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应用信息技术优化中学物理科学探究教学厦门外国语学校 钱永昌（361012） 摘要：随着素质教育的发展和教育信息现代化的要求，以计算机技术、计算机网络技术、多媒体技术为基础的信息技术（IT）已经在中小学课堂教学实践中普及开来。而信息技术与其他学科进行教学整合，是普及信息技术的关键，是信息技术与其他学科教学双赢的一种教学模式。本文主要论述信息技术如何与中学物理科学探究教学进行整合并结合自己的物理教学实践，谈几点体会与做法。 关键词：信息技术、优化、中学物理课科学探究教学 1.应用信息技术优化中学物理科学探究教学的内涵 应用信息技术优化物理科学探究课程教学，是指将信息技术融入到科学探究课堂的有机整体中，成为科学探究教学的组成部分，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，达到整体优化，以高效达成课程目标。应用信息技术优化物理科学探究课程教学具有以下几层含义： 1.1 优化的主体是课程，以实现课程目标为最根本的出发点，以改善学习者的学习为目的，变被动学习为自主学习。优化要让信息技术服务于学科教学，既应用于教师的教，又适用于学生的学，让学生充分接触、使用信息技术，通过信息技术改善学生学习的方法与效率。 1.2优化是有机的融合。信息技术既是教学内容的有机组成部分，又发挥着教学环境的作用。通过创设数字化、网络化的学习环境，让学生自主学习，从而最大限度的接触信息技术，并使信息技术逐步成为学习者强大的认知工具。 1.3 优化是具有革命性的一种教学模式，它使信息技术既是辅助教学的工具，又是学生学习的认知工具、研究工具。优化将引起学习方式的改变，改善传授式、接受式的学习，加强指导性、探究式学习。 可见，应用信息技术优化物理科学探究课程教学要求将信息技术非常自然地应用到物理科学探究教学过程中，优化各种教学资源、各个教学要素，促进教学方式的根本变革，有效地应用信息技术的优势来更好地完成物理课程学习的目标，从而达到培养学生创新精神与实践能力的目的。 2.应用信息技术优化中学物理科学探究教学的重要意义 科学探究即探索和研究，是人类渴望了解自然奥秘所进行的一系列活动。本文所谈的科学探究则是指科学课堂中的一种积极主动而有效的教学方式。具体而言就是从学科领域或现实社会生活中选择和确定研究主题,在教学中,创设一种类似与学术(或科学)研究的情景,通过学生自主独立地观察,提出问题,假设与猜想,制定计划,实验与收集数据,分析论证,交流与评估等来获得知识、技能、情感与态度的发展,特别是探索精神和创新能力的发展的学习方式和过程。以多媒体化、网络化、智能化为主要特征的信息技术与中学物理科学探究课程的整合，必将对传统的课程理念、课程内容、课程实施以及课程资源产生深刻的影响，将导致教学方式和学习方式的变革。推进信息技术与中学物理学科课程的整合，是我国面向21世纪新一轮基础教育课程的改革的新视点。可见，新一轮国家基础教育课程改革突出强调信息技术与学科课程的整合。它的另一个重要而具体的目标，就是要改变至今仍普遍存在的学生被动接受、大运动量反复操练的学习方式，倡导学生主动参与的探究式学习。各学科新课程标准中均花大量篇幅强调探究式教学。《物理标准》中明确指出科学探究既是学生的学习目标,又是重要的教学方式之一。不仅如此，《物理标准》还将科学探究纳入内容标准。因此,可以认为应用信息技术优化物理科学探究课程教学是新课程改革顺利推进并取得实效的需要。下面具体谈几点应用信息技术优化物理科学探究课程教学主要意义。 2.1应用信息技术优化物理科学探究课程教学，可以为新型教学模式结构的创建提供最理想的教学环境。 2.1.1优化使物理教学手段更加丰富、生动、有效。多媒体技术使教学图文并茂，知识以丰富多彩的形式表现出来，能够克服传统物理教学中语言描述具有不确定性、文字说明比较抽象乏味、实验演示只能给学生以结论的缺陷，有利于激发学生的学习兴趣。 2.1.2优化突出了学生的主体性。信息技术能够突破教育环境的时空限制，使学生在特定的接近现实的情景中，主动地获取知识，学生从被动的接受者，转变为学习主体。 2.1.3优化有助于探究情境的创设。超文本特性与网络特性的结合，提供了极丰富的信息资源，构成进行自由探索和自主学习的开放环境，能有效地培养学生自主发现、探索学习的能力，有利于调动学生思维的主动性，实现培养创新精神和促进信息能力发展的探究式学习。 2.1.4优化能真正落实因人施教的教学原则。借助计算机网络技术，建立虚拟的学习环境，能对教育信息及时收集与反馈，使表现方式和节奏更符合学生的学习进程，从而为实现物理教学过程的因材施教提供技术保障。 2.1.5优化使物理科学探究教学更具开放性。信息技术既可以构建个别化学习环境，也可以营造协作式学习氛围。计算机网络网络使教学过程从局限在课堂中的封闭走向开放，不同地区的学生可以围绕同一课题组成小组进行网上自主与合作学习。网络还为学习者提供对相同问题的多种不同观点的比较、分析和思考的条件，在集思广益的基础上，深化对知识的理解和掌握。 2.2应用信息技术优化物理科学探究课程教学，意味着学习方式的变革 建构在网络环境下学生自主学习的方式，应用信息技术优化物理科学探究课程教学所追求的目标。应用信息技术优化物理科学探究课程教学，意味着信息技术不再仅仅是一种技术手段，而是一种学习方式的根本变革。信息技术在学生自主学习、主动探究、合作交流等方面有明显的优势，学习者将从传统的接受式转变为主动学习，形成一种将书本知识与社会信息相结合、教师传授与自我探索相结合的观念和模式。 目前信息技术应用于物理课程教学的主要并且行之有效的方式是计算机辅助教学（CAI），教师利用多媒体教学课件，形象地演示某些难以理解的内容，或用图表、动画等展示动态的变化过程和理论模型等。这种演示型辅助教学的模式往往仅把信息技术作为知识呈现、情景展示的工具，但同时忽视学生学习的内在规律，学生难以参与教学，其任务仅是理解和吸收教师传授的知识。信息技术与物理教学的整合将走向更多地利用光盘、网络检索、信息浏览、信息下载的方式获取大量的信息资源，并通过与计算机的智能交互，通过教师和同学的协作交流，进行自主学习和网络协作，从而达到建构物理知识、提高学习能力，培养创新精神的目的。教师的“讲”更多的由学生积极参与的活动所代替，学生由“听讲”、“记笔记”的学习方式更多地变为观察、实验和主动地思考。现代信息技术提供的大量资源构成有利于学生自主选择学习方向，建构学习情景。例如，“小粒子与大宇宙”章节的学习，既可以通过学习教材的知识掌握好基础，又可以让学生借助网络资源，自主学习。学生可以根据需要，随时通过互联网查找相关的教学信息，并且找到许许多多的生活中的实例，从而激发学生学习的兴趣，甚至可以到网络上找到物理学史上非常经典的实验模拟以及相关视频，通过观看让学生感受到物理世界的无穷奥秘。这将使学生更多地了解知识的形成过程以及拓展、应用。在这种环境中，学生变整齐划一的“不得不学”为主动多样的“要求去学”，真正成为学习的主人。 2.3应用信息技术优化物理科学探究课程教学，构造了自主探究的技术环境 新一轮基础教育课程改革中，学生将越来越多地参与到探究性课题的研究，进而意识到他们自己所学知识与科学发展、社会生活的关联。在探索过程中，他们不是机械地记忆信息，而是根据某项“任务”，自主搜寻、检索、分析、组合与探究课题有关的资讯，从而达到培养获取信息、处理信息的能力和基本的科学素养的目的。信息技术为学生在学科教学中的探究学习提供了技术工具和环境氛围。 工具软件是课题研究的重要辅助工具。“Machomedia Flash”是一种典型的主流的可以辅助学生进行探索和研究的工具软件，学生可以从动态的演示动画中去观察现象、读取数据、探索和发现研究对象之间的数量变化关系。如我们曾借助《Machomedia Flash》，制作“连通器、船闸”让学生探索连通器的特点、原理、应用以及船闸的工作过程等；制作“液体压强”让学生通过动态的模拟实验探索影响液体压强大小的因素……这样，学生在探索中学，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。又如物体密度的测量、阿基米德实验、杠杆的平衡条件的探究等，学生可以利用课件自己设计实验，通过人机交互对话框调整参数，探究不同参数状态实验情况并获得相关的实时数据。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，可以为学生就一些需要进行实验而缺少实验条件和实验环境的探究学习内容提供帮助。诸如《Machomedia Flash》、《 仿真物理实验室》等平台，为学生提供自我动手、探索问题的模拟实验环境，学生面对问题时，可以使用它们自己做实验，来发现、总结一些规律。如此整合，信息技术扮演着“研发工具”的角色。 网上资源为物理课题探究提供了丰富的材料，学生不但可以看到、听到各种信息，而且可以进入学习内容中去。课程教学中，可不定期在校园网上公布一些“探索研究”的课题，以激励学生试着去设计实验、解决特定的问题。学生可以围绕选题，通过网络资源，查找有关资料，整理自己的成果，写成小论文在网上发布；也可利用电子邮件、BBS等，围绕探究的主题进行讨论交流，各自形成自己的判断，表达自己对问题的理解以及解决问题的不同思路，相互解疑、争辩和评价，相互合作解决各种问题。在网络上提出和设计研究课题，指导学生在现实生活和文字资料中进行探究性学习，然后利用网络进行跨时空交流，综合各方面的信息，能大大提高学生在信息时代的学习与研究能力。 2.4应用信息技术优化物理科学探究课程教学，带来课程资源的变化 信息技术的飞速发展，网络资源的丰富性和共享性，都冲击着传统的课程资源观。课程资源的物化载体不单是教学用书、参考资料等纸质印刷品，学习者可以直接从信息化环境和数字资源中获取知识；课程资源的生命载体不单是教师，学习者也可以通过信息技术从学习化社区、其他学习者、在线专家等方面获取课程内容，达到最终的学习目标。网络资源的突出优势在于知识更新速度快、能够突破教育环境的时空限制，用各种相关资源来丰富封闭的、孤立的课堂教学，极大扩充教学知识量。“优化”要求教师对课程教学内容进行信息化处理后成为学习者的学习资源，并提供给学习者共享。一种有效的策略是依照学科教学任务，组织人力收集与之相关的知识信息，尤其是最新科学发现、最新科技成果方面的信息，形成本校知识资源库。其中应包含许多不同情境的应用实例和有关的信息资料，以方便学习者依据自己的兴趣、爱好，去主动发现、主动探索，比如：演示型或交互型教学软件、知识素材、学法指导、疑难解答、生活物理等等。若教学资源库不能满足要求，则可通过适当链接进入Internet网，以寻求更多的资源或信息。 从传统的计算机辅助教学到现在的信息技术与课程的整合观，是基本理念的飞跃，其最根本的出发点是教学从以教为中心向以学为中心的方向发展，更加关注学习者，让学生最大限度地接触信息技术，让信息技术成为学习者强大的认知工具，同时也关注信息技术对学习内容和学习环境的影响。只有这样，才能使信息技术成为学生发展的助推器，真正在物理教学中发挥对学习的变革性的推动作用,最终达到改善学习的目的。 3、应用信息技术优化中学物理科学探究教学的实践 下面我结合物理教学的实践谈应用信息技术优化中学物理科学探究教学几点做法与体会： 3.1信息技术与中学物理实验的整合实践活动 3.1.1信息技术与物理实验教学整合，发挥演示实验作用 物理是一门以实验为基础的学科，实验教学和演示实验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过程， 可以弥补常规实验仪器的不足，提高物理实验的演示效果。 如在做凸透镜成像规律实验时，先用常规仪器按传统实验方法进行演示，由于常规实验仪器的限制蜡烛在光屏上所形成的像随着物距的变化而变化的这一现象不是很明显，致使学生对凸透镜成像的特点理解不够深刻。此时改为采用多媒体技术进行凸透镜成像规律模拟演示实验，演示物距从无穷远至小于焦距的整个实验过程中物距、像距和像的变化情况，整个模拟演示实验过程流畅、直观，而且使结合常规实验共同完成的，从而使学生对该实验有了一个清晰完整的认识，很容易记住凸透镜成像的规律和特点。由此可知通过信息技术与物理探究实验整合，可以突破常规实验仪器的局限性，所以我们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，成为常规实验的辅助，并把两者结合起来，使实验教学上升到一个新的层次，从而有助于学生发现规律、获得知识，提高学生的科学文化素质和实验技能水平。 3.1.2在网络技术环境支持下，培养学生自主究式学习 在物理实验室，一方面由于怕发生意外和造成实验仪器的损失，有许多实验室规章制度，对学生提出较多的限制；另一方面由于实验环境和实验条件的限制，实验结果往往和物理理论不一致，甚至出现相反的数据，这一切暴露出了传统实验室的许多弊端。 让学生在网络环境下进行虚拟实验室操作，以自主模拟实验为基础进行多媒体教学，则可以解决这一难题。如我们在上电学实验课时，通常会告诉学生,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，而有些学生自主意识很强，常常会进行一些“地下操作”，最终损坏了仪器。然而，从另一方面看这些“破坏性”强的学生实际上也是动手能力、创造能力强的学生。在网络环境下，倡导学生自主探讨性实验，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。如本人曾在网络环境下采用“仿真物理实验室”虚拟电学实验，学生可以根据自己的需要随意组合实验器材，如果组装的过程出项错误，实验现象会告诉学生实验的结果，从而加深学生对物理实验的探索兴趣，培养学生的实践精神，实现网络与物理学科教学的整合。学生在网络技术环境进行多媒体实验操作，通过网上人机对话，学生可以一边操作一边在网上畅游，获取新知识，或与其他同学交流。如果学生在网络虚拟实验室遇到问题，就可以通过网络从其他同学那里获取相关信息，进行讨论，让学生自主学习，并自主观察模拟实验，从而掌握学习成果和学习方法。 这种虚拟实验室为学生提供了全方位的开放性的操作环境，使学生在课堂上实现了在虚拟世界的真实体验。信息技术与物理实验教学整合，能够培养学生自主模拟实验、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世界观。 3.2应用信息技术优化物理科学探究课程教学的课例 3.2.1课例一 ：《探究影响滑动摩擦力大小的因素》 1、利用信息技术创设新颖有趣的问题情景，激发探究的欲望 创设新颖有趣的问题情景，有利于吸引学生注意力，使科学探究的课题更能激发学生自主探索的欲望。例如在本节教学的引入中，我利用多媒体课件展示奥斯曼土耳其帝国军队利用在木板面上涂大量的牛油以减少它对舰艇滑动摩擦力的做法，借夜色掩护悄悄将80艘舰艇通过陆地绕过对方的海上封锁线，到达目的地的历史战争故事情景。这样，大大地激发了学生探究该课题的兴趣，使随后探究开展得更加顺利。 2、利用信息技术强化对学生规范化实验的要求，保障探究取得实效。 物理学是一门以实验为基础的自然科学。物理学的许多理论和定律都是人们通过实验总结出来的。物理课堂教学中的“科学探究”当然也离不开实验。在测量摩擦力的大小前老师拉着木块在水平桌面上做匀速直线运动示范。并介绍当木块做匀速直线运动时，拉力和摩擦力大小相等．所以，只要用弹簧秤测出拉力的大小，就知道了摩擦力的大小．注意：1、匀速拉动。2、弹簧秤轴线方向与拉动方向一致。教师演示，同学们与老师一道做一做。与此同时为了强化对学生规范化实验的要求，节约教学时间，提高实验的可见度，我还利用视频将整个示范过程多次播放出来。 3、利用信息技术创设丰富多彩的应用情景，培养学生探究的兴趣。 本节课我播放视频——车在雪地和泥地打滑，机器的转动部分安装滚动轴承特写，推油桶，磁悬浮列车、气垫船。形象生动、有声有色的介绍摩擦力在生活中广泛地应用，培养学生探究物理知识浓厚的兴趣。 信息技术作为先进的教学媒体与物理学科整合，不但深化了物理学科科学探究教学、加大了学科信息容量，而且提高了课堂的教学效率。 3.2.2课例二：《科学探究——阿基米德原理》 1、利用信息技术展示优美而熟悉的画面，陶冶高尚的情操。 本节教学一开始我播放视频片段：1、氢气球在空中飘扬。2、行驶的渡轮。其中氢气球是以我校美丽的校园和厦门人民会堂为背景。行驶的渡轮是以厦门的国家级风景名胜鼓浪屿日光岩为背景。这样学生在学到了物理知识，也接受了美的熏陶。 2、利用信息技术展示真实的物理情景，丰富学生的探究体验。 本节教学我还利用数码DV拍摄轮船的吃水深度随乘客多少的变化，通过蒙太奇手法刺激学生感官促使他们就轮船受到的浮力等于什么产生直觉思维。 3、利用信息技术展示板书。 利用信息技术展示板书。不仅条理清晰，美观大方，而且节约大量教学时间提高了课堂容量。 3.2.3课例三：《超声与次声》 在讲授《超声与次声》一节的教学内容时，我充分利用了网络教室的资源，首先做好学生的预习工作，要求学生通过网络教室能够上互联网这一功能，利用有限的教学时间搜集本章所学内容的相关知识、实例、音频、视频以及多媒体演示课件，并通过分组的形式对搜集到的信息资源进行整理，并让同学代表讲解自己小组在这次实践活动中学到的知识、技能以及还存在的没有解决的实际问题，进一步调动学生自主学习的积极性，对同学们提出的没有解决的问题进行讨论，再一次利用网络教室进行相关信息的搜集与整理，很快便解决了同学们的问题，获得了非常好的教学效果。我们通过信息技术与物理课程教学的整合，激发了学生对物理学科的学习兴趣，提高学生课堂上的参与意识，同时也能鞭策我们教师去进一步完善课堂教学，使教学过程更具有科学性，帮助教师在课堂上更合理地掌握和利用时间，吸引学生的注意力，使学生在课堂上接受和掌握更多的知识，提高物理课堂教学的效率。 这次的教学实践活动给了我很大的启示，在信息时代，如果能够让学生利用起互联网、多媒体软件、网页制作软件，将会给教育工作者的教学带来前所未有的生机。 3.2.4课例四：《做功了吗》 在探究功的必要因素时，我利用课件创设了一系列有做功与没有做功的情景，引导学生通过观察、思考、分析，用自己的语言总结出做功的必要因素。具体操作如下： 情景一： 上学时，我们背着书包以同样的速度爬楼梯 1、如果背同样重的书包，爬的台阶越多，人感觉越。 2、如果爬相同高度的楼梯时背的书包越重，人感觉越。 以上两种情况人对书包的支持力都对书包做了功。从以上情景中，我们猜想认识功关键应该从哪些方面着手呢？（引导学生猜想认识功关键应该从力和距离两个方面着手） 情景二： 1、用弹簧测力计水平匀速拉小车。 这个过程我们的拉力对小车——做功。 2、手推一下小车，小车继续向前水平运动。小车离开手后，我们对小车—— 不做功。 3、以上两种情况桌面的支持力对小车均不做功。 （引导学生总结F垂直S时不做功，即F与S无因果关系时该力不做功） 情景三： 3.3应用信息技术优化物理科学探究课程教学的体会 我们利用信息技术可以做到创设物理探究情景、模拟物理探究实验、查询探究信息、处理探究实验数据、提供交流探究论坛、呈现精彩板书等。值得一提的是应用多媒体课件模拟物理实验最好应先提供真实情景或实验，然后借助计算机模拟，进而突出重要步骤和重要环节，最后进行归纳总结，抽象出物理规律。这样做的目的是突出物理实验的真实性，强化多媒体课件的辅助作用。另外，教师还可利用计算机提供的网络平台，让学生以“论坛”的形式向同学和老师寻求帮助和进行其他交流活动。这种做法有利于师生、生生间的沟通，从而及时了解学习过程中存在的问题，提高课堂效率。 总之，随着信息技术和物理学科教学整合的发展，将信息技术的方方面面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，信息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。但我们确信信息技术在和学科教学中整合中将大有作为。以上是近几年我在物理课堂教学实践中应用信息技术优化中学物理科学探究教学，进而提高探究效益所做的一些尝试及体会。希望能得到专家和同行们的指导。
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