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信息技术与物理教学整和的“案例”研究初探
摘要：
信息技术与课程整合，是指在课程教学过程中把信息技术、信息资源、信息方法、人力资源和课程内容有机结合，共同完成课程教学任务的一种新型的教学方式。它是我国面向 21 世纪基础教育教学改革的新视点，是与传统的学科教学有着密切的联系和继承性，又具有一定相对独立的特点的教学类型。利用信息技术手段积极改变课堂教学模式和学习方式，它是一种新的“教与学”的教学模式和理念，这种理念是以人的发展为本，以学生为主体，充分发挥学生的主动性、积极性和创造性，使学生真正成为信息加工的主体。它是在学生自我获取知识过程中培养其认知能力和创新能力的最佳教学策略和教学环境。在自己几年的教学过程中，我努力的通过自己教学过程中在信息技术与物理教学整和的“案例”研究，对这一整合过程的教学模式、教师角色的转换、教学课件设计的实践做些初步的探讨。
关键词：信息技术 物理教学 “案例”研究
目前中学物理课程中普遍存在的问题是，学生学习兴趣低下，知识面窄，发现问题、分析问题与解决问题，以及动手操作的能力下降，这已成为中学物理教学迫在眉睫需要解决的问题。开展《信息技术与物理教学整和的“案例”研究》课题研究，推进信息技术在物理教学过程中的效用，具有重要的现实意义。
信息技术与课程整合，是指在课程教学过程中把信息技术、信息资源、信息方法、人力资源和课程内容有机结合，共同完成课程教学任务的一种新型的教学方式。它是我国面向 21 世纪基础教育教学改革的新视点，是与传统的学科教学有着密切的联系和继承性，又具有一定相对独立的特点的教学类型。利用信息技术手段积极改变课堂教学模式和学习方式，它是一种新的“教与学”的教学模式和理念，这种理念是以人的发展为本，以学生为主体，充分发挥学生的主动性、积极性和创造性，使学生真正成为信息加工的主体。它是在学生自我获取知识过程中培养其认知能力和创新能力的最佳教学策略和教学环境。
1.信息技术与物理课程的概述
⑴信息技术
21世纪是信息技术占主导地位的世纪，信息技术正在影响和改变着各个领域。如今，信息技术已经步入课堂，它将导致教育思想、教学理论、教学模式、教学方法、教学手段等发生重大的变革。《中小学信息技术课程指导纲要》指出：中小学信息技术课程的目标是“通过信息技术课程使学生具有获取信息、传输信息、处理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。”
信息技术课程中培养学生良好信息素养是十分重要。
信息素养这个概念是信息产业协会主席保罗·泽考斯基于1974年在美国提出的。它包含很多方面：（1）传统文化素养的延续和拓展；（2）使受教育者达到独立自学及终生学习的水平；（3）对信息源及信息工具的了解及运用；（4）必须拥有各种信息技能：如信息获取的能力、信息分析的能力、信息加工的能力、信息创新的能力、信息利用的能力、协作意识和信息的交流能力。
而在所有形式的教育中，创设一个在实际生活学习中使用信息技术解决问题的学习环境，是培养学生“信息素养”的关键。
⑵物理课程
物理科学作为自然科学的重要分支，不仅对物质文明的进步和人类对自然界认识的深化起了重要的推动作用，而且对人类的思维发展也产生了不可缺少的深远影响。从亚里士多德时代的自然哲学，到牛顿时代的经典力学，直至现代物理中的相对论和量子力学等，都是物理学家科学素质、科学精神以及科学思维的有形体现[2]。
我国长期以来，在编写教学大纲和教材时，力求内容的完整性、系统性、科学性，注重的是所编写的内容是否符合学科知识体系，逻辑是否严密，某一个知识点在本学科中的位置怎样[3]，是否为下一个概念的学习打下基础等等，而较少考虑学习内容对学生是否是基础的、必需的、恰当的，对于学生认知能力的发展、基础知识的把握有着怎样的意义，对于学生的终身学习是否重要，是否有利于学生的科学探究能力、创新知识以及科学精神的培养等。
新课程标准通过改变学习内容的呈现方式，确立学生的主体地位，促使学生积极主动的学习。使学习过程变成学生不断提出问题、解决问题的探索过程，使学生的学习变的丰富而有个性。新课程标准，强化探究性和实践性的教学目标，倡导新的课程形式，给学生提供一个开放性的、面向实际的、主动探究的学习环境[4]。在学生的探究中，注重的更多是过程和方式方法，很多的结论性的内容不再是直接给出，而是要求学生通过探究归纳得出结果。这就是《基础教育课程改革纲要（试行）》指出的：改变过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力[5]。
在改变学生的学习方式方法的同时，过往的教与学的环境也应同时改变。培养学生创新精神和实践能力的有效途径就是将信息技术与物理学科有机结合起来。
2.信息技术和物理课程的整合
⑴信息技术与物理教学目标的整合
信息技术教学目标的整合可分为两个层次。
从短期目标来说，是以培养学生初步的观察能力，初步的提出问题能力，初步的信息收集能力，初步的信息处理能力，科学想象能力，科学推理能力，初步的分析概括能力，在信息交流中获取知识、提高素质的能力为目标。诸多能力的培养，传统教学有一定的局限性，但是信息技术与物理课程的有机整合可以一定程度弥补这一缺陷。要实现信息技术与物理课程的有机整合，就应当扬信息技术之长，克传统物理教学之短，把这些能力和素质的培养，作为信息技术与课程整合的整合点。
高中物理教材中“能源”一节课，在教学活动中可比较集中的体现各种技能的培养。
教学概述：第一步：让学生从网络等途径查阅文字、图片和视频等关于能源的资料（1）能源的分类（2）不同历史时代人类利用的主要能源；（3）当前处理核废料的常用办法；（4）我国和世界上核能利用的最新进展；（5）我国新能源的开发和利用。第二步：分组进行讨论分析，以PowerPoint的形式作介绍，让学生明白能源与人类生存和社会发展的关系、不可再生能源和可再生能源的特点、核能的优点和可能带来的问题、世界和我国的能源状况、对能源的开发利用有可持续发的意识。第三步：让学生展望未来的能源发展趋势，设想可能存在的问题及解决方案。
通过信息技术与课程的整合，已经把信息技术当作学生获取信息、探索问题、协作讨论、解决问题和构建知识的认知主体了。
从长期目标来说，信息技术与物理课程的整合关系到学科本身的可持续发。物理学科里的每个原理与规律无不是经过长期的实验研究归纳总结出来的。随着科技的不断发展，理论水平的不断提升，单靠传统的教学模式已经不能满足学生发展的需要，大量复杂的数据的处理，信息的广度和深度，物理与现代科技、社会和生活的有机结合，这一切都必须依赖信息技术与物理课程的整合。
作为直接在一线工作的物理老师，我的研究重点一直放在理论之外的信息技术与物理教学整和的“案例”研究。
⑵ 信息技术与教学内容的整合的“案例”研究
高中物理教学主要由物理实验教学和理论教学两部分组成，我对信息技术与物理教学整和的“案例”研究也分别从这两方面入手。
信息技术与物理实验教学的整合的“案例”
物理是一门严谨的科学，物理实验是物理中一个重要的环节。在实验过程中抱有实是求是的科学精神，有助于培养学生严谨的治学态度。
实验是科学的基础，是科学发展的动力源泉，实验教学在中学物理教学中占有重要的位置。实验教学的基本目的是让学习者学习实验的测量方法、学科基本研究方法和科学思维。在中学物理教学中，学生是实验的主体，在实验教学中具有能动性，对实验加以理解和体验；无论是课堂实验还是家庭实验，都成为实验教学资源开发的重要组成部分。
①以多媒体视听技术为基础的集体实验教学案例探索
集体教学主要是指在学校班级教学的基础上由于视听技术的引进而形成的一种教学模式。有些在实验过程中难以观察的规律，比如电磁振荡的过程分析，可以flash课件让本来无法观察的过程变得清晰且易于控制，大大增强了学生对这一过程的理解，加深了学生读者以抽象过程的印象。有些危险的实验比如高压送电，可以通过多媒体技术为支撑，让学生了解其原理，掌握生产生活中实际问题处理的基本方法；对于一些不易观察的实验，如游标卡尺和螺旋测微器的使用实验，用多媒体课件和传统的实验方式相结合，这些模拟实验是物质性质实验的有益补充，其效果远远优于单一的传统教学方式。
这一种以多媒体视听技术为基础的集体实验教学模式，其教学过程主要是教师以视听媒体作为辅助教学手段或传播手段，把实验的内容展示给学生，并通过相应的评价方式来检验学生的学习结果是否达到预期的目标。这种模式的优点是适合于缺乏经验的学习者学习新的知识和实验技能，有了教师的解释和指导，能让他们顺利地完成实验。在一些不适合学生操作的实验课程学习时，这显然更适合于知识的传授；而在一些不易观察或需要老师详细指导重复训练的实验课上，一个老师则可以在多媒体的帮助下，完成十几个甚至几十个老师才能完成的事。
②网络技术支持下的小组协作实验教学案例探索
在传统的面对面教学中，以教师为中心的教学模式已经深入人心，协作过程中，教师的参与、帮助、指导经常有意无意地变成领导、控制，学生的协作变成教师逻辑有序的安排，这与协作学习的宗旨相违背。基于网络的协作学习是指利用计算机网络，由二名或多名学生针对同一学习内容彼此交流与合作，以达到对教学内容比较深刻理解与掌握的过程。网络教学模式以学生为中心，学习的合作性增强，它更强调学生的自主学习，通过伙伴或教师的帮助自主建构知识。因此，网络环境下学生的合作性增强。对于创造性较强且需要建立相互合作解决问题的时，往往采用小组合作式教学策略，
例如：在学习物理实验“描绘小灯泡的伏案特性曲线”时，在完成传统的物理实验课基础上，可以采用学生分组研究、以探索规律的实验教学方式。学生分成多组，利用自己掌握的计算机技术，在网络上寻找模拟的物理实验室，自主选取实验器材，自行设计实验电路及实验过程。将各个小组的实验方法共享在网络上，并由各个小组的学生代表进行自我评价，然后互评，学生相互发表意见。这一方法体现了学生对实验过程的控制能力，并运用计算机处理数据的能力的得出实验的结果，最后的评价阶段又运用网络支持下的非正式小组座谈会进行，将学生由传统的被动接受地位变成了主动的评价者。
基于网络技术的实验学习合作模式，促使小组内学习者对实验积极思考，并多方面交流，更利于学生创造性思维的培养，很大程度上培养了学生交流及表达的技能。
鉴于我校目前的硬件配备情况，以及高中学生的课业负担，这种有益的尝试并没有在我校得到大范围的推广。
③不同理论基础上实验教学案例探索
a、以行为主义学习理论为基础的实验教学案例探索
行为主义学习理论认为学习是一种行为的变化，它认为人的大脑是一个黑箱，对黑箱的内部我们一无所知，也没有必要去知道。行为主义反对对人的大脑内部进行研究，只重视外部的输入和反应，也就是给予一个刺激，人就要作相应的反应，从这些反应中，选出我们所需要的进行强化，从而使学习者形成教育者所希望的行为，所以行为主义认为把学习者置于一个特定的环境里，给他以特别的刺激，当他作出明确反应时学习就发生了，该理论强调刺激、反应和强化。在上面理论指导下，行为主义学习理论为课件设计提供的设计原则是：①接近原则，即反应必须在刺激之后立即出现；②重复原则，重复练习能加强学习和促进记忆；③反馈与强化原则。与反应正确性有关的信息可以促进学习；④提示及其衰减原则。在减少提示的情况下，朝着期望的反应引导学生，从而完成学习。
这一类实验课件设计的主要目的是“强化”。在物理实验课中，以螺旋测微器的使用为例。在教学中，该实验都是以教师为中心的，主要体现在教师的“教".该课程的课件设计也主要是以教师为中心，展开设计。从原理到读数，从结构到练习，主要体现课件的可展示细节，可重复操作，在细节的放大到还原的过程中掌握局部与整体的关系，在反复的读数中让学生掌握螺旋测微器的读数远离以及读书的注意事项。使学生获得“强化”，在这里，很明显课件的作用仅仅停留在对知识的“灌输”，而很少体现学生的主动性。虽然信息技术引入了该实验过程，但最终还是基于行为主义的教学，强调"强化"及“反馈”的重要意义。
这种课件对学生掌握仪器的使用、基本操作规范，等实验课使用效果非常好。在我们学校的物理教学中已得到广泛的推广。
b、 以认知主义学习理论为基础的实验教学案例探索
认知学习理论认为人类的学习不单是外部刺激产生的结果，也与人脑的内部有关，是人脑与外界刺激相互作用的结果，学习不仅是行为的变化，也包括人的认知结构的变化，它包括人的内部心理过程。认知学习理论将人脑看作灰箱，认为人脑已经具备了一定的认知结构，它是根据人类对信息的处理过程来描述的，根据对人的内部信息处理过程的假设不同，认知学习理论又分为信息加工理论和建构主义理论两大流派。认知理论的信息加工理论是将人脑比作计算机，因为二者之间在功能上相似，然后用计算机对信息的处理过程来解释人脑，从而得出了人对信息加工的模式。在这里是根据信息的意义进行存储，当要求学习者产生行为时，存储的信息和技能必须能被搜索和提取，搜索到的信息从长时记忆提取到短时记忆，与新进来的信息相结合形成新的学习能力，或是通过反应器将信息转换成动作。
这一类教学案例，不再将学生的学习仅仅看作是实验知识的被动接受过程，而是留给学生适当的“空间”展开思考，发挥自己的智力技能。比如物理演示实验关于物体放上传送带现象的教学中，这是一个动态的变化过程，十分抽象，对于学生学习来说，既重要，又难于理解。我选择课件时不仅仅是简单的呈现实验现象，而是通过实验现象的展示让学生建立各个物理量之间的联系，通过假定初始条件的变化，让学生来思考可能发生的变化及可能出现的结果，进一步延伸到相关的物理情景可能解决到的相关物理问题，教师通过多媒体画面，就能很好地突破了这一难点。但是我们选择的重点却并不仅仅是现象的呈现，否则直接用现实的实验更能显性说明问题。我们更关注教学的系统性问题，不仅是呈现现象，更设计学生思考的空间，在课件中加入假如结论思考，现象描述等让学生主动参与思考的部分，也引入根课程相关的课外思考，将平时见到的现象引入其中，作为引导学生发散思维的成分，从中体现以认知主义学习理论为基础的课件的优点。
这类课件使用的教学案例中，老师对教学的驾驭相对困难，但是相对行为主义为基础理论的课件来说，显然更利于学生创造性思维发展。所以对于一些重点环节或知识的难点，我们一般是经常用这样的课件。
c、以建构主义学习理论为基础的实验教学案例探索
建构主义学习环境下的原则包括：强调以学生为中心，强调“情境”对意义建构的重要作用。强调“协作学习”对意义建构的重要作用，强调对学习环境（而非教学环境的设计），强调利用各种信息资源来支持“学”（而非支持“教”）；强调学习过程的最终目的是完成意义建构（而非完成教学目标）。
从建构主义基础理论可以看出，以此为基础的实验教学更能体现开放性，师生，学生的交互性，更充分体现学生的主体作用。这类课件要求较高的技术含量。让学生自己动手，是一种极好的学习方法。以物理课程中关于电学实验中的电路联接为例。在计算机上用PPT课件来实现学生自己来选择电器元件，自己设计电路、连接电路，来完成自己想要测量的物理量。每一次实验可以有我们不止的比作部分，也有学生自主完成部分，租后将自己的实验结果在网上与大家交流，互相评论取长补短，充分发挥每一个人的聪明才智，是大家都能分享到别人的劳动成果，增强了同学们的自豪感同时也增进了学生的协作意识。
而学生不仅自己可以设计实验，也利用课件亲自动手实践，探索实验规律。同时也可以进行实验过程的自由讨论，并与教师形成教与学的相互促进，达到极好的学习效果。但这种教学过程的实施对学生有较高的要求，对老师也有较高的要求，作为一个县城中学，要将这样一种方式加以推广，个人以为，还需要硬件设施的进一步提升，学生的计算机水平的大幅度提高，老师计算机水平的提升和教学观念的进一步改变。