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现代教育技术应用于中学物理新课教学初探

    在中学物理新课教学中,首先要改变把各种现代教育技术仅仅作为辅助教或辅助学的工具的观念,而是要逐步学会利用以信息技术为核心的现代教育技术去建构一种理想的学习环境,以实现能充分体现学生主体地位的以“自主、探究、合作”为特征的新型学习方式,因此新课教学设计指导思想应为:注重现代教育技术创设的学习情境,建立物理模型,描绘物理现象动态变化,提高新课的实验教学质量。

    关键字:现代教育技术,建构主义 , 数字化信息系统实验室

    “新授课”顾名思义就是新知识的“传授”课。我国传统的新授课教学是以教师为中心的灌输式教学,在学习过程中学生一直处于被动接受的状态,教师是课堂的主宰。这种教学方式对系统知识体系的传授具有比较好的效果,但因其忽视了学生是学习的主体,忽视了学生在学习过程中的内在心理的发展和变化,因此在培养学生获取知识能力、创新能力等方面上有缺陷。如果在这样传统的教学结构的基础上应用现代教育技术手段进行辅助教学,往往强化了灌输的一面,弱化了培养能力的一面。有教师形象地比喻:用“电灌”代替“人灌”大大提高了灌输的效率。因此现代教育技术在物理新授课教学中的应用不能停滞在这个水平上,应贯彻二期课改的理念,改变传授式的教学方法,以引导学生探究,实现学习方式的转变为主。以信息技术、视频、实物展示、数字化实验技术等为主的现代教育技术作为眼的延伸、脑的扩容、操作速度的变化、交流的新手段进入教学领域,但是现代教育技术的应用不是简单地将现代教育技术应用于中学物理新课教学中,而是高层次的融合与主动适应,是用来创设情境、探究物理规律、进行协作学习和讨论交流,即作为学生自主学习和协作式探索的认知工具与情感激励工具。我们必须改变传统的单一辅助教学的观点,从物理课程的整体观考虑现代教育技术的功能与作用。建构主义理论认为:知识是由学生观察外在事物后的探索、体会与反思等思考活动建立的,应强调的是以学生为中心的学习环境。据此,应在现代教育技术与物理学科教学的整合实践中,把现代教育技术作为促进学生学习物理的认知工具与情感激励工具、丰富的物理教学环境的创设工具,并将这些工具全面应用到物理学科新课教学过程中。如创造数字化的学习环境,创设主动学习情景,并创设条件让学生最大限度地接触信息技术等;而学生则利用这些工具发展物理知识,并将工具当作自我学习伙伴。从而使各种教学资源、各个教学要素和教学环节,经过整理、组合、相互融合,在整体优化的基础上产生聚集效应,从而实现学生自主学习,亲自探索的构建过程,达到培养学生创新精神与实践能力的目标。

    当前课堂教学仍然是学校教学活动的主要方式。利用现代教育技术改进课堂新课教学是目前学校教育改革的一条重要思路和新的视点。初步探索在物理新课教学中,如何运用现代教育技术才能真正拓展学生学习空间和途径,增强自主学习的能力。优化并逐步转变学生的学习方式,使学生逐步养成敢于质疑,善于交流,乐于合作,勇于实践的科学态度,应从以下几个方面入手:
一、新课教学中应充分利用现代教育技术创设物理情境,诱发学生情感和行为上的参与意识
    建构主义学习理论以为:“知识不是通过教师传授得到的,而是学习者在一定情境中,借助他人(包括教师和学习伙伴)的帮助,利用必要的学习资料,通过意义建构的方式而获得。”因此采用现代技术的多媒体教学应以创设情境为主要任务。事实上,学生的学习过程与科学家的创造和发明过程有着惊人的相似之处,就是任何新的物理知识,都必须在相应的问题情境下,通过激活头脑里已有的物理图景,经过对照、比较、鉴别,使凡能与头脑中原有物理图景匹配的新知识被原有的知识结构同化,而那些不能与头脑中原有物理图景匹配的新知识将通过对认知结构进行改造,使自身认知结构顺应新知识。因此在教学中创设物理问题情境,建立物理图景,是促使学生主动学习的关键。而计算机与网络技术的优势正在于它具有强大的文字、图形和动画功能,在于它具有与外界发生极其广泛的联系以获取更多信息的功能。应用计算机与网络的这些功能创设引入概念的情境、创设推导规律的情境、创设提出能够逐步深入讨论的问题情境、创设能使学生将所学知识外化的问题情境,引导学生在所设置的物理问题情境中主动探索,主动发现,在学生和学生、老师和学生的讨论与协商中充分地展现相关的物理图景,并经过比较与鉴别、分析与判断,改造已有的物理图景或建立新的物理图景,从而共同完成对所学知识的意义建构。因此学习环境中的创设的情境必须有利于学生对所学内容的意义建构。利用现代技术的多媒体可创设愉悦的、求知的、成功的课堂情境。而物理情景是学生掌握知识、形成能力、发展心理品质的重要源泉,是沟通现实生活与物理学习、具体问题与抽象概念之间的桥梁。因为只有在一种原始的情境、生活的情境、活动的情境中,才能诱发学生思维的积极性,引起学生更多的联想,从而比较容易调动起学生内部己有的知识、经验、策略、模式、感受和兴趣,这样便能使学生自主地调动出内部因素参与知识的获得过程、问题的解决过程,从而对问题深入地理解。现代教育技术能够创设出传统手段无法实现的生动、逼真、贴近生活的物理情境。如在学习机械波的形成时,通过制作一些展示静止的、活动的、生活化的波的情境,创设了赏心悦目的教学情境,把机械波形象、有趣的展示给了学生,使学生坐在教室里,充分享受各种形式的机械波,使学习氛围轻松、学习兴趣浓厚,诱发了学生在情感和行为上的参与意识,主观上产生对新知识追求的动力,将过去那种“要我学”的被动局面,改变为“我要学”的可喜现象,从而使学生主动探索,主动学习和思考,真正成为学习的主人,成为教学过程的主体。又如在讲初二物理《运动快慢——速度》时,开始放一段奥运会的“百米飞人大战”的激烈场景,通过画面的慢动作和定格,让学生细致入微地进行观察比较,之后用FLASH软件制作“龟兔赛跑”的场景,这种动画情境的设置无疑对学生创造性思维的培养及智力的开发会起到不可估量的作用。
二、新课教学中应积极利用现代教育技术建立物理模型,引导学生从中感悟、探究。
    新课教学中物理概念的建立,物理规律的理解,物理实验数据的分析和处理,在很大程度上取决于相应物理模型的建立,多媒体技术以图、文、声皆备的形式建立的那些传统手段没办法建立的物理模型,可充分调动学生的学习兴趣和求知欲望,能让学生主动参与学习,体验、感悟、以致进一步去探究模型所隐含的物理知识,不仅可以节省用于抄写板书而浪费的大量时间,而且针对难以理解或难以想象的物理概念、模型,通过采用多媒体课件可以十分直观形象的解释、演示出来,磁场、电场、磁感应线、电力线等重难点内容均可采用动画制作软件,将这部分内容制作成三维动画演示出来。通过这些现代教育技术所建立的模型,那些在传统教学上难以理解的现象,可以看得清清楚楚,这对在学生头脑中构建物理模型有很好的促进和消化作用。又如:运动学中的“质点”,液体内部压强的“等截面柱”,物质结构中的“分子”、“原子”模型等,这些物理模型的建立,单凭传统教学手段,学生往往一知半解,理解不深刻。利用现代技术的多媒体课件能很好地解决这一问题,以其丰富的表现力,将物理现象和物理过程生动、形象地呈现在屏幕上。如讲“力是物体对物体的作用”时,传统的方法一般是采用“举例分析,归纳总结”,但学生很难理解,而用Authorware制作两小球(红、白两色)碰撞的动画,利用交互方式,直观鲜明地演示出“运动—相遇—碰撞—形变—恢复—分离”的全过程,不到3分钟的动画图像,为学生建立了碰撞模型,印象深刻,只要教师稍加点拨和启发,学生便心领神会。
三、新课教学中积极运用现代教育技术再现其它手段难以表现的物理过程,对物理现象进行动态分析,认识物理变化的全过程
    在物理新课教学中,学生通常只有文本教材,虽然具有逻辑性好,科学性强,使用方便等优点,但限于篇幅,使信息存储、传递,再现能力受到限制,“动态”展示几乎是空白,尤其在表述一般实验条件下难以再现的内容时,大到宏观世界的自然规律,小到微观世界的精细结构等,虽能说清“其然”,却难以描述“其所以然”,常会造成一种无法准确理解,学生在朦胧迷茫状态中学习的不良现象。动态的物理过程展示,例如,机械振动的过程,船舶的渡河运动,小球的平抛运动,人造卫星的圆周运动,单摆、弹簧振子的运动等等,通过多媒体课件,采用动画摸拟,让学生感受极佳的动态效果,则这些在传统教学中的重难点的解决犹如破竹之势,顺利完成。多媒体具有图形移动、沿轨迹运动、绕中心点转动、形状放大缩小等功能,使学生对物理情景的想象变得十分简单,从而有利于学生对物理规律的把握。利用多媒体对物理现象进行动态分析,不是靠教师讲和灌,而是让学生“观察—猜想—讨论—模拟—点拨—归纳—总结”来参与学习过程。变学生被动“学”为主动参与,让学生自己来探究物理知识,突出学生的主体地位。如在讲波的干涉现象时,学生能根据两个相同波源发出的波的叠加示意图,认识到凡是两列波相遇时,波峰和波峰相遇的地方,或波谷和波谷相遇的地方振动最强,而波峰和波谷相遇的地方振动最弱。这还仅仅是停留在静态分析的基础上。至于对每一个振动加强的点是否永远振动最强,对每一个振动最弱的点是否永远振动最弱?对这样的问题学生往往分析不清楚。为此我们可以利用投影片(图二)和(图三),学生就可以建立起一幅清晰的动态图形。在教学中恰当地使用模拟投影片就可使瞬变的物理过程以静止状态去观察理解,既可表现宏观也可显示微观,有利于教师引导学生认识物理现象及其规律。
四、新课教学中应积极利用现代教育技术提高实验教学质量
    实验在物理新课教学中具有重要作用,物理学的发展史告诉我们,物理知识的获取离不开实验。然而教材中有许多实验因条件限制,单靠传统的教学手段无法完成,而把计算机传感技术和实时测量技术(包括接口电路、转换器、传感器、模 / 数转换器以及放大电路的应用)应用到物理实验教学中,利用 Excel、Access等数据处理软件处理物理实验数据,用计算机评价物理实验数据等,都有利于提高实验教学质量。上海已将DIS实验上升到《课程标准》的高度,数字化信息系统实验室(简称DISLab),实现了动态位移实时测量、受力状况实时测量、磁感应强度测量、声波测量、微小信号测量、多数据并行测量等,显著提高了实验精度和质量,能够完成传统实验装置很难完成的实验,还可以设计很多借助传统装置想做而做不好的实验。引入DIS实验系统开发和拓展其应用的范围有其重要的价值,建构主义认为,只有学习者在亲身体验和经历的基础上,才能真正实现意义的建构,而DIS实验系统不但为学习者提供这种体验和经历,而且为学习者实现探究教学活动、提高课堂教学效率、培养学生获取信息、处理信息的能力提供了有力的支持。实验中DISLab采集的是真实数据,学生能够即时获得实验结果,记录和处理数据快速、便捷,学生能够将更多的时间用于实验研究,从而更加深入地认识物理现象、理解物理规律。促进学生由应试型学习向探究型学习的转变,使教育回归其本原。
    有时采用电脑模拟实验可以突破空间、突破时间、化抽象为具体、动静结合充分发挥现代教育教学手段的作用,用多媒体技术模拟可弥补实验的不足。这一点尤其表现在《电路》一章,平时做实验时,教师讲完了,画好的电路图已经在黑板上,学生只能按图索骥,而教师强调必须按照此电路来连接。连接错误电路的后果仅仅是纸上谈兵,如果用多媒体技术模拟,连接错误则会出现事先设计好的后果,比如:电源烧坏,电流表冒烟,电灯灯丝烧断等,给学生留下深刻的印象,这样既知道了错误的后果,又不会使元件受到破坏。许多物理实验如常温液化,低温超导等在实际教学无法演示;分子运动,固体扩散,天体运动等由于受时空限制不可能演示;电源短路、人身触电、噪声污染等由于有极大危害性也不宜在课堂直接实验。这些可借助多媒体计算机设计成 CAI 课件,通过模拟演示,让学生感知,激发学生大胆想象,将这些复杂不易弄清的内容,跨越时空的事物,通过多媒体将之动静结合,图文并茂地在屏幕上展示其物理过程,变抽象为具体,深入浅出让学生超越时空限制,突破思维障碍,培养学生的想象力和创新精神。但是物理是一门以实验为基础的学科。物理规律的获得,学生动手能力、分析能力的培养都离不开实验,做好实验提高学生的动手能力,也是当前素质教育的要求。若利用计算机模拟本可以进行的实验或模拟实验仪器:学生缺乏实际操作训练,背离了素质教育的要求。
五、新课教学中不能盲目的运用现代教育技术,视其为“万能产品”
    现代教育技术的应用对于一堂新授课来说,许多初用多媒体教学的教师(包括我自己当初),总是把每堂新授课都设计成完整的多媒体课件,并去追求一种外表的华丽以及绞尽脑汁地如何把自己的课件做成“震憾人心”的效果,投影仪和实物展台也想尽办法要用上去,觉得这样才像多媒体教学,并且把一些本来用真实实验很好说明物理概念或规律的实验也做成了动画,取而代之了真实的物理实验,甚至把把新授课中每一道例题题目和解答都做成了幻灯片等等。其实,这是多媒体教学的误区,成了一种多媒体教学满堂灌的“新模式”,即“电灌”。也有部分教师认为,既然物理教学提倡与现代教育技术的整合,现代教育技术有那么多优势,因此不论何种物理知识的学习,包括演示实验、学生实验全都用多媒体课件去代替,把目前的各种现代教育技术视为“万能产品”,显然这是违背了辨证唯物主义观点,也违背二期课改的新的教育理念。

总之
   
现代教育技术与物理学科教学的整合是一项庞大的工程,不可能一蹴而就。本文仅以个人的观点对目前现代教育技术应用于物理新课教学进行一些粗略的探讨。现代教育技术引进教育领域将给学生、教师、学校带来一个新的教学模式和新的契机,但同时也应看到,现代教育技术和物理教学整合是一个新兴事物,还有许多问题需要我们去研究、探索。但我们确信现代教育技术在和学科教学整合中将大有作为。

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