信息技术与物理学科整合的教学模式研究的实践与认识

信息技术与物理学科整合的教学模式研究的实践与认识发布时间：2019-03-27 11:07:08

信息技术与物理学科整合的教学模式研究的实践与认识

由于教育技术的迅速发展，探究性学习的开展，使课堂教学中教学内容呈现方式、教师教学方式、学生学习方式和师生互动方式都在发生深刻的变革。为探求信息技术作为一种重要的现代教育手段在物理课堂教学中产生的影响，我们选择“信息技术环境下中学物理教学模式”作为研究课题进行研究，经过三年的研究，取得了一些成果。
开展课堂教学整合实践
新课程标准要求从根本上改变传统的教学方式，即教师的教学方式、学生的学习方式、教学内容的呈现方式和课堂活动方式要发生根本性的变化，确立学生的中心地位，教师则由中心地位变为指导者、组织者、参与者，教学的目的不仅是知识的传授，更重视能力的培养，课堂活动方式不再是简单的传授—接受式，而是要大力提倡开展探究学习。
在新的教学方式下，如何发挥技术的作用？信息技术如何与学科教学进行整合呢？下面通过案例分析来阐述：
案例1：自由落体运动。
本案例由金迎时与尹志远老师共同设计，尹志远老师实施。
设计突出两个理论：
1）体现学生主体参与；2）体现教育信息技术支持下的主动探索型学习。
教学环境为电教室，可外接Internet。课前教师已做了大量的有关落体运动的资料存储在服务器上。
教学方式为小组合作式学习。
教学过程分为三个阶段：
1．任务选择。在这个阶段，教师根据上一节课的学习情况提出本节课的研究任务：根据所学知识研究一种特殊的直线运动：自由落体运动。要进行哪些方面的研究呢？教师根据资料向学生表明：对于这样一种运动，前人曾做过大量的研究，有的得出了正确的结果，有的得出了错误的结果。那么前人在他们的条件下是如何认识这种运动的呢？他们研究的方法主要是什么？哪种方法得出了正确的结果？根据资料了解前人对自由落体运动的研究这是本节课研究的第一个方面。
今天，我们有了先进的技术手段，可以进行怎样的研究呢？一方面，可以开展实验研究，从实验数据中探索自由落体运动的规律。另一方面，可以进行计算机模拟实验，利用仿真实验室开展模拟实验，通过模拟实验研究自由落体运动的规律。
教师明确任务后，学生自由分组，然后选题。共分成三个学习小组，每一个小组选择一项自己的研究任务。
2．分组学习。学生领到自己的研究任务后，分别开始了自己的学习。
第一小组：资料组，到计算机上通过Internet网进行查寻，可以上教师事先准备的网站，也可以查阅其它相关网站。也可以利用教材中闪光照片研究自由落体的运动规律。
第二小组：实验组，利用打点计时器进行自由落体实验，把纸带上记录的数据输入电子表格进行处理。比较羽毛与硬币的下落快慢，作好记录。做牛顿管实验，作好记录。
第三组：模拟组，利用仿真实验室进行模拟实验，按照伽利略的设想，他们设计了不同倾角的斜面，比较小球从不同倾角斜面上滚下时运动情况。

交流讨论；小组学习结束，开始交流讨论。

、资料组利用投影展示了他们的研究成果：人类对自由落体的认识分

三个阶段

亚里士多德的观点：重的物体落得快，轻的物体落得慢。
斯第问的怀疑阶段：有时候重的物体下落不一定比轻物体快。
伽利略的新观点：在没有空气阻力的情况下，轻重物体下落快慢相同。
简述伽利略应用归谬法推翻亚里士多德的思维过程。

②、实验组向同学们展示他们的实验原理、器材，通过数据处理提出自己的结论
③、理论组讲述了伽利略的研究思想，展示他们设计的模拟实验，通过模拟实验展示自由落体运动的规律，强调了从斜面上运动规律到竖直运动规律相似性这种思维的飞跃。

学生交流完毕后，教师对学生的工作进行了简要的点秤：
资料组的同学，资料搜集比较详细，并且提出了研究规律要透过现象看本质的论点，非常好。
实验组的实验设计原理恰当，数据处理工具的选择体现了技术的先进性，得出的结论可靠。
模拟组的同学采用了先进的技术手段，实现了理想环境下的实验，体现了物理学研究问题的思想，具有创造性。
然后教师与学生一起整理了大家的研究成果：

地面附近所有的物体在真空中下落快慢相同，与物体的质量无关；
自由落体运动是一种匀变种直线运动，运动的加速度为g=9.8m/s²；这个加速度称为重力加速度；
自由落体运动的规律如下：

速度与时间的关系：

位移与时间的关系：

速度与位移的关系：

4．空气阻力可以忽略时地面附近物体的下落运动可以近似看作自由落体运动；
最后，教师留给学生一个操作任务：利用秒表测量实验室三楼到地面的高度。这是一个有一定挑战性的的问题，学生熟悉的是有尺子测长度，秒表是用业测时间的，如何用来测高度呢？这就要求学生用到所学的知识了。
案例分析：
纵观本案例，充分体现了以下几点：
1．学生的主体性。教学过程中，学生始终处于主体地位，从学习任务的选择到分组学习，再到小组交流，完全遵照学生的自主选择，体现了学生的主体性。
2．主动探索。学生在任务的驱动下，通过小组间的合作，充分发挥了学生的主动性，通过自身的努力完成了学习任务。
3．高技术对主动学习的支持。利用互联网，学生可以跟三百年的科学巨匠对话，吸收他们的智慧，并发现他们的局限性。这时，互联网提供了信息资源环境；利用计算机，学生可以快速而准确地处理数据，从数据中发现规律，通过数据阐述规律的物理意义。这时，计算机成为学生研究的工具；利用仿真实验室，学生可以进行各种模拟实验，体验现代技术条件下的科学研究的乐趣，学习现代化条件下的科学研究的方法。此时，计算机成为学生探索的工具。
4．教师角色的转换。在本教学案例中，教师不再是知识的传授者，而真正成为了学习的组织者与帮助者，通过教师的组织与指导，学生自己完成了知识的建构，培养了科学探索的精神和能力，培养了对科学的兴趣，掌握了科学研究问题的方法。
我们将本案例的操作模式概括如下：

案例2：牛顿第二定律：
本案例由金迎时、王吉春设计，金迎时实施。
本案例设计思想突出定量研究，突出技术在定量研究中的作用；强调学科研究方法的培养。
教学环境为电教室，并提供物理实验器材。
教学过程分三个阶段：

提出研究课题，设计研究方案；

力是物体产生加速度的原因，有力作用在物体上，就有加速度产生，且力越大，产
生的加速度也越大。在相同力的作用下，加速度的大小还与物体的质量有关。因此，本实验要探究的内容是寻找加速度与力、质量三者间的关系。
如何开展我们的研究呢？引导学生利用打点计时器和小车等器材完成实验，再用计算机进行数据处理，从而探索力、质量、加速度三者定量关系的实验研究方案。
学生设计的实验装置简图如下：
信息技术与物理学科整合的教学模式研究的实践与认识

为了满足实验条件，用小铁珠代替沙桶作为牵引动力。这是一个创新，这样做的目的是为了满足作为牵引力的小铁珠的质量远远小于小车的质量这个条件，尽量多地取得实验数据。

开展实验研究，获取实验数据；

确定好研究方案后，同学开始实验。实验共分为两个步骤：
1）、研究加速度与外力的关系。即保持物体的质量一定，改变所施加的外力，测量同一物体在不同外力作用下的加速度，探索加速度与外力的关系；
2）、研究加速度与质量的关系。即保持所施加的外力一定，改革物体的质量，测量同一外力施加在不同质量物体上时物体的加速度，探索加速度与质量的关系。

处理实验数据，提炼实验结论；

实验数据用电子表格进行处理。电子表格的使用在学生培训过程中学习过，因此学生很容易完成。学生只需将上面的公式输入计算机，再将获取的数年输入计算机，计算便可以将数据处理出来，再利用电子表格的“图象输出”功能，可以画出图象。
以下是一组同学的实验数据及处理结果。
表一：加速度与外力的关系：
信息技术与物理学科整合的教学模式研究的实践与认识

表二：加速度与质量的关系
信息技术与物理学科整合的教学模式研究的实践与认识

从数据及图象中，同学得出了以下的结论：
结论一、当物体的质量一定时，加速度与所施加外力成正比；
结论二、当所施加外力一定时，加速度与物体质量成反比；
利用相关的数学知识，加速度、质量、力三者之间的关系可以写成下面的公式：

在教师的引导下，再结合看书，学生发现通过适当规定各物理量的单位可以使上面的表达式简化。如果这样定义力的单位：使质量是1kg的物体产生1m/s²的加速度的力为1N，则上式中k=1，于是上式可以简化为：

这是力与运动关系的最精炼、最简洁的定量表达式。
最后，教师引导学生提炼出本节课研究思路：

信息技术与物理学科整合的教学模式研究的实践与认识

案例分析：
通观本案例的教学，主要突出两个理念：
1）突出“主体—主导”性原则。
教师的作用，就是交给学生任务，让他们带着挑战性的任务进入研究的环境。在学生开始研究的过程中，教师帮助学生解决各种困难，比如牵引力提供，数据处理方案的确定等，引导学生认识从数据中得到的结论的物理意义，帮助他们提炼研究思路等。学生参与了发现问题、研究问题、总结规律的全过程，改变了传统教学中，学生只被动接受结论的教法。
2）突出规律的定量研究。
在传统的规律教学中，由于理念与技术的限制，多采用定性或半定量研究，只把规律当作已知的结论教给学生，学习方式是典型的传承式，学生只是被动地接受，长期处于这种学习方式下学习的学生，缺乏发现问题的眼光，缺乏研究问题的能力，缺乏创新精神。
在本案例的教学中，学生成为问题的发现者、研究者，规律的探索者。他们应用现代化的仪器和手段，去研究自然界最基本的规律。在研究中，他们体验到了科学研究的艰辛与乐趣，感受了科学本身的魅力，感悟了科学家为追求科学真理而孜孜以求的精神。通过这样的学习活动，学生不仅掌握了知识，更掌握了科学研究的方法，培养了科学研究的能力。这是传统的教学很难达到的效果。

总结以上二个案例，我们概括出了以下的课堂教学操作模式：

从以上二个案例中，我们可以看到，技术是作为一直先进的工具在支持探究性学习的开展的，即技术是一种先进的工具，它在教学过程中支持教学活动的进行，可以用来搜集资料、采集数据、处理数据、交流成果，但它不是课堂教学的主体，更不是课堂的主宰。在教学的设计、教学过程的引导中，关键的因素仍然是教师。
在课题研究过程中，我们不断地实践、探索，定期举行研究课进行研讨，在市举办的教学能手大赛、主题资源网络课设计大赛以及各类研究课、公开课中，均取得了突出的成绩。

研究成果分析
1、 理论认识方面的成果；
（1） 对整合的概念的认识；
将信息技术主要作为一种工具、媒介和方法融入到教学的各个层面中，包括教学准备、课堂教学过程和教学评价等，利用新的技术，产生新的教学方式和学习方式，达到提高教学质量之目的。
（2）辅助教学与整合之间的区别
信息技术与课程整合与计算机辅助教学是两个不同的概念。整合与辅助教学之间是什么关系呢？我们可从以下几个方面加以区别：
理念不同：
信息技术与课程整合强调的是整合和融入。信息技术与课程整合是基于全局观和系统观的。信息技术与课程整合考虑整个课程的整体效果，而不是孤立的知识点。它考虑整节课甚至整个单元，强调采取信息化教学设计的方法来进行课程与教学设计。计算机辅助教学则强调的是辅助，即考虑强化某一个知识点，它考虑的只是促进某个知识点的教与学。
信息技术的作用不同　　
在信息技术与课程整合中，信息技术已经成为课程与教学中的一个因素，成为教师教的工具、学生学的工具以及环境构建的工具。计算机辅助教学则只是把信息技术作为辅助的媒体和工具。
范畴不同　
信息技术与课程整合所包含的范畴很广。信息技术与课程整合实质上包含计算机辅助教学。信息技术与课程整合在计算机辅助教学基础上发展起来，不但理念提升，而且范畴扩大。凡是与信息技术相关的教学活动都可认为是属于信息技术与课程整合。信息技术与课程整合可以包括以下三个方面：信息技术作为教学工具、学习工具、环境构建工具。而计算机辅助教学的范畴则较小，主要是教师使用信息技术来辅助教学，也有较少的时候学生使用信息技术来辅助学习。计算机辅助教学和信息技术与课程整合相比较，从计算机扩展为信息技术，从教学扩展到课程，从辅助扩展到整合。
目的不同　　
信息技术与课程整合最高的目标乃是有效地改善学习。在信息技术没有与课程整合之前，学生的学习仍然进行，并能够取得一定的学习效果。信息技术与课程整合后，将有效地改善学习，革新传统的学习观念，改善学生的学习方式，改善学习资源和学习环境，构筑面向未来社会的学习文化。信息技术与课程整合可以提高教学质量，也可以在一定程度上提高学生的信息素养。计算机辅助教学则主要是为了提高教学效率，结果是有限度地提高了教学质量。
实施不同
信息技术与课程整合的实施需要将既有的课程与教材进行重新设计。教师需要转变教与学的观念，转变教学方式与学习方式。信息技术与课程整合受到信息技术基础设施、教师信息化技能和教学设计能力、学生信息化学习能力等诸多因素的限制，所以信息技术与课程整合在实施上难度较大。计算机辅助教学则一般只需要教师使用固有的软件进行演示，对教师的课程与教学设计的能力要求不高，所以计算机辅助教学实施的难度较小。
（3） 对信息技术的概念的认识
关于信息技术，有不同的理解。我们的理解是：以计算机为核心的信息技术，主要指多媒体计算机、教室网络、校园网和因特网(Internet)、传感器等。
（4）信息技术在教学中的作用、地位及整合的基本模式的认识；。
结合课堂整合实际，我们提出了以下三种基本操作模式：

小组合作式学习；

2．小组间交流式学习；
3．基本主题资源网站的小组学习；
2、课堂教学整合实践方面的成果；
课题组教师进行大量的公开课和研究，完成了大量的课堂教学整合案例，以下列出部分案例：
（1）．研究自由落体运动；
（2）．研究牛顿第二定律；
（3）．研究电源电动势与内电阻的测量方法；
（4）．研究带电粒子在匀强电、磁场中运动规律；
（5）．电感和电容对交变电流的影响
3、 教师专业发展方面的成果；
通过参与课题研究，我们教师快速成长，在理论、教学实践两方面都取得了显著的成果。
在理论方面，课题教师积极撰写论文，共有2篇获全国性奖.
在实践方面，课题组教师做了大量整合研究课，其中 1节获市级奖，5节获县级奖。其中金迎时老师成为市级教学能手等。
4、学生发展方面的成果；
在课题研究开展的过程中，参与课题的教师注意转变学生学习方式，在课堂教学中开展探究学习。教师不再单纯传授知识，学生不再被动接受知识。课堂教学经常围绕一个主题展开，学生可以围绕主题搜集资料，展开讨论和研究，最后通过演示文稿或主题资源网站发表自己的研究成果，同学参与讨论与评价。在进行资料搜集和研究的过程中，技术扮演着非常重要的角色，或做资料搜集的工具，或做信息采集的工具，或做数据处理的工具，或做成果汇报的工具，或做评价的工具。总之，在探究性学习的开展过程中，技术起着重要的支持作用。
结束语
信息技术与课程整合不是简单地将信息技术应用于教学，而是高层次的融合与主动适应。我们必须改变传统的单一辅助教学的观点，从课程的整体观考虑信息技术的功能与作用。创造数字化的学习环境，创设主动学习情景，创设条件让学生最大限度地接触信息技术，让信息技术成为学生强大的认知工具，最终达到改善学习的目的。
信息技术与课程整合，其主体是课程，而非信息技术，切勿为使用技术而使用技术，甚至不惜以牺牲课程目标的实现为代价。应以课程目标为最根本的出发点，选用合适的技术。避免在使用传统教学手段能够取得良好效果的时候，生硬地使用信息技术。
信息技术整合的最终目的是改革传统的教学结构，即要改变教师为中心的传统教学结构，信息技术不仅是一种手段，更是教学的一个要素。在教师、教材、学生、信息技术四要素中，学生是主体，教师是主导，教材是案例的载体，信息技术则是技术教师教、技术学生学、激励学生情感、创设数字化教学情景的强大技术力量。
信息技术与课堂整合实践将是一个长期的过程。在课题开展的过程中，许多教师分不清整合与辅助教学之间的区别，甚至还有的老师认为信息技术就该是辅助教学的工具。要从观念上发生根本的改变，只看几篇文章，听几次报告，上几节研究课是远远不够的。虽然课题已经完成，但我们还会在今后的教学实践中继续研究、实践。