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信息技术与物理教学整合的实践研究
武学斌
21世纪以计算机和网络通迅为核心的信息技术在社会各个领域中得到广泛的应用。信息的获取、分析、处理、发布和应用能力将成为衡量现代人基本能力和文化水平的重要标志。培养学生的信息养素，提高学生处理和运用信息的能力，成为新世纪教育的重要内容和任务。中学开设信息技术课程目的就在于“使学生具有获取信息、传输信息和应用信息的能力。培养学生良好的信息素养，把信息技术作为支持终身学习和合作学习的手段，为适应信息社会的学习、工作和生活打下必要的基础”。信息技术课程的教学任务之一就是推进信息技术与其他学科的整合，鼓励在其他学科的教学中广泛应用信息技术手段。在信息化的学习环境中，将信息技术与物理、化学教学相整合，对于深化理化学科教学改革，提高教学效率以及培养学生整体素质和全面能力都具有重要意义。
通过调查、实验和行动研究，梳理信息技术应用于物理教学的问题和障碍，寻求有效的、可操作性的应用模式、教学策略和评价方案，转变教师的教学方式和学生的学习方式，推进信息技术在物理、化学教学过程中的普遍有效地应用，为学生的多样化学习创造环境。国家《基础教育课程改革纲要（试行）》中明确提出：“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，„ ”。信息技术在学科教学中的普遍应用已成为当前教育教学改革的重点领域之一，成为教育理论和实践研究必须回答的问题。
近几年，随着IT产业的快速发展，学校软、硬件的数量和质量大大改观，这为信息技术在学科教学中的普遍应用提供了有利条件。但由于经济条件、教育教学环境的不平衡以及教育理念和教学实践的冲突，信息技术在物理教学中仍不能形成普遍有效应用的局面。开展信息技术应用于物理教学的实践研究，就是要寻求现实的可操作性的途径和方案，使信息技术成为学生认知、探究和解决问题的工具，提高学生学习的效益。这对于解决目前物理教师应用信息技术的障碍，转变教学方式和学习方式，推进信息技术在物理教学过程中的普遍有效地应用具有重要的现实意义。
1、理化教师使用信息技术服务教学，提高效率的经验总结
在CAI实践过程中，广大理化教师创造了丰富的经验，开拓了计算机应用于教育教学的范围和类型，并掌握了不同的工具软件开发制作理化课件，如MATLAB，VB，AUTHORWARE，FLASH，POWERPOINT，几何画板，仿真理化实验室等，从而形成了多样化的局面。实践中有人主张统一推广使用某一种工具，这显然与多样化的不同层次的需求相矛盾，是不现实的。事实上，这些经验和工具各有特点，都有各自的优势和适用范围，并且贴近教师的教学实际。因此，本研究用整合的观点，对这些经验和工具进行筛选和概括，帮助教师根据自己的需求做出适当的选择，以满足不同条件、不同层次教学需求。例如：
（1）利用网络获取物理理化教学资源的方法
（2）利用“仿真理化实验室”进行虚拟探究的方法与策略
（3）利用“仿真理化实验室”提高学生解题能力的方法与策略
（4）利用PowerPoint制作理化讲稿的策略
（5）利用WORD和扫描仪制作理化教案的技巧
（6）EXCEL在理化教学研究以及实验数据处理中的应用
2、信息技术应用于教师教研和科研工作的类型和策略
信息技术作为教师的物理、化学教学研究工具也是整合的重要内容。本研究按照任务驱动的思想，研究教师利用信息技术进行教研和科研的技能、方法和策略，以促进教师教研、科研能力的提高。
3、信息技术应用于理化课堂教学的教学模式、原则和策略研究：
教学模式是在一定的教育思想和理论指导下，为完成特定的教学目的和内容而建立起来的教学结构和活动程序。它解决怎么做的问题，是教师进行教学的行动方式。发展与学科整合相适应的教学模式是实现整合的关键，合理地选择教学模式，可更好地发挥信息技术的优势，提高课堂教学效率。
按照使用信息技术的主体是谁，学科整合的教学模式可分为两类：以教师使用信息技术为主的演示型教学模式和以学生使用信息技术为主的自主学习型教学模式，后者按照学习内容的开放程度又可分为以教材内容为中心的自主学习模式和在开放性学习环境中的自主学习模式。
（1）以教师使用信息技术为主的演示型理化教学模式
这一研究旨在概括总结以教师使用信息技术为主的演示型教学模式所需要的相关环境、所具有的基本特征、应用的条件和范围以及在概念规律课、实验课、习题课、复习课中的操作环节和教学策略。
（2）基于多媒体网络环境的自主学习型教学模式
这种教学模式可以适应学生的个性差异，但容易导致无效学习。因此该研究重点解决两个问题：一是支持学生个别化学习的教学内容设计以及教学软件结构和功能的设计，二是教师的指导作用与学生自主学习相互结合的策略。
（3）以学生使用信息技术为主的自主探究型教学模式
这一研究将概括、描述合作学习、探究学习的特征，研究相应的教学设计方法，探讨有效的教学组织形式和教师指导策略，丰富学生的学习方式，使计算机成为学生探究和解决问题的工具，并形成教学案例。
本研究拟采用调查研究、个案研究以及行动研究相结合的方法。在文献研究、调查研究和个案研究的基础上，概括出中学物理、化学教学应用信息技术的模式、策略以及评价方案，通过行动研究对应用模式和策略以及评价方案进一步丰富完善，并转化为广大物理、化学教师的教学行为。
首先应用实验研究的成果，在实验学校举办观摩研究课，有计划地组织物理、化学教师观摩研讨，收集各种意见和建议，并检验评价研究成果的有效性。在此基础上，扩大实验研究成果的范围，组织第二轮研究课，依次循环，共四轮。
1．用整合的观点，总结概括出广大物理、化学教师开发教学资源以及应用信息技术的先进经验，以满足不同条件、不同层次教学需求。
2．在教学论层面上对信息技术与物理教学整合进行理论研究，形成与信息时代相适应的新物理、化学教学论，以指导信息技术与物理、化学教学整合的实践探索。
3．通过实验研究和行动研究，形成系列信息技术与物理教学整合的教学案例，把理念转化为行为，并建立信息技术与理化教学整合的新型教学设计、实施方案和评价策略。促进学生学习方式、教师教学方式和师生互动方式的变革，为学生的多样化学习创造环境，使信息技术真正成为学生认知、探究和解决问题的工具，从而培养学生的信息素养及利用信息技术自主探究、解决问题的能力，提高学生学习的效益。
信息技术在理化教学中发挥着重要的作用，参与实践的教师都深切的体会到了这一点。将信息技术运用于理化教学弥补了传统教学的不足，提高了教学效率，同时也培养了学生的信息技术技能和解决问题的能力。信息技术与理化教学整合主要有以下几方面的功能。
模拟情境 电脑模拟，发挥理化演示实验、虚拟实验室的功能
1、信息技术与物理实验教学整合，发挥演示实验作用
理化学科的知识是抽象的，所用的术语也很抽象，物理中的“力”“场”等概念，化学中的“反应”“平衡”等过程都是抽象难懂的。信息技术的运用可帮助教师和学生解决这些重点、难点问题。
如在进行“凸透镜成像规律实验教学时”，对照组教师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不甚理解，并产生迷惑。而实验组教师改为采用多媒体技术进行凸透镜成像规律模拟实验，演示物距从无穷远至小于焦距的整个实验过程中物距、像距和像的变化的情况，整个模拟实验过程流畅、直观、明了，从而使学生对该实验有了一个清晰完整的认识。由此可知通过信息技术与物理实验整合，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，成为常规实验的补充，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。
再譬如，学习离子化合物时，原子失去电子而变成阳离子，得到电子而变成阴离子，阴阳离子相互作用而形成化合物，这个过程对初学者来说是比较抽象难懂的，周静丽老师用3D动画将这个过程模拟出来。以钠与氯气的化合为例。钠原子、氯原子自动相遇后，在一定条件下钠原子的最外层电子失去，转移到氯原子的最外层电子层上，融入并绕氯原子核运转，同时显示出负电性成为阴离子。此时，钠原子最外电子层消失，使次外层变成了最外层，同时显示出正电性成为阳离子。在静电作用下，阴阳离子相互作用形成了氯化钠。计算机将学生平时无法观察的、难以理解的这一微观过程通过重放、慢放、定格等操作展示在学生面前，学生看得明明白白、清清楚楚，认知障碍极易攻破。
2、在网络技术环境支持下，发挥学生自主探讨性实验作用
在传统理化实验室，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，对学生诸多限制；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，这一切无不暴露出了传统实验室的弊端。
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。如笔者在上传统电学实验课时，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，须知这些“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一一再现。如本人曾在网络环境下采用“仿真物理实验室”虚拟电学实验室软件（在线版网络软件），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。
（二、）充分利用网络资源，增进教学效果
进入网络时代后，网络环境为学生提供了丰富的知识库、资源库，网上的资源开发和利用已成为一个现代教育工作者必备的信息素质。网上资源具有信息量大、更新快等特点，例如：中国中小学教育教学网（http://.cn）教育资源库物理学科、广东教育资源网（http://）资源中心物理学科、中国物理教育网（http://.cn）上的理化试题中心、中国园丁网（http://）我们可以与重点学校的名师专家探讨理化教育应培养怎样的人才，在中国园丁网（http://）、中国物理教育网
（http://www.daodoc.com）的教育论坛我们可以与各地的同行探讨理化教学中遇到的问题以及对理化教学改革的看法，通过网上学习交流，实现资源共享，达到提高教学水平的目的。
我们通过信息技术与理化课程教学的整合，激发了学生对理化学科的学习兴趣，课堂上参与意识很强，对知识的理解掌握程度较理想，尤其是实验教学，学生的实验理解能力、动手能力均取得了长足的进步。实践证明，信息技术与理化课程教学的整合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，提高理化课堂教学的效率。
随着信息技术和物理、化学学科教学整合的发展，将信息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，信息技术和物理、化学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。
