数字化、信息化已成为时代的潮流,人们的日常生活、学习、工作等已越来越离不开信息技术。信息化环境是我们的学生生活和学习的环境,也是学生未来踏上社会工作的环境,让信息技术进入中学物理课程,成为物理课程的组成部分,可以帮助学生熟悉信息化环境,加强物理课程内容与现实世界的联系,促进学生学习方式的改变,促进学生的发展。因此,中学物理课程必须进行改革,“中学物理未来课堂”必须构筑信息技术平台,实现物理课程与信息技术的整合。
一、物理课程与信息技术整合的目的与意义
1.推进中学物理教育跨越式发展
现代教育不仅必须适应现代社会发展的需求,而且必须通过培养新型人才来促进现代社会的进步与发展。近年来,现代通讯、传感等高新技术迅猛发展,极大推动了以计算机为核心的网络、仿真、人工智能等技术的发展,进而为教育的信息化推进提供了可能。多媒体教学技术的应用、网络资源的积累和发展、数字化实验系统的开发和普遍使用,已经开始改变传统的中学物理课堂,大大拓展了学生研究的视界。
近年来,中共中央、国务院和教育部在其召开的全国教育工作会议与全国基础教育工作会议上,都反复强调:必须深化教育改革;必须全面推进素质教育;必须大力发展教育信息技术,利用信息技术推动教育的跨越式发展。因此,开展物理课程与信息技术的整合,目的是针对实施素质教育的对象学生这个重点,体现“以学生发展为本”的课程理念,充分发挥现代信息技术的优势,深化基础教育的改革、促进素质教育的实施、推进物理教育向现代化的跨越式发展。
2.促使中学物理教育革命性变化
《上海市中学物理课程标准(试行稿)》(以下简称《物理课程标准》)明确指出:物理课程必须与信息技术整合,构筑信息技术平台,建立数字化信息系统 (Digital Information System,简称DIS)实验室;充分运用教学软件和计算机网络,实现信息共享和互动交流,增强在信息化环境下自主学习的意识和能力。在《物理课程标准》中,信息技术实际上已经成为物理课程的一个组织部分,也是物理课程改革的重要改革理念之一,其整合的成败关系到课程改革的推进。运用信息技术不仅是改进教学的手段,而且是改变学生的学习方式,进而促使学生自主学习,引发物理教育模式变革,为培养信息时代的接班人开辟了新的途径。只有物理课程与信息技术的整合,才能使物理课程符合时代的要求。
信息化是现代教育手段所具有的重要特征,它能为物理教育过程创设具有多元化特征的良好的学习环境,从而为在物理教育过程中实施现代教育理念提供了可能性。充分运用信息技术,培养学生信息意识,提高学生信息获取、处理和应用信息的能力,以适应学生在信息时代终身可持续发展的需求。在物理课堂教学中,利用 DIS显示一些无法演示的物理过程,实时采集、处理数据,迅速得出结论;在探究性学习中,可利用网上资源优势,在网上进行交流评价;还可以通过网络进行人机之间、师生之间和学生之间的交流,使合作学习、个性化学习成为可能。
二、物理课程与信息技术整合的途径与方法
1.利用网络资源整合物理课程
国际互联网凝聚了全世界人类的智慧和奉献,其内容丰富程度和搜索的便捷程度是以前的人们难以想象的。网络资源对于中学物理教育来说,其价值不仅仅是指存在于各服务器内部的及其丰富的内容,还在于网络是一种交流与沟通的平台,平等、灵活、开放的特点,这对于教师和学习者来说显得尤为重要。有的教师和学生在互联网上建立了自己的网站,专门收集和发布物理教学资源,这个过程不仅促进了自己对物理教学和学习的自觉性与质量,更重要的是他们已经在教学和学习过程中创造了──为互联网增添了新资源,也就是为其他人的教学和学习提供了便利与知识。
2.利用多媒体教学手段整合物理课程
由于计算机与多媒体技术的迅速发展,越来越多的教师开始在课堂教学中应用最新的电脑科技及多媒体技术,很多地方和学校加强了对教师的应用技能培训及多媒体教学资源库的建设,并创造了大量动态、直观的优秀课件, 这大大提高了课堂教学的效率,甚至在某种程度上已经开始改变传统的课堂教学模式。多媒体是一种特殊的教学载体和工具,提供了学生更多主动学习的机会。另外,由于多媒体教学的高效性,在课堂上学生将拥有更多的讨论、提问的时间等等。多媒体教学的出现在客观上能够使教师养成终身学习的习惯,促成教师、学生、教材、课件和媒体间的良好互动,更快实现教育向现代化迈进的步伐。
3.利用仿真实验整合物理课程
仿真实验是用计算机软件模拟物理过程,不同于一般的教学课件。之所以称其为实验,是因为它包含了一般实验的特点和主要过程,仿真实验甚至可以做真实实验无法做到的实验。由于可以调节观察的时间和空间,仿真实验可以使学生看清楚快速运动情况下物体的运动情况;也可以让学生看到很长时间的变化,或者看到很大范围或很微小的运动情况。虽然仿真实验不能替代真实的实验,但仿真实验是整个现代物理实验的一个组成部分,研究它对物理实验教学的作用是很有价值的。
4.利用机器人技术整合物理课程
机器人是集传感技术、控制技术、计算机技术和机械设计为一体的新技术。机器人在工业生产、科学研究和生活中得到越来越多的应用。在《物理课程标准》中引进了机器人要求,在新编的物理教材中也编入了“机器人学习包”。机器人教学内容已经成为新物理课程的一个部分。机器人制作和学习实际上是一个综合性的实践活动,通过对提供的模块进行熟悉和组装,并自行设计软件来控制相应的机械活动,达到寻迹、灭火、跳舞、声控等多种效果。这个过程对促进学生综合运用所学到的物理知识有很大的促进作用,同时也能让学生体会技术的一般过程,即需求、设计、制作和评价,体验科学、技术和社会之间的相互关系。
5.利用数字化实验系统(DIS)整合物理课程
数字化实验系统,是根据物理实验教学的实际需求,贯彻二期课改的理念,综合运用包括硬件、软件在内的信息技术手段构造的,集实验数据采集、显示、分析、处理等功能于一体的实时实验系统。它实际上已经成为新物理课程的重要内容,开创了一条信息技术与物理课程整合的新途径。由于引入DIS实验后,使物理实验的目的等都会发生变化,进一步突显物理实验教育的功能,从而大大加强物理实验教学,如,DIS技术应用于实验教学,使实验准备和数据处理时间大为缩短,为师生节省了大量时间,用于探索研究,实现了课改的理念。在物理课程中引入DIS技术,还具有方便、精确、细微化等优势,解决传统实验技术方法无法进行的或无法显示的实验或无法处理数据的实验,充分挖掘物理实验的资源价值,提高实验的探索性,使信息技术从学习对象转变为学习工具。运用信息技术不仅是改进教学的手段,而是改变学生的学习方式,进而促使学生自主学习,引发物理教学模式变革,为培养信息时代的接班人开辟了新的途径。
三、物理课程与信息技术整合的作用与效益
1.带动了教师教学方式的变革
物理课程与信息技术的整合,使得物理教师的备课,不仅仅是备教材、备学生,还应该备课堂教学与信息技术的结合。完美的结合能够给学习者带来美妙的享受,能够激发学生的学习热情,能够提高课堂教学效率;完美的结合还能够给教师带来成功的感触,能够激发教师的工作热情,能够提高教师专业水平。
在全国第七届中学物理青年教师大奖赛中,河南省开封市十四中学杨凯老师在《家庭电路》一课中,在教学中设计了认识家庭电路的组成、连接、试电笔的使用、触电与急救,安全用电常识和从物理走向社会等六个教学环节具体落实和评价三维目标,并利用信息技术将六个教学环节有机地组合在一起。新课教学时,利用课件展示了不同时代家庭电路中保护装置的图片,通过历史变迁的介绍,引导学生感悟到电路元件在不断的完善中变的更安全、更方便,感受到科技的进步;通过小组合作连接电路,给学生创造实践的机会,强化将科学技术应用于日常生活的意识,体会成功的快乐;在了解触电与急救环节,用模拟人演示触电的两种类型,帮助学生直观感受触电现象,建立自我保护意识,学会科学的救助方法。课的结束,以查阅资料、写小论文的形式布置作业,培养学生收集信息的能力,学以致用,体现“从物理走向社会”的理念。本节课是一堂体现新课程理念,实现教师教学方式改变和学生学习方式转变的成功课例。
2.带动了学生学习方式的变革
物理课程与信息技术的整合,可以使更多的学生能够主动、自主的学习,更能够体现因材施教的原则。有效的利用丰富了学生的学习方式,提供了学生更多的学习时间和更大的学习空间。
上海市延安初级中学何卫萍老师在二期课改新教材试点教学的过程中,尝试自建网站进行物理课堂教学,取得了显着成效。她的具体做法是:选择较适宜于网络教学的课题,搜集大量的资料、图片,并制作相关的动画,建立资源丰富的网站,在多媒体教室中进行教学。教师提出探究主题,引导学生在网站上进行探索研究,有效地实现自主学习,提高学习效率。为了运用好主题网站教学的优势,在教学过程中,何卫萍老师把探究问题过程分类为三个阶段:一是感知物理事实阶段,教师提出教学目标及探究的任务,引导学生在网站及教材中收集有效信息。二是思考交流阶段,教师引导学生分析处理信息,运用网络进行讨论交流,得出初步结论。三是解决问题反馈评价阶段,教师在网站上事先制作反馈练习,在探究活动结束时,让学生练习,最后由计算机可以作出评价。例如在《太阳系》一节课的教学中,何卫萍老师采用从核心问题入手,设计了一些子问题来引导学生探究,使学生在探究解决问题中达到对核心问题的学习。何卫萍老师的主题教学网站实现了教学理念的飞跃,它更加关注学习者,使信息技术成为学生发展的助推器,在物理教学中发挥对学习的变革性的推动作用,最终达到改善学习方式的目的。
3.带动了师生互动方式的变革
物理课程与信息技术的整合,为实现师生互动提供了桥梁和纽带,为师生互动提供了新的交流方式。合理的组合使得物理课堂的教师“教”和学生“学”不是传统意义的教学,而是学生在自主学习、不断交流中,通过教师的引导达到更深层次的学习目标。
在全国第七届中学物理青年教师大奖赛中,上海市民办立达中学任欢菁老师在《凸透镜成像》一课中,利用物理课程与信息技术的整合,带来了师生互动方式的变革,使课堂充满生命活力,极具魅力,给学生和听课教师以美的享受。《凸透镜成像》的教学难点是:像与物所在范围的确定。在探究凸透镜成像规律的过程中,学生很容易得到:当物距大于(或大于)像距时,像是缩小(或放大)的,但他们一般不容易想到物距、像距存在对应的范围规律:即当物体放在某某范围,像一定成在某某范围。为突破难点,在探究实验的交流评估阶段,任欢菁老师巧设了多媒体课件,在师生的互动中,将学生实验获得了物距、像距、物高和像高全部输入电脑,通过课件,实时、形象、直观地处理了多组实验数据,突出了“两倍焦距”这一特殊点,学生极其自然地产生验证物距“两倍焦距”成像情况的想法,实验规律显而易见。这样的整合,比从分析表格中的实验数据、归纳实验规律的一般做法要直观得多、高效得多,师生互动有效得多。
4.带动了教学呈现方式的变革
传统教学是以黑板、粉笔、课本等作为教学的呈现方式,对感官的刺激比较少。物理课程与信息技术的整合,使教学有了新的呈现方式,对感官的刺激角度是多方位的,更有利于信息的输入和学生对信息的获取、筛选和处理能力。
上海市延安初级中学续文在上海市二期课改新教材教学研讨展示课《欧姆定律》中,利用DIS实验,解决了一个非常具体问题:由于一节课的时间有限,每小组学生采用传统的实验操作法,用时十分钟只研究了一个导体的电压—电流图线,如果同时研究三个导体时间又不允许;那么,采取同一大组三个小组分别研究不同导体,用借数据的方法来弥补时间的问题,又碰到坐标系数据选取不同而无法短时间内实现的困难。用DIS数据采集器则很好地解决了三个不同导体的电压──电流图线,建立在同一个坐标系中进行分析研究的问题,整个实验用时仅五分钟,把借数据的方法作为课后作业的要求进行布置,一举两得。续文老师利用DIS数据采集器,快捷、准确地把实验过程和实验数据具体、直观地表达出来,让学生们深深体会大容量的信息技术给物理教学带来的方便,实现信息共享和互动交流,增强在信息化环境下自主学习的意识和能力
四、物理课程与信息技术整合的问题与反思
1.要充分认识信息技术的重要性
物理课程与信息技术整合是中学物理教育改革的必然趋势,随着网络资源、多媒体教学手段、仿真实验、机器人和数字化实验系统的日臻成熟,当今的教育正发生前所未有的革命性的变化。但物理课程与信息技术的整合还没有得到充分的重视,信息技术应用于中学物理教育尚未真正普及与推广。由于受条件限制,农村学校不能广泛应用信息技术;部分学校对信息技术的应用,也仅限于某些研究课、观摩课或展示课,在日常教学课或习题课、复习课上使用得少之又少。排除资金、硬件等客观条件的因素影响,原因主要有三:其一是技术方面的问题,教师不会用;其二是教师嫌麻烦,不愿用;其三是教学效果不理想,教师觉得不如不用。
对此,必须实施教育资源的整合,使我们所有的物理教师真真感受到物理课程与信息技术整合的作用和重要性。希望教育行政部门、软件开发商和物理教师能够做出 “傻瓜式开发平台+丰富的信息资源+多种多样的教学结构”的课件,教育行政部门能够提供物理课程与信息技术整合的优秀案例和课件的展示、交流平台,使我们的教师能够有效地选择资源、方便地使用资源、高效地开发资源,感受到整合带来的课堂教学的深刻变化。
2.要合理把握信息技术的使用度
在物理课程与信息技术整合的过程中,不难发现课堂教学中出现了因技术崇拜而忽视教育规律的形式主义。有的教师片面追求效果的最优化,不分课型、内容,不顾实际教学需要,盲目使用各种媒体,热衷于在计算机上模拟操作而忽视学生的实际操作,结果弄巧成拙,使课堂中的信息过多过滥,造成无效信息的泛滥,分散学生的注意力,不仅不能提高教学效益,反倒影响了教学目标的落实。此外,教学过程是动态的、发展的过程,时常会出现不可预见的情况。教学中过分依赖信息技术, 全部教学环节由技术手段再现,用电子数据代替教师丰富的情感交流语言,用荧屏画面代替教师形体交流语言,使得传统教学方式下师生情感交流的优势荡然无存, 反而使师生间产生一种“教与学的阻隔”,不可避免地抑制了教师与学生的创造力,必然会使他们丧失质疑、创新的欲望和能力。
对此,在物理课程与信息技术整合的过程中,必须贯彻适时、适量地使用信息技术的原则,正确处理现代教育技术与传统教学媒体的关系。如:传统板书能留给学生的一定的思考的时间和空间,在现代教学技术已成为常用教学手段的今天,传统板书的使用仍需保证。
3.要全面提升信息技术的有效性
在物理课程与信息技术整合的过程中,滥用课件,忽视物理学科的特点的现象普遍存在。有的教师头脑中存有“只要运用教学软件就一定能促进教学”的认识。一些物理课件存在着很多问题,如:有的课件没有针对物理学科的特点进行设计;缺少对教学中重点、难点的提示;未对物理知识情境进行分析;对学生思维能力训练关注不够;片面追求界面华丽、媒体效果而忽视学习者的认知特点等等。这样的物理教学课件试图通过外界媒体的刺激使学生被动模仿和接受物理知识,并未真正起到促进教学的作用。有的教师花大量的精力在课前设计并制作课件,课堂上按设计的流程操作计算机,把知识内容逐一呈现给学生。尽管某些课件设计得比较精美,容量丰富,也具备多种感官刺激,但由于其缺乏交流互动,并未挖掘学生主体作用,学生尤如看了场电影,只观其面未达其意,教学效果不理想。而整合模式单一、交互性差的课堂教学,也遏制了学生思维能力,尤其是求异思维的发展。还有的教师在教学中盲目地依赖于信息技术而把所有的教学环节全部使用多媒体手段再现出来,教师成为多媒体技术的奴隶,只起到了播音员和解说员的作用而起不到教师应有的主导作用。
对此,在物理课程与信息技术整合的过程中,必须注重发挥学生的主体作用。注意不能让信息技术挤占学生的探索、分析、思考的时间,必须把学生的思维能力的培养作为教学的重要目标,全面提升信息技术的有效性。
参考资料:
