信息技术与物理学科整合的探索

信息技术与物理学科整合的探索发布时间：2019-03-27 11:02:25

信息技术与物理学科整合的探索

    信息技术与其他课程教学的整合，正在成为当前我国信息技术教育乃至整个教育信息化进程中的一个热点问题。在世界其他教育信息化程度较高的国家如美国、加拿大、新加坡等，在信息技术教育发展的过程中，也都是逐渐将信息技术教育与其他课程教学的整合放在十分重要的地位。
当今世界，正进行着一场以信息技术发展为主流的科学技术革命，人类社会正由工业社会转入信息时代。步入二十一世纪，把信息技术引入课堂，已成为教学中的一种强有力的、必不可少的工具，缺少它的教学可以说是不属于21世纪的教学。
在整合过程中,我们常用的现代化教学设备包括：投影仪、功放、数码展示台、数码摄像头、多媒体系统等，这些设备都是从视觉和听觉方面的应用。按照信息论的观点，人获取的信息83%来自视觉，11%来自听觉。如单凭听觉，一般能记住15%；如单凭视觉，一般能记住25%；如视听结合，记忆率可达65%。可见这些手段如果能在课堂上很好地运用，让它们各尽所能，将会大大提高课堂教学效果和提高学生学习的兴趣和积极性。现在笔者就如何在物理课堂适当运用现代信息技术谈谈个人的一些经验和看法。
一、信息技术在物理教学中的功能特点
推进素质教育是我国的教育国策。在素质教育的推进中，使受教育者全体发展、全面发展、个性发展，培养他们的创新精神和实践能力，使之成为创造型人才。要推进素质教育，就必经把信息技术的教育教学功能特点加注到教育教学过程中，以信息技术与课程教学整合为切入点，促进教育的改革与发展。
信息技术在教育中的应用，从技术上来说具有数字化、网络化、智能化和多媒体化的特点；从功能上来说，它给教学活动增添了许多在传统教学活动中所不具有的新机制：
1. 教学内容的多媒体化——实现了教学内容的结构化、动态化、形声化表达，并且可以以链接的技术以图片、动画、声音、文字说明等多种形态的知识载体对教学内容进行多层次、多角度的论证和说明，这对优化学习者的认知活动起到了十分重要的作用。
2. 教学传播的多样化——与传统教学中的教师讲、学生听的单一传播方式不一样，运用信息技术的教学活动增添了许多新的沟通机制和人与人相互作用的方式，例如计算机网络、多媒体、专业网站、信息搜索、电子图书馆、网上课程和远程学习等。
3. 教学资源的共享化——网上教学资源是对广域范围内的教学资源的集合，可以满足各类学习者在各种学习形态（一齐化教学、个别化学习）下的学习需求，实现了真正意义上的资源共享。
4. 教学形态的多样化——班级形态的一齐化教学、个别形态的自主学习、校际和国际间的协作学习等，都可以得到信息技术的支持。
5. 教学时空的扩大化——学校和课堂不再是教学活动的惟一场所，信息技术的应用使教学活动在时间和空间上获得很大的灵活性。
6. 教学环境的虚拟化——根据教学需求创设虚拟的教学情境和训练条件，为认知活动的优化和技能训练水平的提高提供保证。
7. 教学效果反馈的及时化——信息技术支持下的教学活动，克服了以往教学延时反馈的弊端，既可以在教与学的过程中提供诊断性反馈，也可以在教学结束后提供总结性反馈，为教学过程的调控和教学结果的评价及时提供依据。
显然，信息技术在教育中应用的这些技术、功能特点，可以改变物理教学的功能结构、丰富教学的形式内容、优化教与学的方式方法，使教学活动的价值功能得以改善，充分促使学生全体发展、全面发展、个性发展，培养学生具有创新精神和实践能力，最终成为创造型人才。
二、在物理学科中运用信息技术的优势
信息技术与物理学科的有效整合，在物理学科的教学法中，它起着传统教育远远达不到的优势。
（1）可以大大提高教学的效率和教学效果。教学中利用计算机巨大的储存记忆能力，快速精确计算处理能力，重复而又可变的工作方式和丰富多彩的人机交互功能，这些功能不仅可以在许多方面节省教师的劳动，而且能够提供丰富多彩的教学形式，为使教学效果达到最佳提供了种种可能。在物理教学中，若能以文字、声音、图像、数字电影等信息技术实现教学内容，向学生提供各层层次、各种类型的操作练习，将很容易帮助学生理解好知识，熟练掌握知识和技能，极大地提高教学的效率和效果。
（2）可能促进教学模式的改革，拓展教学方法。传统的教学模式是程序化、统一化、“批量作业”式的教学模式。这些模式在一定程度上限制了学生的自由，忽视了学生之间的差异性，也忽视了学生自身的主动性和丰富多彩的知识技能需求，不利于因材施教，不利于个性化教育和创新精神的培养。然而，利用信息技术，可能向学生提供各种层次、各种需求、各种类型的练习，进行分层递进式教学，因材施教，各有所学。同时教师的教学具有更大的空间和自由度，更能对不同类型的学生通过网络进行个别辅导，使学生的个性得到充分的发展。
（3）可以优化物理教学过程，创造良好的学习环境。
首先，能大大提高教师对教学的驾驭能力。这里主要体现在对各种教学资料的驾驭能力。在网上，可用于课堂教学的信息资源繁多，教师对这些资料的提取、使用既方便又灵活，可以在需要的时候，随时提取教学资料。信息技术提供的丰富资料和多样的表现形式，使教师在决定具体教学方式时有了更多的选择。教师可以从中选取最适宜的方式传授物理知识，从而使教师可以更自如控制学生在课堂上的情绪和注意力，为教学目标的顺利实现打下坚实的基础。
其二，丰富的问题情景，更易调动学生思维和积极性，增强学生学习物理的兴起。学习最好的动力就是兴趣。而物理概念和理论比较抽象，如用常规教学很难提起学生的兴趣，但物理现象却极其丰富多彩，我们利用信息技术，可把物理学科中的丰富多彩的各种现象利用画面、动画等方法一一展现出来，这样就丰富了问题情景，加深了对问题、现象的认识。毫无疑问，这丰富多彩的一同比传统的教学方法更能激发学生的情感、启迪思维，从而增强对物理的学习兴趣。
最后，可以拓展教学空间，增加教学的灵活性，丰富学生的学习方式。教学中，如果能充分利用计算机的人机交互性，自然也就拓展了学生的学习自由度。这样学生在课余也能开辟第二教学平台和学习天地，随时排忧解难，并对学习中的问题进行交流讨论。
二、怎样进行信息技术与物理学科的整合
　目前国内对课程整合比较主流的理解是“把计算机技术融入到各学科教学中，就像使用黑板、粉笔、纸和笔一样自然、流畅”。这种观点将课程整合的重点放在CAI，即计算机辅助教学上。它突出计算机作为工具，去辅助各传统学科的教学。
（一）物理学科的特点。
观察和实验是物理学赖以建立的基础，也是学习物理知识的基础。整个物理学的发展表明：人类的物理知识来源于生产和自然的观察，特别是来源于物理实验，同时，观察和实验又是检验物理知识真理性的标准。因此，在物理教学中，必须重视观察和实验在学习物理知识过程中的重要作用，它是使学生对所研究的物理问题获得必要的感性认识的基本途径。只有通过细致的观察和认真地实验，才能使学生深刻理解物理概念和规律是在怎样基础上建立起来的，从而有助于形成正确的物理概念和加深对物理规律的认识，增强学生分析问题的能力和掌握一定的实验技能和动手能力。
利用计算机，我们可以模拟一个动态的物理过程、物理现象，特别是在很多情况下不便于观察到的现象，比如物理微弱，物理现象呈现的时间不足，微观领域中的物理现象。我们可以在模拟时多次重复进行“放大”“慢放”“重放”“定格”等方法，帮助学生观察，以补实现的不足，帮助学生建立物理图景，结合物理实验，理好地理解物理概念和物理规律。
（二）信息技术与物理学科整合的方法
1、在物理课堂上用活投影仪，数码展台和数码摄像机等视频设备
投影仪、数码展台、数码摄像头等视频设备，可将文学、图片、至实物放大展示到屏幕上，在物理课堂的演示实验中，有很多实验是受到各种条件限制：如实器材体积比较小，或实验现象不够明显，可观察距离短等，使这类实验的演示能达到很好效果，我们可以采取以下办法使这些实验效果得到改善：
（1）. 利用投影仪或数码展台将实验现象图形投影到屏幕上：
例1：演示磁场的实验：通常是把铁粉均匀地撒在平板玻璃上，在平板玻璃下面放上磁体，轻敲玻璃板后可演示磁场，但这一现象要让全班学生观察到不容易，如果将整个实验置于投影仪上进行，效果就明显不同了。
例2：演示波的干涉：用一个平底的玻璃水槽装上水，加上两同频率的振源，置于投影仪上将干涉图样投影上去，全班学生就可以观察实验现象了。
（2）利用数码摄像头来改善不明显的实验现象：
例3：对于一些由于实验器材体积小的实验，可以用数码摄像头辅助，通过多媒体系统投放上屏幕，让学生清楚地观察实验。如实验中的小刻度尺、温度计、天平、弹簧秤、小型电流电压表等仪器的示数，就不再是前排学生的“专利”了。后排的学生也能清楚地通过屏幕看到并读数了。这样就使这些实验的可观性大大加强了。
例4：对于实验现象不明显的实验，如：水的沸腾、晶体的溶解升华凝华现象等实验不够明显，且有些还不易巡回让学生观察，使实验现象大打折扣，也只能是近距离的学生“受惠”，而后排学生只能望“实验”兴叹了。通过摄像头将实验“现场直播”就能让每一个学生看个清楚，看个明白了。
2、利用功放改良声学中的部分实验
功放是一套能将声音放大的电子设备，它由麦克风、功放、扬声器组成。麦克风拾取声音通过功放放大，再由扬声器播放出去，这样声音就被放大了。用来改良一些声学实验起到非常好的效果。如：土电话、音叉的共鸣、空气柱内的驻波等由于发出的声音比较小，使效果不佳，而利用上功放将这些实验产生的声音放大，就可以使这些实验效果变得非常好！
3、利用计算机辅助教学
计算机辅助教学已越来越被重视，用计算机或与多种设备组合不但可以使学生亲身感受现代科学技术，还可以辅助课堂教学，提高课堂教学效果和效率。
（1）. 用光电产品和传感技术改良一些传统的实验
如在研究自由落体、匀加速运动、匀速运动、动量守恒、机械能守恒等实验中，用传统的方法很难将时间和位移的数据测得非常准确。而利用光电和传感技术设备与计算机结合，就能够准确地获取这类运动实验中的数值，使实验误差减小，更具有说服力。
（2）多媒体课件的使用
多媒体具有形象、生动、直观的特点。它的使用给课堂增色不少，且对深化教学改革，提高课堂效益有着重要的作用。但在实际应用中，由于一些教师的技能和现代教学思想的滞后，往往会使用不当。主要表现为两个方面。
a.仅仅把多媒体当成了一块“现代化”的黑板，整个课件只是展示一些课本上的文字和图片，教师则成了一个“放映师”。
b.用课件代替一切，不论是板书、实验等都让课件“包办”了，所有的实验都在课件中，完全不用了实验器材。
要使多媒体课件在课堂教学中发挥更大的作用，我们应注意以下几点：
（1）在物理课堂，不要让课件替代实验，因为物理是一门以实验为基础的学科，能用实验器材完成的实验尽可能用实验来演示。课件只能用来辅助实验，从而达到更好的效果。如2003年在南昌举行的全国物理教学大赛上多普勒效应的课堂里，有些学生看过多媒体中的课件演示后就这样说“现在电脑什么都能做出来。”有一位老师在课件和器材实验的结合处理的非常好，在多媒体演示完后，再用发声蜂鸣器置于钓鱼杆上，再迅速地从教室上空划过，千真万确的多普勒效应现象出现在课堂。学生也无可置疑了，这实验就是最有效的回答。
（2）用来模拟宏观和微观的现象：可将天体运动和分子运动理论、磨擦起电的原因、电荷定向移动形成电流等抽象内容具体、直观。
（3）帮助建立物理模型，如电场、磁场等。
（4）弥补实验的不足：如一些危险性实验：电路的短路等。不可见的实验：如热机工作循环中热内部出现的现象等。还有很多在这里将不一一例举。
4.充分发挥网络的作用。在网络教学的环境中，学生能够较为独立地参与教学活动。如轮船是如何顺利通过拦河大坝的船闸呢？如果让学生在网络教学法中有自己操作计算机，模拟轮船分别从上游和下游通过船闸的情况，观看一次不行就再观察多两次，教师不用花费很多口舌，学生就能很快明白连通器的原理在实际中的运用。在网络教学环境中，教师既可利和网络的广播功能完成班级集体授课，又可利用“点对点”的操作进行个别化教学辅导，真正实现因材施教。利用因特网，建立学校、个人网页、邮箱，拓展教与学的空间。
5、建立素材库，方便资料查找。素材库好比一功能齐全的资料室，每个学校应建立各科的素材库，把在学习中需要的大量文本、图像、音像和同步课件，分门别类存入电脑，使其具有资料集中，查找快捷，使用方便和共亨性强的特点，使用起来就方便了。
三、整合过程中应注意的问题
1．“整合”的含意在逐步的发展和深化，“整合”是一个新的事物，对“整合”的含意并没有一个严格的定义，对“整合”的理解还需要在实践中加深，“整合”也将随着信息技术的发展而发展，随着人们对课程认识的加深而深化。所以在整合教学过程中，要避免受计算机的约束，以致教学不够灵活，放不开手脚。在整合的过程中，是我们教师利用计算机为教学服务，而不是我们服务于计算机，千万别倒置了关系，本末倒置了。
   2．“整合”需从一点一滴做起
   “整合”是一个长期的庞大的工程，需要方方面面共同努力，因此在进行信息技术与物理学科“整合”的实践中，既要着眼于未来，着眼于大局，又要切实可行，从一点一滴做起；既要勇于创新探索，又要善于总结过去的宝贵经验；既要学习、了解、掌握信息技术，又要深刻认识物理教学的精髓与内含；“整合”水平的高低，关键在观念的转变、在实践的探索。
   3．“整合”要特别注意科学性
   由物理学科本身特点决定，它特别注意所讲内容的科学性，因此，在进行“整合”的过程中，特别在容易出现问题的动画创意、课件的设计与制作中，更要把科学性放在首位。不能用信息技术完全取代物理实验。物理是真实的，是学生最可信赖的事实；计算机模拟物理实验是虚的，是以物理实验为基础的，是物理实验的补充，因此，不能用信息技术完全取代物理实验，而不做物理实验。更不能由于信息技术的新颖性，过多、无限制地使用。要知道，任何东西见多了、用多了，也会令人生厌，这样反而会适得其反。
    4．“整合”要注意实用性
    “整合”的目的是为提高教学的水平、教学的质量，不是为“整合”而“整合”，不是摆样子，图虚名，因此在进行“整合”实验时，要讲究实用，不能脱离实际，注意避免或叛乱少无益信息的干扰，有些教师为了整合的课件好看，加入许多装饰，偏离主题，分散了学生的学习注意力，因此，那些无谓、花俏的，与教学没有联系的信息，要避免减少，要把教学质量搞上去，这种“整合”才是真正有价值的，才是有生命力的。
   5．“整合”也要符合学生年龄特征
我们是在为中学生讲课，为中学生准备“整合”的素材，因此，这些素材一定要符合中学生的年龄特征，要提高艺术性，注意趣味性，让中学生爱听爱看，从中培养学生的兴趣，这样学生才能生动活泼的主动的学习，喻教于乐，事半功倍。
总之，信息技术与物理学科的“整合”，不是一个简单的操作过程，而是一个长期的复杂的学习、研究和实践的过程，是一个上上下下，多方合作的整体工程。需要有体现“整合”观念的物理教学大纲及课程标准，需要有体现“整合”精神的物理教材，需要有经过培训具有“整合”思想的物理教师，需要有方便教师使用的经过科学整合的多媒体教育教学素材库，需要有与之相适应的硬件设施等，这就需要方方面面对众多的项目进行广泛的探索、研究、实践。对于一般学校和物理教师而言，最直接的研究项目，就是在已有教学大纲和教材的框架下，去研究信息技术与物理课程的“整合”。
    信息技术与物理课程的“整合”，是一个教学改革过程，要破要立，要改变那种只重教师讲授，忽略学生因素，生搬硬灌的教学模式，改以发挥教师的主导作用，重视学生的主体地位，充分调动学生的积极性，生动活泼地学习模式；要改变那种只重知识结果的背诵，改以重过程的体会和理解，重能力的培养和提高；要改变那种只重抽象逻辑思维和推理，忽视形象思维的培养与提高；要改变那种傻教傻学的题海教学方式，变机械套用为灵活思考，变被动学习为主动学习，变固定式思维为发散型思维。只有这种“整合”才能达到更高的水平。