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1、利用信息技術 促進物理探究學習南通高等師范學校陳建 226006【摘 要】信息技術不僅是豐富的資源，而且是有力的學習工具，它為教學方式和學習方式的轉變提供了強有力的支持，在物理探究學習中具有獨特優(yōu)勢。信息技術能向學生提供自主探索、多重交互、合作學習、資源共享的學習環(huán)境，促使學生在學習過程主動參與、積極探索。本文結合筆者近年來在物理探究教學實踐中利用信息技術優(yōu)化探究學習過程的具體教學案例，闡述了如何把信息技術作為學生探究學習的工具來促進學習方式和教學方式轉變的一些嘗試及體會。【關鍵詞】信息技術；探究學習；實踐隨著信息技術與學科教學整合的深入，人們越來越多地認識到信息技術不僅是豐富的資源，而且是有

2、力的學習工具。信息技術為教學方式的轉變和學習方式的轉變提供了強有力的支持，它是學生自主探究、信息交流、數(shù)據(jù)處理、物理建模的有效工具，將非常自然地廣泛應用到物理探究學習過程中，以更好地完成物理課程學習的目標，從而達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神與實踐能力的目的。本文分析了信息技術在物理探究學習中的優(yōu)勢所在，并結合具體教學案例闡述如何把信息技術作為學生探究學習的工具來促進學習方式和教學方式的轉變。1 信息技術促進物理探究學習的優(yōu)勢分析1.1 信息技術促進了學習方式的轉變信息技術應用于教學過程是教育手段的重大變革，將推動教學觀念的轉變，增強學習的主動性和靈活性，實現(xiàn)學習方式的多樣化。當今的物理教學，不僅僅是為了

3、傳授物理知識，更重要的是培養(yǎng)學生自主探究、主動獲取知識的能力。信息技術能提供豐富的、與教學內(nèi)容相匹配的情景供學生觀察，將學習內(nèi)容以文字、聲音、圖像、動畫等多種形式展現(xiàn)在學生面前,使他們身臨其境、感同身受，喚起他們自主探索物理奧秘、自主學習物理知識的激情；在信息技術環(huán)境中學生能對所學內(nèi)容有所選擇，解決各自需要的問題，獲得更多體驗成功的機會；信息技術應用于物理教學過程時，在學生和學習對象之間增加了交互性的媒體，改變了教學過程中的師生關系、學生與學習對象之間的關系以及學生之間的關系。這將有利于學生主體性的充分發(fā)揮，促進學生學習方式向自主、合作、探究學習的方式轉變，使信息技術成為強大的認知工具。1.2

4、 信息技術促進了物理課程資源的統(tǒng)整與優(yōu)化傳統(tǒng)物理教學中，學習者只能通過書本、教師、圖書館、實驗室實驗等有限的途徑進行學習，而多媒體、網(wǎng)絡技術的發(fā)展使得學習者的學習途徑更為多樣和廣闊。信息技術支撐的學習環(huán)境中，學生面對的是一個匯集了大量演示型或交互型教學軟件、知識素材、學法指導、疑難解答、生活物理等構成的學習資源庫。信息技術環(huán)境中的超文本組織方式便于學生自主探究，為知識的獲取和保存提供了極大的便利；多媒體化的信息呈現(xiàn)方式，滿足了學習者視覺、聽覺等多種感官的需要，能最大限度地調動學生非智力因素和感知活動；共享的網(wǎng)絡資源突破了傳統(tǒng)課程資源相對封閉、缺少與實際聯(lián)系、缺少與現(xiàn)代科技發(fā)展相聯(lián)系的弊端，為學

5、生的學習活動提供了更多的選擇和更大的自主空間，使學習更具個性化、開放性、自主性；虛擬技術則將一些學生無法親身體驗、實踐的活動通過模擬情境的方式來豐富學生的體驗，擴大學生的探究領域。借助信息技術，學生能做到“足不出戶，學所欲學”，教學活動將更富人情味、更具個性化。1.3 信息技術構造了學生探究學習的技術環(huán)境探究學習是新一輪基礎教育課程改革中倡導的一種主流學習方式。學生在探索過程中，將根據(jù)某項“任務”，自主搜尋、檢索、分析、組合與探究課題有關的資訊，將所學知識與科學發(fā)展、社會生活相關聯(lián)。信息技術為學生的學科探究學習提供了技術工具和環(huán)境氛圍，為探究學習的實施提供了更易于實現(xiàn)和操作的物質基礎。這主要表

6、現(xiàn)在：首先，網(wǎng)絡資源為物理課題探究提供了豐富的材料，學生不但可以看到、聽到各種信息，而且可以進入學習內(nèi)容中去。其次，信息技術在探究學習中扮演著“研發(fā)工具”的角色。如Excel能夠將數(shù)據(jù)以表格和圖表的形式給出，有助于探索和發(fā)現(xiàn)研究對象之間的變化關系；數(shù)字信息系統(tǒng)實驗室 (DIS)使傳統(tǒng)物理實驗在信息技術的帶動下變得既真實又準確并且有聲有色，它簡化了數(shù)據(jù)采集、處理過程，拓寬了實驗研究的范圍，同時學生能夠利用此平臺方便地設計實驗來驗證提出的假設，開展探究活動；仿真物理實驗室等平臺，為學生提供自我動手、探索問題的模擬實驗環(huán)境，學生面對問題時，可以使用它們自己實驗，發(fā)現(xiàn)、總結規(guī)律。再次，電子郵件、BBS

7、、Blog等為探究學習提供了協(xié)商學習和交流討論的通訊工具、自評互評的學習反饋工具。學習者可表達自己對探究問題的理解、解決思路，相互解疑、爭辯和評價，又能記錄學習進程?？鐣r空的交流有助于提高學生在信息時代的學習與研究能力。1.4 信息技術滲透于探究學習的各環(huán)節(jié)探究學習要經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、協(xié)作探究、成果展示、探究評價等環(huán)節(jié)，信息技術在每一環(huán)節(jié)發(fā)揮著一定的促進作用。其一，在探究問題的提出、假設的形成環(huán)節(jié)，信息技術充當著學生獲取與處理信息的工具。豐富的信息資源，有利于學生發(fā)現(xiàn)和提出一些既具有研究價值、又適合學生進行研究的問題，如“同步衛(wèi)星為何要定點在赤道正上方的確定軌道上”、“家用電器的電磁輻射污染”等。

8、其二，在探索和研究階段，計算機、網(wǎng)絡構成了資源信息的源泉，一些模擬實驗、工具軟件則成為學生問題解決的工具。其三，在探究學習的交流合作環(huán)節(jié)，信息技術起到了展示工具的作用。學生可以以計算機多媒體作品演示或制作、發(fā)布多媒體網(wǎng)站等多種形式展示研究成果，并收集反饋意見。其四，信息技術為數(shù)據(jù)采集、存儲和處理提供了方便。既能對結果進行評價，也能將評價引入探索過程。可見，在信息技術環(huán)境下，探究學習的特征得到彰顯。2 應用信息技術促進物理探究學習的教學實踐信息技術引入物理探究學習過程，將促進物理教學過程的根本性變革。教學實踐中，我們作了以下嘗試：2.1 基于多媒體積件的引導探究這是在現(xiàn)有“演示型”輔助教學基礎上

9、的發(fā)展，主要用于學科主干知識的學習活動。過去物理教學中計算機輔助教學主要通過課件模擬物理現(xiàn)象、展示物理過程、剖析物理原理，但交互性單一，通常由教師根據(jù)演示需要進行控制?；诙嗝襟w積件的引導探究強調為學生學習某一物理主題提供基于多媒體技術的背景資料、物理現(xiàn)象和物理過程、虛擬實驗，以及學習方法提示、學習內(nèi)容綱要、反饋檢測等“積件”。要求學生根據(jù)教師的指導，明確學習的任務和目標，自主地在多媒體積件操作平臺的支持下，通過鼠標操縱按鈕、移動滑桿、設定參數(shù)，進行各種積件的調動、組合和各類“積件組合模塊”的運作，在此過程中自主地完成物理主題的知識和方法的學習、應用與檢測。這樣，信息技術成為學生認知學習的輔助

10、工具，成為學生與學習對象間不可缺少的“橋梁”和“中介”，豐富和增強了教學的表現(xiàn)力和感染力，能更充分地傳達教學意圖，學生能更好地吸收和掌握知識。一些輔助教學軟件開發(fā)平臺如“仿真物理實驗室”、“幾何畫板”，可較好的體現(xiàn)“積件”思想，開發(fā)的“積件”既可用于定量化、動態(tài)性演示，又可供學生自己使用，模擬科學研究中的一般規(guī)程(觀察現(xiàn)象、實驗、采集數(shù)據(jù)、描點、連圖線、分析、獲得結論)，這無疑會大大增強學生學習和探索的興趣。教學案例片斷平拋運動圖1學生觀察實驗基礎上，應用仿真物理實驗室中的頻閃照相，自己設計實驗，通過人機交互對話框調整參數(shù)，探究不同參數(shù)狀態(tài)下物體的平拋運動軌跡，并獲得相關的實時數(shù)據(jù),認識平拋運

11、動規(guī)律。具體過程為： 學生討論，對如何研究平拋運動提出猜想； 學生設計實驗并利用仿真物理實驗室按水平方向和豎直方向分別進行模擬驗證；圖2 用仿真物理實驗室探究影響平拋運動物體水平位移的因素； 探究“飛機投彈”問題； 拓展研究：平拋不受重力以及空氣阻力對平拋運動的影響。圖3分析：教學中信息技術與課程教學融為一體，體現(xiàn)學生探索、研究的過程。在對理想狀況下平拋運動研究基礎上仿真探究影響平拋運動物體水平位移的因素、物體不受重力以及空氣阻力的影響，則較好地體現(xiàn)物理思想、物理方法。(圖1為平拋運動與自由落體運動的對比分析，圖2、圖3分別為“飛機投彈”問題中不受空氣阻力和受空氣阻力的對比分析。)2.2 基于

12、網(wǎng)絡環(huán)境的主題探究網(wǎng)絡以其資源的豐富，為物理探究提供了良好的平臺。基于網(wǎng)絡環(huán)境的主題探究把鼠標交給學生，實現(xiàn)學生和電腦一對一的“人機交互”，學生真正成為課堂的主人。他們在信息技術的帶動下，自主參與、探索體驗，通過對資源進行發(fā)現(xiàn)、分析、思考、探究，在解決問題的過程中，掌握分析和解決問題的步驟。對學生而言，無論是學習內(nèi)容，還是學習的方法，都是開放式的，他們可以根據(jù)各種不同的知識需要，利用網(wǎng)絡所提供的與學科知識內(nèi)容相關的信息去獲取必要的知識。而教師則通過網(wǎng)絡技術把相關學科知識在各種信息窗口中展示，精心設計網(wǎng)絡版課件，供不同能力層次的學生獲取與收集各自所需的拓展性和延伸性的學習資源。一些觸及現(xiàn)代科技的

13、知識點如“航行宇宙”、“納米技術”、“磁懸浮”等都可采用這一模式。如圍繞磁懸浮列車探秘這一主題，學生可以就“磁懸浮列車構造、原理”、“磁懸浮列車的歷史現(xiàn)在未來”、“磁懸浮列車經(jīng)濟文化價值”等不同視角發(fā)現(xiàn)問題、開展探究，并以電子作品的方式表達探究結果，表達自己對知識的理解和應用?；诰W(wǎng)絡環(huán)境的主題探究一般包括創(chuàng)設情景、提出問題、自主探索、網(wǎng)上互動、反饋評價等階段，學生在學習中不僅僅是學會知識，更重要的是掌握學習與研究的方法、手段與工具，使學習活動成為一種興致勃勃的知識探究過程。教學案例宇宙航行基本教學過程為：教師利用網(wǎng)絡技術和多媒體,創(chuàng)設與教學目標和教學內(nèi)容有關的學習情境，提出課題，由學生通過主

14、題網(wǎng)站自助式學習，經(jīng)過自主探究和網(wǎng)上協(xié)作，完成學習目標。學習活動可課內(nèi)外相結合。教學可包含以下步驟：圖4u 情境創(chuàng)設：展示宇航員登上月球的錄像或我國發(fā)射神舟六號的錄像(圖4)，提出研究問題。u 自主探究：通過交互課件探究離地一定高度的物體以不同的初速度水平拋出的射程，由此獲得對牛頓設想的人造衛(wèi)星的感性認識。u 協(xié)作探究：通過上網(wǎng)學習，認識怎樣計算人造衛(wèi)星繞地球運動的速度，這個速度與哪些因素有關？在討論交流基礎上理解三個宇宙速度等物理量。u 主題探究：學生選擇某一探究主題如“有關同步衛(wèi)星的資料”、“中國載人航天的歷程”或研究問題如“能否發(fā)射一顆相對靜止在北京上空的通信衛(wèi)星？”“在發(fā)射升空階段和到

15、達預定軌道以后以及回收階段，衛(wèi)星中的物體的重力和視重如何變化？”“為什么向高軌道發(fā)射衛(wèi)星比向低軌道發(fā)射要困難？”等，上網(wǎng)收集信息，分析研討。圖5u 協(xié)作交流：各組展示收集資料，相互交流結果。u 在線測試，討論交流測試中的有關疑問。圖6（圖5、圖6分別為筆者為學生設計的主題學習網(wǎng)的兩個頁面）分析：宇宙航行一節(jié)涉及萬有引力理論的實踐成就航天事業(yè)的發(fā)展，教學中不僅要讓學生理解人造衛(wèi)星的一些基本理論(三個宇宙速度、軌道半徑、運行速度、運轉周期等)，還要滲透研究實際物理問題的物理方法，并讓學生對中國甚至世界航天事業(yè)發(fā)展的概況有所了解，從而認識科學的偉大意義。網(wǎng)絡環(huán)境下的探究，“以學為中心”，充分利用現(xiàn)代

16、信息技術平臺提供的各種信息資源輔助學生自主探究、協(xié)作學習，調動學生的主體意識，讓學生體驗物理的探究過程，嘗試應用科學探究的方法研究問題。課堂中，通過一定量的學生活動與合作學習，使學生在交流與合作的基礎上獲得主干知識。作為課堂的延伸，主題網(wǎng)中提供的大量開放性的知識內(nèi)容、與學習內(nèi)容相關的網(wǎng)頁鏈接，有利于學生在課外探究活動中從多方位把握問題的實質，展開豐富的想象，從而進一步強化學習的動機，促進學生學習能力的形成。2.3 基于信息技術的小課題探究近年來，物理教學中的小課題探究受到廣泛關注。由于實驗條件的限制，學生的“探求”欲望往往不能得到很好的滿足。信息技術環(huán)境為學生提供了探究的有利條件。借助于多媒體

17、技術和工具軟件，創(chuàng)設虛擬仿真環(huán)境，可為學生探究和體驗提供條件，學生能在動態(tài)情景中觀察現(xiàn)象、讀取數(shù)據(jù)、探索和發(fā)現(xiàn)研究對象之間的數(shù)量變化關系。如學生可利用“幾何畫板”、“仿真物理實驗室”等工具軟件及DIS實驗系統(tǒng)作為“新的實驗工具”，思考、學習、創(chuàng)造，使學習過程呈現(xiàn)一種新景象。以“探究鋸條的振動周期與鋸條長度、與綁在鋸條上硬幣質量之間的關系”為例，用傳統(tǒng)的秒表根本無法進行測量，但如果利用DIS實驗系統(tǒng)就可迅速地反映出不同情況下的振動情況。面鏡成像規(guī)律、光線通過玻璃磚與三棱鏡的傳播特點、觀察水中物體（視位置及軌跡）等光的傳播問題，都可以讓學生用幾何畫板去探索。教學案例兩個光學問題的探究圖7光的反射、

18、折射是常見的光現(xiàn)象，引入一些開放性的實驗課題，可以擴大學生的知識領域，密切理論與實際的聯(lián)系。圖8問題1：如圖7所示，在清潔的空試管中放入一支鉛筆或其他物品，然后把試管放入盛有水的燒杯中。把燒杯放在明亮的地方，從適當?shù)慕嵌扔^察水中的試管，就看到試管壁好像鍍了銀一樣明亮，但在試管中的鉛筆卻看不見了。探究試管壁好像鍍了銀一樣明亮的適當角度范圍與試管傾角的關系。問題2：水槽中固定一小燈泡，接通開關，使燈泡點亮。向水槽中加入一定量的水。用一只玻璃杯倒過來罩在燈泡上（圖8）。先猜想一下，可能看到什么現(xiàn)象？通過觀察，實際又看到什么現(xiàn)象？請解釋你看到的現(xiàn)象。分析:這類問題需要的器材很容易解決，實驗的難度也不高

19、，但學生只有進行有序的觀察，才能認識現(xiàn)象的完整特征。運用工具軟件進行仿真模擬，有助于學生明確研究方向，更準確地用理論分析觀察到的現(xiàn)象。(圖9、圖10為用幾何畫板探索這兩個問題的光路)圖10圖93 應用信息技術促進物理探究學習的注意點應用信息技術組織探究學習時，以下幾點值得關注：3.1 要根據(jù)課程目標，選定適宜的探究內(nèi)容物理課程標準將科學探究作為學習內(nèi)容，同時又作為一種重要的教學方式，這是課程目標將科學探究能力視為學生科學素養(yǎng)重要組成部分的具體體現(xiàn)。但探究不是唯一的學習形式，探究需要較多的時間和較大的空間，不可能將所學的知識都用探究的方式來獲得。選定適宜的探究學習內(nèi)容是教學設計的首要工作。探究內(nèi)

20、容應該依據(jù)探究目標、學生學習準備情況和學習特征而定，從教學內(nèi)容看，物理基本概念的形成和規(guī)律的建立、探索性實驗、日常生活中的物理問題都可作為探究的教學內(nèi)容；從教學組織形式看，課內(nèi)探究活動應側重于物理課程的核心知識，可以是一個切入點，或者是一個片斷，課外探究內(nèi)容的選擇可側重于知識的應用、學習內(nèi)容的延伸、與其他學科的綜合等。無論課內(nèi)還是課外，所選擇內(nèi)容必須是基于探究的、能自然地整合各種探究工具，其中包括利用信息技術，還應符合學生的心理特點，從學生熟悉的事物出發(fā)。3.2 要根據(jù)學科特點，選擇合適的探究載體有效的探究學習要求運用多種方式與載體，信息技術只是其中一種探究載體。盡管隨著多媒體信息技術的發(fā)展，

21、絕大多數(shù)物理實驗都能通過軟件虛擬(模擬)進行，實驗效果理想化、操作也很方便。但無論是演示性探究實驗還是學生動手實驗，甚至課外小實驗，應盡可能以真實器材、簡易(學生容易獲得的)器材來實現(xiàn)，以探尋物理規(guī)律、分析實驗數(shù)據(jù)、認識實驗誤差。學生身邊的物品和器具是重要的物理學習資源，用真實的器具進行探究活動，更有利于發(fā)展學生的實驗技能，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。3.3 要根據(jù)學生實際，提供必要的技術指導從探究技能而言，由于學生之間存在很大差異，許多學生在進行自主探究學習時會感到不知所措，容易產(chǎn)生無效學習。如網(wǎng)絡環(huán)境下，一些學生為海量的信息資源淹沒，由此帶來浮躁的學習態(tài)度和無深度的思維習慣。教師要幫助學生明確探究

22、任務和及時評價，使學生時刻感受到有形的探究任務帶來的壓力及來自實現(xiàn)某個具體目標的動力。就信息技術這一探究學習工具而言，學生對其掌握的水平往往成為決定探究學習成敗的關鍵因素。信息技術上的支持和指導是探究學習過程中的自然組成部分，教師應采取循序漸進的原則向全班引入必要的技術，逐步培養(yǎng)學生成為更熟練的信息處理者、常用工具軟件的使用者，一般說來掌握Excel、幾何畫板、仿真物理實驗室等軟件是開展基于信息技術的物理探究學習所必需的。另外學生在探究過程中還會出現(xiàn)諸如BBS輸入文字太慢、語言表達不簡潔等問題，應引導他們用語音、視頻會議或者直接進行協(xié)作討論。信息技術已逐漸成為拓展人類能力的創(chuàng)造性工具，它向學生

23、提供的自主探索、多重交互、合作學習、資源共享等學習環(huán)境，能把學生的主動性、積極性充分調動起來。信息技術環(huán)境下，學生的學習過程不再是被動的，而是轉變?yōu)橹鲃訁⑴c、積極探索。信息技術對優(yōu)化物理探究學習過程、進而提高探究效益的積極意義得到越來越多的認可，信息技術作為學生學習的工具，在教學實踐中也得到越來越多的重視。相信通過廣大物理教育工作者的不懈努力，信息技術的強大功能會得到更充分的發(fā)揮。【參考文獻】1. 北京教科院基礎教育教學研究中心編信息技術與學科課程整合研究信息技術與教學方式轉變.北京科學技術出版社,2004年12月版.2. 陳建.基于信息技術的科學探究學習. 教育信息技術，2004.23. 許明勇網(wǎng)絡環(huán)境下物理探究性教學的實踐與研究 4. 鄭百易現(xiàn)代信息技術與物理課堂教學的整合探究.5. 陳建，黃春華“試管變幻”問題的再探索物理教師，2005.29