是一门实验科学,随着多媒体信息技术的发展,绝大多数物理实验都能通过软件模拟进行,确实很理想化、方便、美观。然而一定要明确物理实验通过软件模拟进行,只能作为常规实验的补充。例如在《电流和电路》课上“怎样使小灯炮发光”的教学环节,使用课件完成。从灯泡的结构、与电源的连接、以及电路的组成,包括电流在电路中的流动,课件做得非常漂亮,学生也非常活跃。但是这个教学内容完全可以在实验室让学生通过自己亲手实验来探究怎样使小灯炮发光的,动画课件只能用来分析和解释电子的流动形成电流这些无法直接观察到的内容。

反思之二:要避免过度依赖信息技术,而忽视教学基本功的倾向。这一点对于成长于信息时代的青年教师尤为重要。教学设计是下载的、课件是现成的、演示实验是视频的、分组实验是数字的……教师自己成了现代信息技术的“解说员”。这种做法背离了在物理教学中使用信息技术的初衷。

反思之三:信息技术容量大、节奏快,容易造成注重课堂高效率而忽略学生思维活动所必要的时间。看上去热热闹闹一节课,学生反映看不懂、记不住、无笔记、印象浅,教学效果必然不好。物理概念的形成过程和物理规律的发展演变;必须给学生留有充分的思考时间。必要的板书是沟通师生思维的桥梁,“高效”节省下来的时间应留给学生思考、认知。实践证明,能在物理教学中体现“思考过程”的教学活动才是最有效的。

反思之四:物理教学中运用信息技术已成为教育发展的必然趋势,物理教师因其学科特色和自身素质理应熟练掌握信息技术。把信息技术作为“跟风时尚”、“装饰门面”的做法不可取。所谓“缺少信息技术就不是一节好课”的评价标准也是没有教育科学依据的。把信息技术用到实处,用到揭示物理概念和规律的本质上,才是找准了“结合点”。

展望之一:科学技术的高速发展,使信息技术与物理教学整合成为现代化教学的必由之路。硬件设备的更新换代,教学软件的丰富多彩。为物理教学开拓了新的天地。因此能够熟练掌握信息技术已成为物理教师的教学基本功之一。物理教师既是一位教育家,又是一个物理学者,还应是一位信息技术的高手,三者缺一,就教不好现在的物理课,就不能有效的利用网络资源优化物理教学,收到更好的教学效果。

展望之二:互联网的发展使网络培训、网络进修、网络教学、网络研修、网络论坛……等一系列的以网络为传媒的教育方式变为常态化。接纳、使用网络资源将是义务教育高速、高效、高标准发展的方向。有报导说:比尔.盖茨要筹建一所全球网络学校,让学习者不出国门,甚至不出家门就能接受顶尖级最优质的教育。

展望之三:信息技术融入物理教学,使之成为物理教学的有力帮手,进而成为物理教学的组成部分。信息技术促进物理教学提升,物理知识促进信息技术发展,两者的关系会越来越紧密。把先进的教育理念,先进的教学方式,先进的操作技能带到物理教学中,物理教师任重道远。


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