（教育技术学专业论文）基于互动程序的高中物理规律课教学模式研究.pdf

摘要 从物理学科的课型分类出发，区别对待和处理每个课型，积极尝试和探索着 新课程改革理念下的物理学科不同课型、不同内容、因材施教的教学模式实现。 教学模式的科学性、实效性、可操作性和系统性，是当今课程改革、素质教育迸 一步深化的客观要求。 规律课教学在高中物理教学中居核心地位。较之于高中物理学科其它课型的 教学，规律课教学对于培养学生的探究能力、思维能力、运用知识解决实际问题 的能力和创新能力有着尤为重要的作用。已引起了越来越多研究者的关注。 本文首先对现有高中物理规律课教学模式进行了调查，并分析了其中的不足 之处：课堂实验方式限于实物实验和普通课件演示。实物实验( 存在着实验规模 不能过大、实验步骤不能太复杂、操作技术不能太高、实验时间不能过长、实验 不能有危险性等限制) 使得教学的探究过程不易控制或是难以完成任务。而课件 演示( 学习者无法改变和控制课件的内容和时序，信息由计算机向学习者单向传 输) 使得教学的互动性不强，学生的主动性不够，造成对规律理解不透彻、影响 规律课教学质量。因此，本文以互动程序为支架展开高中物理规律课的教学。此 外，考虑到在不同的课型教学中，互动程序的使用的时机、使用方式，使用时注 意事项也将不同。本文从物理规律的分类( 实验规律、理想规律、理论规律) 出 发，在互动程序( 本文考虑以f l a s h 及其脚本语言实现) 的基础上，构建了基 于互动程序的高中物理“实验规律”教学模式、基于互动程序的高中物理“理想 规律”教学模式及探索基于互动程序的物理“理论规律”教学模式。并以江西省 吉安三中对实验基地，对此三类模式进行了实际教学的效果实施和评价。 最后，对具体研究工作进行总结，并探讨了未来的研究方向，希望本文的研 究在高中物理规律课教学中能有进一步的应用。 关键词：互动程序物理规律课教学模式 a b s t r a c t e m b a r k i n gf r o mt h et y p e so fp h y s i c s , t ”a t i n ge a c ht y p eo fp h y s i c sl e s s o ni nd i f f e r e n tw a y , t h eo b j e c t i v er e q u e s t so fc u r r i c u l u mr e f o r ma n dq u a l i t ye d u c a t i o na r ep o s i t i v e l ya r e m p t sa n d e x p l o r e st e a c h i n gm o d e l sw i t hd i f f e r e n tc l a s s ，d i f f e r e n tc o n t e n t , t e a c h i n gi na c c o r d a n c ew i t ht h e s t u d e n t so fp h y s i c su n d e rt h et h e o r yo ft h en wc u r r i c u l u mr e f o r m a t i o n , r e a l l z i n gt h ee d u c a t i o n a l m o d e ls c i e n t i f i c , e f f e c t i v e , f e a s i b c ，s y s t e m a t i ca n dc h a r a c t e r i s t i c t h ep h y s i c sp r i n c i p l el e & f no c c u p i e st h ec o g es t a t u si np h y s i c si nt h es e n i o rm i d d l e s c h 0 0 1 c o m p a r e dw i t ho t h e rt y p e so fp h y s i c s , a n dr e g a r d i n gr a i st h es t u d e n t s 曲i h l ) b0 f i n q u i s i t i o n , t h o u g h t , u s i n gk n o w l e d g es o l v ea c t u a lp r o b l e m sa n di n n o v a t i o n , p h y s i c sp r i n c i p l e l e s s o nh a se s p e c i a l l yv i t a lr o l e i th a sa r o u s e dr o o r ea n dm o r er e s e a r c h e r si n t e r e s t t h i sa r t i c l ef l r s th a sc a r r i e do nt h ei n v e s t i g a t i o no ft h ee x i s t i n gt e a c h i n gm o d e l so fp h y s i c s i ns e n i o rm i d d l es c h o o l ，a n dh a sa n a l y z e dt h ed e f i c i e n c y ：t h ee x p e r i m e mw a yi nc l s s sa g e r e s t r i c t e dj nt h ep r a c t i c a l i t ye x p e r i m e n ta n dt h eo r d i n a r yc o - - a r e o p e r a t i n gp r a c t i c a l i t y e x p e r i m e n ti sd i f f i c u l tt of i n i s ht h ee d u c a t i o nt a s k ( h a sm a n yl i m i t s ：t h ee x p e r i m e n t a ls c a l ec 锄t b eo v e r s i z e d t h el a b o r a t o r yp r o c e d u r ec a n n tb et o oc o m p l e x , t h eo p e r a t i o nt e c h n o l o g yc s n n tb e t o oh i g h t h eo p e r a t i n gt i m e n n tb et o ol o n g , a n dt h ee x p e r i m e n t 锄th a sr i s k s ) a n do r d i n a r y c o m s e w a r e ( t h el e a r n e r sa r eu n a b l et oc h a n g ea n dc o n t r o lt h ec o 嗍a r e sc o n t e n t sa n di t s s u c c e s s i o n ，t h ei n f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o ni su n i d i r e c t i o n a l ) c a u s e st h et e a c h i n gi n t e r a c t “ei n s t r o n g , s t u d e n t si n i t i a t i v ei si n s u f f i c i e n t ，i n f l u e n c e i n gt h eq u a l i t yo f t e a c h i n g t h e r e f o r e ，t h i sa r t i c l ec o n s i d e r st ot a k ei n t e r a c t s t h ep r o c e d u r ea st h es u p p o r ti np h y s i c s p r i n c i p l el e s s o n c o n s i d e r i n gw h e na n dh o wt ou s en t e r a c t i v e - p r o g r a mi nd i f f e r e n tt y p e so f l e s s o n , e m b a r k i n gf r o mt h ec l a s s i f i c a t i o no fp h y s i c sp r i n c i p l e ( e x p e r i m e n t a lp r i n c i p l e ，i d e a l p r i n c i p l ea n dt h e o r yp r i n c i p l e ) , t a k ei n t e r a c t st h ep r o c e d u r ea st h es u p p o r t ，c o n s t r u c t i n gs e n i o r m i d d l es c h o o l e x p e r i m e n t a lp r i n c i p l e b a s e do ni n t e r a c t i v e - p r o g r a m s e n i o rm i d d l es c h i “i d e a l p r i n c i p l e b a s e d o i l i n t e r a c t i v e - p r o g r a m , s e n i o r m i d d l e s e h o o l e x p e r i m e n t a l p r i n c i p l e b a s e do ni n t e r a c t i v e p r o g r a m a n dih a v ec a r r i e do nt h er e s e a r c ha n da n a l y s et h ee f f e c t o ft h i st h r e et e a c h i n gm o d e li nt h en o b 3m i d d l es c h o o li nj i a n g x ij i a n f i n a l l y , ih a v es u m m a r i s e dt h er e s e a r c hw o r k , a n dh a v ed i s c u s s e dt h ef u t u r er e s e a r c h d k e c t i o n ，h o p e dt h i sr e s e a r c hc a nh a v et h ef u r t h e ra p p l i c a t i o ni nt h et e a c h i n go fp h y s i c sp r i n c i p l e i ns e n i o rm i d d l es c h o o l k e y w o r d s ：i n t e r a c t i v ep r o g r a m p h y s i c sp h y s i c sp r i n c i p l el e s s o n v 图3 - 1 图3 - 2 图3 3 图4 1 图4 2 图4 3 图“ 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 表4 - l 表4 2 表4 3 表年4 表4 5 表4 6 表4 _ 7 表4 8 表4 9 表4 - 1 0 表4 1 1 表4 - 1 2 图表目录 基于互动程序的高中物理“实验规律”教学模式结构程序2 0 基于互动程序的高中物理“理想规律”教学模式结构程序2 8 基于互动程序的高中物理“理论规律”教学模式结构程序3 6 互动程序之探究匀变速直线运动4 6 匀变速直线运动规律的拓展与应用4 8 匀变速直线运动规律的练习题分析4 8 互动程序之探究牛顿第一定律5 1 验证动量守恒定律之创设情境5 4 互动程序之验证动量守恒定律5 5 动量守恒定律的拓展与应用5 6 动量守恒定律的练习题分析5 6 匀变速直线运动学习任务单4 4 匀变速直线运动问题表4 4 匀变速直线运动学习要求4 4 牛顿第一定律学习任务单4 9 牛顿第一定律问题表5 0 牛顿第一定律学习要求5 0 动量守恒定律学习任务单5 2 动量守恒定律问题表5 3 动量守恒定律学习要求5 3 匀变速直线运动的规律测试成绩统计表5 7 牛顿第一定律测试成绩统计表5 8 动量守恒定律测试成绩统计表。5 8 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名： 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在 解密后适用本规定 导师 日期 讼 名 一 签上 黼呼 论 ： 位 期 学 日 第1 章引言 1 1 研究背景 ( 1 ) 基础教育新课程改革为高中物理各课型教学模式的研究提供了实战场地 自教育部颁布新的普通高中物理课程标准( 实验) 后，全国范围内的高 中物理新课程改革实验正在如火如茶地展开。较之于与过去的大纲，新课 标明确了物理课程的教育、教学目的是“进一步提高学生的科学素养”：学生 在高中物理课程中不仅要学习课标要求的“物理基础知识与基本技能，受到 科学方法和科学思维的训练，”而且需要“体验科学探索过程”，“增强创新意识 和实践能力，发展探索自然、理解自然的兴趣与热情”，从而为终身发展打下基 础。 高中物理教学是高中物理新课程实施的基本途径，如果不进行教学创新， 新课程发展就会流于形式。要解决课程改革的热点难点问题，不能回避教学模式 问题。生成并推广新型高中物理教学模式，这是高中物理课程改革的关键环节； 课程改革的进程，高中物理新课标的具体实践，必将通过克服过去单一的“大一 统”模式，促进教学模式的科学性、实效性和可操作性而实现。在此背景下，广 大物理教师及教研工作者积极投身于新课程改革理念下的高中物理学科中各课 型教学模式的研究。从高中物理学科的课型分类出发，区别对待和处理每个课型， 积极尝试和探索着新课改革理念下高中物理学科中不同课型、不同内容、因材施 教的教学模式。目前高中物理各课型教学模式研究中体现的自主、创造、情境、 和谐等特点，正是新课程理念的因素。可见，实现高中物理各课型教学模式的科 学性、实效性和可操作性是新课程实施的重要途径，新课程改革也同时为高中物 理教学各课型模式的研究提供了有利的理论和实践环境。 ( 2 ) 高中在基础教育中所处的重要阶段促进物理各课型教学模式的研究 高中作为基础教育的一个重要阶段，是面临人生的一个新考验，不管是学生 的主观方面，还是客观环境，较之初中阶段的学习都有了大幅度的变化。高中的 物理课程在学习难度、强度、容量方面都加大了，学生的学习负担及压力明显加 重。因而，对于高中学生的探究能力及思维能力的要求，较初中物理有了一个很 大的飞跃，这也是当前初、高中物理“台阶问题”的实质。在此背景下，对高中 物理学科教学模式创新方面的研究也到了越来越多教育工作者的关注。随着社会 发展步伐的不断加快，教学理论、教学目标和任务、教学结构等也在快速地更新 1 普通高中物理课程标准( 实验) ，2 0 0 3 3 和发展。为适应教学实践的要求，高中物理教学模式研究在向着科学性、实效性 和可操作性、系统性靠拢，逐渐呈现出课型研究的趋势。 ( 3 ) 规律课教学在高中物理教学中居核心地位 高中物理学科依其教材中教学内容的不同，可分为五大课型：概念课、规律 课、实验课、习题课和复习课2 。这五大课型各有特点和规律，分别处在高中物 理教学过程中的不同阶段。其中，物理规律是自然界中物理客体本质属性的内在 联系，是事物发展和变化趋势的反映。它属于人们对物理世界客观物体的高层次 的理性认识，是物理基础知识的核心内容、物理学的主干。因此，掌握物理规律 是高中物理教学的关键，规律课教学在高中物理教学中居核心地位3 。较之于高 中物理学科中其它课型的教学，规律课教学对于培养学生的探究能力、思维能力、 运用知识解决实际问题的能力和创新能力有着尤为重要的作用。 ( 4 ) 互动程序在教学中的应用为高中物理规律课的教学带来了新视角 互动程序是用j a v a a p p l e t ，f l a s hm o v i e ，s h o c k w a v em o v i e 和几何画板等工 具编制的，具有交互和多媒体特点的小程序。它是根据使用者的思维，创设和输 出在不同条件下的现象和结果，有利于使用者在比较中发现现象、探索规律。其 目的是通过计算机的模拟环境使得学生能够接触到知识的整个形成过程。在此 过程中，学习者在对不同的内容比较中发现现象和探究规律，是学习者学习疑难 复杂问题的有力工具。而物理规律的建立是以物理实验现象作为基础，在物理规 律课教学中，应尤其注重以实验为中心，启发学生去思考，引导学生去实践，让 学生在实践中探索规律。互动程序以其特点及功能能够在很大程度上实现实物实 验及普通课件带来的正面效果，并弥补它们的一些不足之处，成为物理规律教学 的良好支架。目前，互动程序在数学和科学的应用( 探索如何在应用图像和非语 言形式来探究新知识为高中物理规律课教学中探究式学习的开展、实验活动的实 施，知识的拓展等活动带来了新视角。 1 2 研究现状及分析 在上述背景下，对互动程序在其它学科中扩展性应用的研究，对高中物理规 律课此课型下不同内容、因材施教的教学模式的研究，已引起了越来越多研究者 的关注。以下是对目前互动程序的应用现状及规律课教学模式的研究现状的整理 及分析： 2 李新乡，张德启，张军朋，王守江主编物理教学论，科学出版社，2 0 0 5 年版 3 黎宗传刍议教材内的物理规律中学物理教学参考，2 0 0 5 ，f ) 4j i m t a o 译互动程序节选自美国教师联台会b 丛巳；幽唑墨璺q 璺鳗：盟也盥n 她型璺垒垃垃臼蛰坠】：签鲢 2 1 2 1 互动程序的应用现状及分析 目前互动程序在教学中的应用主要有： 使用互动程序进行教学，坚持以“学生探究”为中心，教师辅助指导的原则 、来展开数学和科学学科的新形式是近几年来在欧美开始流行的方式，在美国 超过1 0 0 家的教育研究机构基于上述的概要测试了4 0 0 0 多家教育团体，通 过对比分析研究发现通过互动程序探究学习的模式可以有效的提高学生的 成绩，该比率i 3 4 s 。我国从引入几何画板等软件开始，也正在探索在教学中 如何应用图像和非语言形式来展示和探究新知识。近年来，我国依托互联网， 引入和开发了一些针对某一学习主题( 知识点) 的专门可视化的软件，并开 始开展数学和科学互动课程的实验。 上海市金山中学的曹昭全教师进行了基于互动程序的高中物理互动课程的 开发与应用的课题研究，将互动程序应用于高中物理课程，并通过研究表明 这是一种新颖的、高效的、可靠的教学方式6 。 综合这些研究，我们发现目前还未有人进行过将互动程序具体引入到学科中 各课型教学的研究。而在不同的课型中，互动程序的使用的时机、使用方式，使 用时注意事项也将不同，因而，从宏观角度上考虑互动程序在教学中的应用缺乏 系统性、存在着一定的局限性。 1 2 2 规律课教学模式的研究现状及分析 目前已有一些研究者进行了规律课教学模式的相关研究，现存的规律课教学 模式主要有： 传统的物理规律教学课的教学模式一般是：引入物理规律一建立物理规律一 讨论物理规律一运用物理规律四部曲。 青州八中高三物理组将研究性学习引入到物理规律教学课，提出在物理规律 教学课中进行课内研究性学习的模式：设难置疑一设计探究实验或理论推导 一回顾历史一运用规律一探究规律之间的联系一评价六部曲7 。 福建平潭县城关中学的曾国雄教师分别提出概念课、规律课、习题课、实验 课、复习课、讲评课，六大物理课型教学模式，其中规律课教学模式为：创 设情景引出问题一猜想验证收集数据一分析综合归纳规律一研究方法应用迁 5jimno译互动程序节选自美国教师联合会htto：lwww360doccomshowwebololl29051asox 6 曹昭全，从互动出发高中物理互动课程教学刍议中小学信息技术教育，2 0 0 6 1 0 2 ) 7 中学物理规律教学课中的研究性学习b 鲍芷凸6 璺型四画d ：盟磐 照趔丝垒! 垂x d 毡a n 篷q 竖螋臣鲤女! 画 3 移5 。 天津市教研室物理学科室课题组针对物理学科的课型( 概念课、规律课、实 验课、装置仪器课、习题课及复习课) ，编制了六个教学模式。其中，规律 课的教学模式为“猜想、实验、探究式”，其流程图是：前置诊断一引发猜 想一实验探究一总结规律一巩固练习一达标测评9 。 浙江省杭州学军中学的葛德成教师根据物理规律的特点，提出两种物理规律 教学的模式：科学归纳教学模式( 研究课题一典型实验一分析推理一科学猜 想一实验方案一探索研究一实验结论) ：演绎推理模式( 研究课题一科学猜想 一结论或命题一实验检验一实验结论) ”。 综合这些研究，我们发现主要存在着以下两大问题： ( 1 ) 针对性不强，适用范围有限。大多规律课教学模式是从宏观的角度提 出，以期适用所有物理规律的教学，致使这些模式在教学中的针对性不强，适用 范围有限。 ( 2 ) 课堂实验方式限于实物实验和普通课件演示。实物实验( 存在着实验 规模不能过大、实验步骤不能太复杂、操作技术不能太高、实验时间不能过长、 实验不能有危险性等限制) 使得教学的探究过程不易控制或是难以完成任务。而 课件演示( 学习者无法改变和控制课件的内容和时序，信息由计算机向学习者单 向传输) 使得教学的互动性不强，学生的主动性不够，造成对规律理解不透彻、 影响规律课教学质量。 1 3 基于互动程序的高中物理规律课教学模式的提出 高中物理规律课教学的认知情况调查及分析 针对目前互动程序的应用现状及现存高中物理规律课教学模式存在的问题， 我们从物理规律的分类( 实验规律、理想规律、理论规律) 出发，以互动程序为 支架( 本文考虑以f l a s h 及其脚本语言实现) 探索基于互动程序的高中物理“实 验规律”教学模式、探索基于互动程序的高中物理“理想规律”教学模式、探索 基于互动程序的物理“理论规律”教学模式。然而在具体的教学过程中应如何具 体操作，需要我们针对教学实际，尤其是对学生对于物理规律课的认识实际，提 出具体的操作程式。为此，对学生进行了高中物理规律课认知情况调查。 做此项调查的目的： 。曾国雄，如何获得初中物理课堂导学的最大利益初中物理网，h t m ：a v w w d c v c o m c n ，2 0 0 3 ，舭) 9 来岳舟，实施素质教育目标教学构建初中物理教学模式体系天津市教研室，2 0 0 1 ，( 0 2 ) m 葛德成，物理规律“研究性学习”教学模式探讨h 却：f w 州h 勾巧h s 呻j i y a n 矗- 哪l v 4 了解学生对物理规律的态度及认识，找出认知误区，便于针对教学。 通过对高一、高二不同类型班级的态度和认知对比，分析原因，以提出 具体有效的、可操作的教学模式。 调查表及调查说明： 调查表见附录i 。 对调查项目的说明：问题l 了解到学生对在物理规律课教学中引入实验 的重要性的认识。问题2 9 都能间接地了解到学生对在物理规律课教学 中引入实验是否必要的看法。问题2 、3 、4 、5 、6 则能间接地反映出在 课堂教学中引入互动程序的重要性与可行性。问题7 、8 、9 、1 0 了主要 了解到学生对不同类别的物理规律教学所希望的教学方式。 对调查班级的说明：江西省吉安三中是一所重点中学。学校高一不分班， 高二分为物生班( 学生主修物理、生物、化学、政治等必修科目) ，化生 班( 学生主修化学、生物、物理、政治等科目) 。高一( 3 ) 班的物理教 师是新上任的，对教学非常认真负责，调查学生数为4 3 名。高二( 2 ) 班( 物生班) 及高二( 6 ) 班( 化生班) 的物理教师都是经验丰富的中学 高级教师，调查的学生数分别为4 5 名、4 7 名。 统计结果：见附录2 。 对统计结果的分析 从总体上看，绝大多数学生认君市课堂上利用实验来理解物理规律课非常必 要( 调查问题1 ) ，并且没有被调查者选择c ( 没有必要) 。多数学生认为课堂演示 实验、实物实验效果一般，很少同学选择演示实验、实物实验的教学效果很好， 能够帮助他们很好地把握物理规律( 9 5 ) 。问题3 、4 、6 、7 、8 、9 中间接反 映出学生对学生实验方式的看法，选择希望自己动手实验的学生占大多数( 7 3 8 以上) 。此外，有9 3 9 以上的同学认为有必要根据对不同类别的规律采用不 同的教学方式( 问题1 0 ) ，并且没有被调查者选择c ( 没有必要) 。问题7 了解到 学生对“实验规律”教学方式的看法，选择希望能够自己动手操作探究得出物理 规律的学生占8 4 以上。问题8 了解到学生对“理论规律”教学方式的看法， 选择希望由老师引导他们推理，再自己动手验证规律的正确性的学生比例百分比 数值虽然有所悬殊( 5 6 、8 5 、7 4 ) ，但此选项的比例为三个选项中的最高 项。问题9 了解到学生对“理想规律”教学方式的看法，选择希望自己动手操作 相关的现实状态下的实验，并在此基础上推理到理想状态下的学生比例占7 5 5 以上。 对比高一、高二年级的调查结果，高二学生在认为实验的重要性较高一多( 问 题1 ) ，希望课堂上能够自己动手操作的学生人数较高一多许多( 问题3 、4 、7 、 8 、9 ) 。说明随着物理课程难度的增加，高二学生已明显体会到实验对于物理规 律课教学的重要性以及动手操作实验更有助于把握教学内容。然而有趣的是：对 于问题7 ，有些可以通过观察现象、分析数据探究出的物理规律，高一高二学生 绝大多数学生希望能够自己动手操作探究得出物理规律，对于问题9 ，有些物理 规律是理想状态下的规律，因而无法做实验观察，对于这种物理规律的教学，高 一高二学生绝大多数学生希望自己动手操作相关的现实状态下的实验，并在此基 础上推理到理想状态下。而对于问题8 ，此问题三个选项的比例悬殊。部分学生 选择a ( 老师板书推理过程，再自己动手验证规律的正确性) 。分析其原因在于， 学生对于用数学知识推理公式缺乏信心，然而推理能力的培养和锻炼对于高一高 二学生来说，都是必不可缺的。这就给我们构建高中物理规律课教学模式带来了 一定启示： 从此次调查中获得的启示： 1 物理规律的教学需要建立在实验的基础上。绝大部分学生认为实验很重 要，在问卷中选择“希望自己动手做实验”说明了这一点。 2 课堂上进行实物实验及演示实验没能发挥最优效果，不能帮助学生很好地 理解物理规律。这启示我们尝试利用互动程序来解决在物理规律课教学课堂上做 实物实验及利用演示实验开展教学存在的弊端。 3 对提出新教学模式的启示：在对不同类别的规律进行教学时，需要采用不 同的教学程序，注意互动程序在不同类别规律教学中的使用的时机、使用方式， 注重学生的参与，让学生动手操作实验。对于“实验规律”，让学生动手操作互 动程序，分析数据探究得出物理规律。对于“理想规律”，让学生动手操作相关 的现实状态下的互动程序，并在此基础上推理到理想状态。对于“理论规律”， 虽然从调查中说明，学生对于用数学知识推理公式缺乏信心，然而推理能力的培 养对于学生来说必不可缺。因此，在教学中，教师的适当引导学生推理显得尤为 重要。先由老师引导学生推理，再让学生操作互动程序来验证规律的正确与否。 教师在引导学生推理时，必须帮助学生复习好推理需要的前提知识。 根据以上关于模式的论述及调查的分析和启示，我们构建了基于互动程序的 高中物理“实验规律”、“理想规律”、“理论规律”这三类物理规律的教学模式。 1 4 提出基于互动程序的高中物理规律课教学模式的意义 从物理规律的分类( 实验规律、理想规律、理论规律) 出发，以互动程序为 6 支架提出的基于互动程序的高中物理实验规律教学模式、基于互动程序的高中物 理理想规律教学模式、基于互动程序的物理理论规律教学模式，通过合理搭建学 生探究的“支架”，引导学生进行学习；在理解的基础上，通过操作“互动程序” 强化对规律的认识；围绕“互动程序”将知识深化拓展，鼓励学生进行更广泛的 探究，提高学生的探究能力和思维能力。以期弥补目前课堂实验的弊端，增强模 式的实效性，优化高中物理规律课的教学质量。构建基于互动程序的高中物理规 律课教学模式对于扩展互动程序在课型教学中的应用、突破目前课堂实验的限 制、解决现存高中物理规律课教学模式适用范围有限的弊端具有非常重要的现实 意义。 7 第2 章核心概念概述 2 1 互动程序的概念及其开发工具 互动程序是指用j a v aa p p l e t ，f l a s hm o v i e ，s h o c k w a v em o v i e 和几何画板 等工具编制的、具有交互和多媒体特点的小程序( i n t e r a c t i v e - p r o g r a m ) 。它是 根据使用者的思维，创设和输出在不同条件下的现象和结果，有利于使用者在比 较中发现现象、探索规律。其目的是通过计算机的模拟环境使得学生能够接触到 知识的整个形成过程“。在此过程中，学习者在对不同的内容比较中发现现象和 探究规律，是学生学习复杂问题的有力工具。 经过精心设计的互动程序与普通课件不一样。利用普通课件进行教学，学习 者无法改变并控制课件的内容和时序，信息是由计算机向学习者单向传输。而互 动程序模拟的内容和展现的时序可由学习者通过改变课件参数来控制，通过信息 的双向传输进行互动。它主要通过交互的活动，把关注的焦点集中于学科的概念、 关系或规律上，使学生借助于可视化的模拟来进行探究。因此，与单纯的“做中 学”不一样，它强调的是在理解的基础上的“做中学”。 目前可用于开发互动程序的工具主要有以下四种：j a v aa p p l e t ，f l a s h m o v i e ，s h o c k w a v em o v i e 和几何画板。这四种开发工具开发出的互动程序都具 有类似的应用特点，只是在计算机上存储和运行的方式有所不同。从实现功能与 开发时间上考虑，本论文中互动程序实例的开发以f l a s ha c t i o ns c r i p t 实现。 2 2 物理互动程序的特点及其应用意义 参考互动程序的概念，本文把物理互动程序定义为：根据一定的物理规律 虚拟出的，能让使用者根据其思维，在一定范围内自行调节参数，并输出相应的 现象和数据的程序。 2 2 1 物理互动程序的特点 ( 1 ) 允许学生自行调节相关参数 物理互动程序并非单调地展示一个个固定的物理现象，而是允许学生参与进 来，学生可以自行调节互动程序模拟的实验的相关参数，互动程序则根据学生的 思维创设、并输出在不同条件下的现象和结果，进而使学生在对不同的内容比较 中发现现象，探索规律。这也是互动程序与普通课件( 模拟的内容和展现的时序 取决于课件制作者的设计，学生无法改变和控制课件的内容和时序，信息由计算 “j j m t 译互动程序节选自美国教师联合会丝q ；幽螋3 鲍d 旌：鲤啦擅b q ! 丛出型蝗2 鳗】：篮丝 8 机向学生单向传输) 的最大区别。 ( 2 ) 是规律发现历程的近似，其结论是确定的 物理互动程序是根据己存在的物理规律开发的，也即物理互动程序输出的物 理现象过程是可预见的、必然的，它不同于物理学家对规律的发现过程( 带有一 定的偶然性) 。我们无法将物理规律的发现历程让学生重新历经、再发现，互动 程序只是发现物理规律过程的近似，是为了帮助学生更深刻地理解规律来设计 的，因而其结论是确定的。例如：欧姆定律( 导体中的电流i 与导体两端电压u 成正比) 是由德国物理学家欧姆通过对电流的传导规律进行研究而总结出来的规 律。而互动程序则是根据此规律的数学关系式开发出来，并根据学生的思维输出 不同条件下的现象和数据，让学生通过整理、分析数据，进一步探索出电流与电 压的正比关系。 2 2 2 物理互动程序的应用意义 把互动程序引入到高中物理规律课的课堂教学中，具有非常重要的现实意 义，主要表现在： ( 1 ) 可作为部分具体实验的模拟，并解决开展部分具体实验带来的相关弊端 实验是建立物理规律的基础。实验对于物理规律的发现、理解和检验有着决 定性的意义。离开了物理实验，就没有物理学研究，也就不可能发现物理规律。 在物理实验中，学生通过自身的感觉器官，不断地积累感性材料，再经过思维的 加工，从而建立物理规律。可见，物理规律是在物理实验中被发现、检验和深化 的，物理规律的教学需要建立在实验的基础上。而互动程序以其实现的模拟环境 能使学生接触到物理规律的整个形成过程，可作为具体实验的虚拟，在物理规律 的教学中可起到非常重要的支架作用。 此外，互动程序还能有效地解决在课堂中开展部分具体实验的弊端。目前， 在物理规律课课堂教学中开展具体实验的形式主要有两种：一种是教师做演示实 验：另一种是组织学生随堂做实验。教师做课堂上做演示实验能创设生动的物理 情景，真实性强、说服力强，教师还可边做实验边解说实验步骤，说理清楚、透 彻。但采用这种方式进行教学在很多情况下同时存在着以下几大缺点： 受环境影响较大，实验现象经常与理论出现偏差。 不能顾及到每一个学生，特别是坐在后排的学生经常反映看不清。 有的实验现象出现比较快，稍纵即逝，有些实验虽可以重做，但费时、费力。 互动性不强，学生主动探究的积极性不强。 9 组织学生随堂做实验虽然较之于教师演示实验，更能调动学生主动探究的积 极性，但同时也存在着一定弊端： 由于课时的限制，在课堂教学中往往在老师设计好的实验条件下完成实验， 而无法满足让学生自己设计实验参数完成实验。 实验规模不能过大、实验步骤不能太复杂、操作技术不能太高、实验时间不 能过长、实验不能有危险性。 而在有限的课堂教学中，采用物理互动程序来代替实物实验，则能有效地解 决上述存在的问题，可起到雪中送炭、锦上添花的作用。既达到了基于实验进行 教学的目的，又兼顾了效率。 当然，如果实物实验所需的实验仪器大小恰当，实验装置和操作简便易行， 所用时间也较短，那么在课堂教学中还是应当首选实物实验要适用于课堂教学。 ( 2 ) 可作为无法开展的实物实验的补充 物理互动程序可作为某些无法开展的实物实验的补充。有些实验由于实验器 材的紧缺，使得教师无法进行演示实验教学、学生也无法动手实验，利用物理互 动程序可以弥补教学条件的不足。还有些实验，由于自身实验的性质而无法实施 ( 如：实验危险性过高、实验操作难度大、实验现象稍纵即逝等) ，利用物理互 动程序可对物理现象或实验中的局部细节进行放大( 如：“快”变“慢”，“微 观”变“宏观”) ，对实验结果进行理想化模拟。 ( 3 ) 有助于学生理解从规律的数学式分析出的表面现象与实际生活现象的差异 生活中有些物理现象会与从物理规律的数学式分析出的表面现象相悖。例 如，我们知道，灯泡的亮度是由它的实际功率决定的，实际功率越大，灯泡越亮。 在并联电路中，所有灯泡两端的电压都一样。因此，由功率公式p = u 2 r 可知， 并联的灯泡数量多少不会影响灯泡的实际功率，它们的亮度应是不变的。然而， 在现实生活中，并联的灯泡数量越多，灯泡是会越来越暗，随着并联数量的无限 增大，灯泡会直至熄灭。这是由于随着并联电路中并联的灯泡数量增多，电路中 的总功率会变大，这样会使得本来可以忽略的导线( 与灯泡串联) 分了一部分的电 压，从而使得灯泡两端的电压有所降低( 并联分流，串联分压) ，所以就会使灯炮 越来越暗。这一生活现象若采用实物实验进行观察，其现象将会不明显。而利用 互动程序，我们可以对这一生活现象进行模拟，设计让并联的灯泡总数在四个左 右时，灯泡突然熄灭。学生在操作时便会对观察到的现象产生疑问，进而在教师 的讲解和启发下，加深对规律的理解。 1 0 2 3 物理规律的概念及其分类 2 3 1 物理规律的概念 物理学科研究的是物质的结构和运动的基本规律，这些基本规律统称为物理 规律。物理规律是对自然界中物理客体本质属性之间的内在联系的揭露，反映了 物理现象、物理过程在一定条件下必然发生、发展和变化的规律”。它属于人们 对物理世界客观物体的高层次的理性认识，是物理概念发展和深化的必然结果。 物理规律是物理基础知识的核心内容，是物理学的主干。掌握物理规律是物理教 学的关键。 2 3 2 物理规律的分类 关于物理规律的分类，从不同角度可有不同的分类形式，较流行的分类形式 主要有以下两种： 依据物理规律的性质，可将物理规律分为物理定律、物理定理，物理原理、 物理定则、法则和物理方程”。 依据逻辑思维过程，可将物理规律分为实验规律、理想规律和理论规律三大 类别“。 通过认真分析，我们认为教学过程是学生对物理知识的学习过程，更需要符 合认识规律。因此，选择最后一种分类方法更有实际意义。本文依据此分类方法， 从物理规律的分类出发，以互动程序为支架，探索基于互动程序的高中物理实验 规律教学模式，基于互动程序的高中物理理想规律教学模式和基于互动程序的物 理理论规律教学模式。下面是对实验规律、理想规律和理论规律的定义描述。 实验规律 在实验事实和数据的基础上，通过分析、归纳、总结、概括得出的物理规律， 通常称为实验规律“。例如，牛顿第二定律就是通过物理实验总结得出的。在相 关实验中发现，当物体的质量m 一定时，其加速度a 与所受的合外力f 成正比， 即a “f ；当物体所受的合外力f 一定时，其加速度a 与物体的质量i l l 成反比， 即a o c l m 或f = m a ，这就是牛顿第二定律的数学表达式。 理想规律 理想规律不能直接用实验来证明，但是具有足够数量的经验事实。把这些 1 2 张宏，胡卫平物理规律教学中思维能力的培荐宁波大学学报( 教育科学版) ，2 0 0 4 ，( 0 3 ) 廿许国梁主编中学物理教学法扃等教育出版社1 9 9 2 年版 陈林海如何上好物理规律课物理教学探讨，2 0 0 4 ，t 0 5 ) 经验事实进行整理分析，去掉非主要因素，抓住主要因素，再推理到理想的情况 下总结出来的物理规律，称为理想规律“。理想规律并非空穴来风，它们是来自 真正的实验、又高于真正的实验的一种再创造。例如；牛顿第一定律、理想气体 状态方程等，这类规律的建立虽然是以实验为基础，但却不能直接用实验加以验 证，它是实验、推理和想象相结合的产物。 理论规律 理论规律是指以已知规律为根据，通过推理总结出来的物理规律“。例如动 量定理，它是依据已有的加速度概念a = ( v l v 2 ) t 和牛顿第二定律的表达式f = 腿推导得出的，将前式代入后式整理得f t = m v 。一m v 。，这就是动量定理的数学表 达式。 2 4 教学模式的概念及其结构 2 4 1 教学模式的概念 教学模式是一个久远而又现代的问题，从古代大教育家孔子讲学开始，就有 了教学模式的雏形。孔子认为，学习的主要过程是“学、习、思、行”四个环节， 形成了“学思结合”、“不愤不启，不悱不发”的启发诱导的模式。苟予则主张学 习的过程是“闻、见、知、行”。南宋时期杰出的哲学家、教育家朱熹，继承和 发展了孔子的教育思想，主张“知先行后”、“行重知轻”、“知行相须”，形成了 学一问一思一辨一行的模式。这些教学思想可视为是世界上最早的教学模式的雏 形。 然而，“教学模式”的概念最早是由美国学者乔伊斯( b j o y c e ) 和威尔 ( m w e l l ) 于1 9 7 2 年出版的教学模式一书中真正提出，并在书中用较为规 范的形式进行了教学模式的分类研究和阐述。我国也于2 0 世纪8 0 年代中期开始 进行教学模式的理论研究和实践。但对究竟什么是教学模式，中外学者对其定义 的界定有多种，具有代表性的主要有： 教学模式是“构成课程、选择教材、指导在教室和其他环境中教学活动的一 种计划或范型“5 。( 美国学者乔伊斯、威尔) 教学模式是“在教学实践中基于教学形式和方法的系统结合而产生的一种综 合性的形式”。( 苏联著名教育家巴班斯基) 教学模式是“导向特定的学习结果的一步步的程序”。( 美国学者冈特、埃斯 陈林海如何上好物理规律课物理教学探讨，2 0 0 4 ，( 0 5 ) 1 5 乔伊斯( b j o y c e ) 和威尔( m w e l l ) 教学模式1 9 7 2 年版 1 2 特、施瓦布) 教学模式是“一组综合性成份，这些成分能用来规定完成有效的教学任务中 的各种活动和功能的序列”。( 安德鲁斯、古德森) 教学模式是“开展教学活动的整套