首页 -> 2005年第12期
信息技术与物理教学整合模式的研究
作者：谢 康
物理教学独特的学科特点要求在物理教学中，首先，重视物理现象的描述和分析，在此基础上引出物理原理、定律和公式。其次，强调物理实验，因为学生的实验设计和操作能力是物理教学的基本要求。最后，鼓励学生在大量的物理事实基础上，通过排除干扰项，进行逻辑推理和数学分析，通过探索各种物理问题的本质联系，建立理论体系。但是在现实教学中，一方面，物理现象再现和控制较难。很多物理实验也无法、无条件在课堂中进行演示，特别是由于无关变量的干扰，实验效度大打折扣。另一方面，学生在建构物理理论体系的过程中，保证过程顺利进行的大量物理事实和史料，仅依靠任课教师的独自力量很难做到。要解决这些问题，就必须将信息技术整合到物理课程教学中去，充分发挥信息技术的优势，使物理教学效果最优化。
二、三种整合教学模式的探究
１．演示—讲解整合模式
物理现象的描述是物理教学的出发点，在传统的物理教学中因为条件的限制，不能为学生提供生动、形象的物理现象变化过程，使学生比较难有效地把握物理实质。信息技术与物理教学整合的演示—讲解模式，它的特点是以教师为中心，系统授课和信息展示。
在这个模式中，首先教师利用信息技术媒体以图文、动画、视频和音频等信息形式有效地将难以表达的物理现象及物理变化过程在课堂上向学生展示。以具体形象教育为主，向学生提供具体和直观的信息，使学生易于感知、想象和联想。接着教师围绕所展示的物理现象及变化过程，适时地做系统讲授，促进学生建立起物理现象与物理概念和规律之间的联系，再通过师生交互，让学生再观察和分析，直至学生领悟和理解教师所教的知识。
演示—讲解整合模式中，教师依次承担确定教学目标，选择教学内容，描述物理现象，引导学生在现象中发现规律，提出问题，导出概念、原理、公式，验证导出的结果，促进学生知识迁移等工作。通过师生直接的互动和教师利用信息技术媒体，对物理现象的模拟演示、反复再现、排除干扰项再现、展示实际应用等手段，引导学生依次完成对物理现象的感知、想象、联想，注意现象间的相关变化，建立现象与概念、定律的联系，表达意见，对物理现象的再观察、比较、领悟，直至完成深化理解、知识迁移的任务。
在这个教学模式中，教师为中心，有计划、有目的地组织整个教学过程，教师通过直接传授和利用信息演示相结合的方法将教学内容形象、生动地传授给学生，让学生在单位时间内更有效地对知识进行理解、巩固和应用。在这个模式中，信息技术主要帮助教师的“教”，让学生更有效的“学”。
学生同时接受来自两方面的信息，一方面接受教师的讲授，这是抽象经验的学习。另一方面接受信息媒体所演示的信息，这是观察经验的学习。在整个学的过程中，学生依靠教师的讲解以替代性策略较快地掌握知识。依靠对演示现象和过程的观察以生成性策略增进知识的理解，将所授知识与解决实际物理问题联系起来，促进知识的迁移，从而培养对知识应用的能力。这其中学生必须有效将两个通道的信息传播内容相互配合起来，锻炼和培养了学生对多通道传播信息综合处理的协调能力，为最终培养信息素养打下基础。
２．实验—探究整合模式
在物理教学中，物理实验摆在较重要的位置。通常大部分学者认为物理学所特指的科学方法是实验法。物理学是实验科学，它的定理是借助于实验而得到的。信息技术与物理教学整合的实验—探索模式，它的特点是利用信息技术形成实验中心，进行假设验证，探索式学习。
在实验—探究整合模式中，学生是教学过程的主体，学生在教师用信息技术编制的实验模拟软件所形成的类似实验中心的学习环境中，独立地进行各种试探性的实验探索。在进行了大量的设计型实验后，观察到大量的物理现象和获得大量的实验数据，依据这些现象和数据，抽取数据间的本质联系，揭示规律，提出假设，再利用实验模拟软件通过实验来验证自己的假设，从而得出具有普遍性的规律，提出定理、定律和公式。之后，根据已获得的公式对已有的数据重新计算，看计算结果与实验结果是否一致，分析原因，达到巩固知识、深化知识和理解知识的目的。最后，同学之间互相讨论，进行总结。
这个过程是学生自主探索知识的学习过程，学生依靠设计型实验，通过观察、比较、分析、验证、讨论和总结等环节达到对课程内容的了解和掌握。学生在学习中不停地与实验模拟软件进行交互，探索式前进，以达到理解物理知识、发展研究能力的目的。在学生学习过程中，教师主要通过实验模拟软件的编制、软件的交互功能设计和软件的帮助信息来实现对学生学习的指导。
在这个整合模式的实施中，学生获得了丰富的感性知识，提高了学习兴趣，有利于深入理解物理概念，在大脑中形成物理图象，建立空间物理过程。学生思维得以启发，增强了探索能力，培养了实验技能，掌握了科学的研究方法，为今后进一步科学探索打下了基础。另外，在整个学习过程中，学生始终要自己实际操作，强化了信息技术的操作技能，特别是面对实验中展现的各种信息，要认真思考、系统分析和去伪求真，对形成科学的信息处理方法很有帮助，为树立科学的信息观打下了基础。
３．文化—合作整合模式
物理学是人类文化的一部分，它包含相当丰富的物理学史，有独特的科学思想和科学方法，与社会的各个方面相互联系、相互影响，与其他学科如数学、天文学、化学和文学等学科有着密切的联系。因此，物理学具有人文主义倾向。信息技术特别是网络技术与物理教学整合的文化—合作模式，它的特征是文化中心，历史地学、合作地学。
在这个整合模式中，教学内容主要是学科发现的过程、定理推理的步骤、概念形成的背景、定律对人类社会的影响等课程内容，内容传播的特点是从历史和哲学的角度进行阐释。这就需要大量的历史资料和相关学术资料作为基础。信息网络技术为这个基础的形成提供了有效途径，ＷＥＢ技术能多渠道地提供某一物理概念的形成、发展、研究动机和探究方法等资料，以及这个物理概念对人们的影响、社会的接受情况和产生的社会变革情况，从人文方面为学生构建与某一物理概念相适宜的学习情景。这样学生就能在详实资料组成的学习情景中，了解主要定理和重要概念的演变，理解判定科学思想正误的标准，从而掌握知识，形成科学观和培养科学精神。如果说传统物理教学中重逻辑性探索，体现了科学主义精神，那么信息网络技术与物理教学整合的文化—合作模式则是重历史性的探讨，体现人文主义精神。
在文化—合作整合模式中，信息网络为学生建立了一个大的知识宝库。教师已索取的和信息网络上能索取的那些关于物理概念的历史演变资料及学术资料，与学生的爱好、兴趣、已有知识结构等信息共同决定学习目标和内容。
教师在学生学习中要先提供一些物理概念的演变资料，一些相关的学术资料，一些有代表性的ＷＥＢ站点，及相关概念对社会变革影响的材料以保证学习的正常进行。同时，教师在学生学习过程中还要不时地为学习小组提供指导，对学习小组的提问进行反馈，利用已掌握的资料和ＷＥＢ地址及时对学习小组进行导航。
学生首先依据学习目标和内容进行自由组合，建立多个学习小组。接着小组成员分工，对于学习目标所涉及的知识分别以不同的渠道和路径在因特网上查找有价值的材料。第二步，小组成员整理获得的资料，按时间排序，跟随历史演变的过程，发现问题，进行推理，形成概念。第三步，小组举行讨论，成员经过理性分析后发表自己的意见，对概念和定理的探索方法形成共识。第四步，小组成员分别去理解和运用操练这些概念、定理和公式，逐步掌握、深化、理解。第五步，小组根据查找的资料，分析这些概念、定理和公式出现后对社会发展的影响及解决实际问题时的作用，依据小组成员的不同观点分成两派进行辩论，通过辩论进一步理解这些知识的应用价值和应用方式。
在学习小组整个学习的过程中，学生可以适时与教师取得联系，接受指导，调整学习方向。同时也要求小组成员间要相互尊重，取长补短，共同合作。这个模式显现了物理学科发展深刻的人文内涵，这对学生是新颖的、有特色的，非常容易引起学生的兴趣，有较好的学习效果。另外，学生在这个模式中学习，因面对因特网上如潮水般的信息，往往容易迷失方向，在教师的帮助和同学的互助下，能培养信息搜索的定向能力，为信息素养的获得打下坚实的基础。同时学生也能提高因特网的操作技能，加深对信息技术的理解，特别是能培养学生的信息获取技能。
三、小结
以计算机技术为核心的信息时代的来临，为传统的教育、教学带来了良好的改革和发展机遇，信息技术正走进我们的课堂，支持我们的教学改革。但信息技术在教学中如何才能真正发挥它的优势，为教育、教学事业服务？我们认为信息技术必须与我们的学科建设统一起来，实现无缝链接，建立新型的学科教学的整合模式，最终实现学科教学的最优化。