信息技术与初中物理教学的整合.doc

信息技术与初中物理教学的整合实验研究中期报告一、课题提出上世纪九十年代中期以来，信息技术迅速兴起，蓬勃发展，正以前所未有的迅猛发展态势，渗透到世界的各个角落，正给人类的生产、生活方式带来巨大的变革。信息技术的普及为教育提供了丰富的资源，给教学带来革新机遇，将促进教学模式、教学内容、教学方法、教学手段直至教育思想、教育理论和教育体制的根本变革。面对挑战，如何利用信息技术和网上资源，建构信息化的学习环境和新的学习模式，实现信息技术与学科课程的整合，开展这方面的研究有着十分重要的现实意义。九年义务教育初中物理教学大纲的教学目的中强调了在初中物理教学中进行科学、技术、社会（简称STS）教育的目标，即在初中物理教学中不仅要使学生掌握基本知识和技能，而且要使学生懂得这些知识的实用价值，培养学生的科学意识、技术意识、社会意识，使学生形成关于科学技术与人类福利、社会发展相统一的价值观。新的物理课程标准进一步强调了“人”的发展，提出了“三个维度”，即知识与技能，方法与过程，情感与价值观。传统教学无法全面实现上述目标，多媒体技术和网络技术为物理信息时空一体化提供了展现舞台，让学生在信息化的环境中探究，主动进行信息收信、筛选，进行知识意义建构，在探究活动中长知识，开发创造力和潜力，在民主、平等的学习环境中陶冶情感、态度和价值观，张扬主体鲜明的个性。信息技术与物理学科教学整合为上述教育目标的实现提供了最佳的教育教学模式。二、课题研究设计（一）课题研究基本思路1、以现代教育理论特别是建构主义理论的学习观来指导信息技术与初中物理教学的观念和技术上的融合；把信息技术的基本观念、方法融入初中物理教学之中，更新教学的观念，以新的教育理念来指导物理教学的改革；采用行动研究法、观察调查法进行具体教育教学实践探索。2、在农村基础教育环境中，以渗透STS教育为突破口，把科学、技术、社会等方面信息植入课堂，把课堂引伸到课外或把课堂直接搬到课外去，让学生自主地利用信息、整合信息，创造信息，培养学生对信息内容的分析批判与理解能力，使之具有强烈的社会心，具有与他人良好合作共事精神等信息素养，实践信息技术和初中物理教学整合，建立研究性学习体系，对农村环境下的教育环境优化和教育质量提高具有指导意义。3、物理学科有其特点，它是以实验为基础的，信息技术的加入只能创设物理情境，进一步优化实验教学提高实验教学的效果，但不能取代实验教学教育教学功能。对实验比重大的物理课，以渗透信息技术的处理方法为主，学生主体在真实环境下自主探究。实验少或难做的物理课以信息技术支持为主，学生在虚拟的环境下探究学习，这种虚拟环境下的探究是对受时空制约大无法创设真实探究环境的一种补充。即有目的、有选择地在有利于发挥信息技术作用的物理课中进行整合，强调实用性，不是为整合而整合，不是拼凑，是融合，是内在的需要交融，关键是课程意识方面的整合。（二）课题研究目标1、如何以新的教学理念，以学生为中心，运用建构主义教育观和学习观将信息技术和物理教学过程紧密地结合起来，把信息技术教育融合到物理学科的学习中，促进物理学科教的变革，以信息的收集、加工、整理、创造过程来实现学习过程中情境、协作、会话、意义建构，提高物理教学质量；促进学生学的变革，提倡自主创新和协作学习精神，培养学生正确应用知识能力、科技探究能力和创新能力。2、建立基于信息技术支持下的开放式的物理教与学的学习体系，提高教师的现代教育信息意识和运用信息技术教的能力；提高学生网络（包括Internet开放式）环境下物理学习的技能，培养学生的自主创新学习物理能力。3、形成具有农村特色的信息技术与物理教学整合模式（建构网上资源和实际资源结合互补、学生自主学习的课堂新的教学模式，信息管理模式等）。4、开发基于信息技术环境下的初中物理教与学的工具平台和教学资源。（三）课题内容（实验假设）1、研究现代教育思想和教学设计理论、方法，特别是建构主义教学理论，运用系统方法协调教学系统中教师、学生、教育内容和教学媒体等教学元素的作用、联系和相互影响，使整个教学系统保持协调一致，维持整体的过程或结果，产生聚集效应；2、现代教育教学环境（计算机交互技术，网络技术，教学资源库等）的建设和开发，确保研究可持续地向前推进；3、研究在农村中学物理学科教学中运用信息技术的特点，以及信息技术交互性、即时反馈交流对提高教育教学质量推进素质教育的优势；4、研究网络环境下物理教学中多媒体教学软件（课件、积件）的开发，探索并建构以学生为中心，基于资源利用的在线研究性学习方式（基于问题情境的探究学习和基于任务的问题解决学习等）；5 、教师现代教育思想和信息素养的培养策略；6 、学生信息素养、使用信息工具能力的培养方法和途径。（四）主要研究方法、文献资料研究法；、行动研究法；、实验研究法。三、实验过程（一）理论探索1、信息与信息技术。信息一词，古已有之，其意与消息相当。随着时代的变迁，社会的发展，信息的内涵也不断丰富，到目前为止，信息一词的定义有多种，学术界尚无统一定论，大体分为类。国内较有影响的观点是“信息是物质的普遍性，它表示所属的物质系统在其它物质系统全面相互作用（或联系）的过程中，以质、能波动的形式所呈现的结构、状态和历史。”就物理教学而言，我们关注的是物理教育教学方面的呈现出的信息。信息技术包涵了计算机技术、多媒体技术、网络技术、通讯技术、光电技术、微电子技术和大规模集成电路技术等。目前与学校教育教学有密切关系的，主要的是指计算机多媒体技术和网络技术两个方面。我们进行的信息技术与物理学科教学的整合的研究，主要研究计算机多媒体技术和网络技术物理教学信息的处理和运用方面的作用和信息技术在物理教学中的位置。我们认为信息技术与物理教学的整合是将信息技术整合到期物理教学中去，学科教学的特点是第一位的，信息技术是一种辅助手段，它的位置是从属的，学科才是中心，即使将来把信息技术课程完全放进学科教学中进行，学科仍然是中心。2、初中物理教学。物理是一门以实验为基础的自然学科，它研究的是自然世界，揭示的是万物之“理”。物理学习的基本方法是观察与实验。观察是通过感官感受外部的各种刺激（信息），形成对事物的印象（初步的信息加工）。科学的观察是有计划、有目的地对自然状态下的客观事物进行系统考察和描述的一种科学活动。实验是人们根据研究目的，运用科学仪器设备，人为地控制，创造或纯化某种自然过程，使其按预期的进程发展，同时在尽可能减少干扰客观状态的前提下进行观测，以探究物理过程变化规律的一种科学活动。观察常是实验的前提，实验是观察的发慌观察是搜集自然现象所提供的信息，实验是从自然现象中提取它所要的东西（再生的信息），观察和实验是一同层次的认识，物理学中的每一个知识点几乎都是由下面的几个环节组成的。实验、事例规律、概念题目这种模式符合马克思主义认识论，它要求特别注意观察与思考，准确理解概念和规律的深刻含义以及使用条件，在运用和迁移过程中，培养学生的独立思考、论述、计算、应用等多方面的能力。信息技术与初中物理教学的整合，主要利用信息技术强大的优势来优化物理教学过程，为学生长期保持对物理学习的兴趣，掌握自主学习方法打下坚实的基础。3、建构主义。建构主义的学习理论是指导本课题实验研究的主要理论支撑。建构主义认为学习重心在于作为认知主体的学习者本人，学生是学习的主体，是认知结构的主动建构者，它强调学生在认知过程的主动性和建构性把学习视为一种认知建构过程。“情境”、“协作”、“会话”、“意义建构”是学习环境四大要素。基于这种理论体系的教学模式是：以学生为中心，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对所学知识的意义建构的目的，在整个教学过程中教师只起组织指导和帮助促进的作用。学习发生的最佳情境是与生活实际紧密联系的，只有在真实的情景中才能进行有效学习，获取知识的多少取决于学习者根据自身经验建构有关知识的意义能力，而不取决于学习的记忆和背诵能力，学习的目的不仅是懂得多少更重要的是运用，多媒体计算机和网络技术是建构主义学习环境下和理想认知工具，信息技术与初中物理教学整合必然有建构主义作为理论指导。、对信息技术与初中物理教学的整合的理解和定位。通过对有关文献资料的研究发现，目前有关事例的解释并无统一的定论，因各位专家所站的角度不同，所论及问题的侧重点不同，所形成的理论观点也不同。我们通过多次反复实践研究，最后形成我们的认识，事例首先是技术层面的运用，最后是两种学科思想理念的整合。整合从计算机出现就已经开始，多媒体技术和网络技术的出现使整合突现出来，从自发走向自主，从偶然走向必然，从浅层次走深层次。计算机到多媒体技术到网络技术，代表了整合发展的不同阶段或不同层面计算机的运用到学科教学中是纯粹工具使用，多媒体技术的运用是作为辅助手段出现的就目前农村学校的条件而言，这方面的研究有着十分重要的意义，它更切合实际，更能为农村学校所理解接受。网络技术运用使信息技术不仅仅是教师的工具，内容呈现的工具，同时也是学生学习要素之一，是学习的对象和工具。即在学科教学中同时进行了信息技术思想、理论和能力的培养（信息技术课可以不单独出现了），届时，信息技术不仅工具性影响学科教学，其思想性也将影响学科教学和研究（学科交叉），也可能会出现信息技术物理、物理信息之类的说法。（二）实践研究1、运用现代教学理论优化设计物理教学运用建构主义教学理论及相关的现代教学理念进行整合模式的设计，强调以学生为中心，充分发挥首创精神、将知识外化和实现自我反馈。根据所学知识的“主题”进行学习情境创设、信息资源设计、协作学习环境设计以及强化练习设计，最终达到意义建构的教学模式设计。重在设计学生的学习环境、学习活动，根据教学内容的信息类型确定教学形式，选择和组合使用教学媒体，进行实验探究。如：将学生课堂实验和课外小实验有机结合起来，开展课外科技活动，培养学生的动手的创造能力；从各种媒体上收集信息，了解新科技发展动态，扩大学生视野，丰富学生的科技知识，培养收集信息的能力；开设实践活动课，在活动中培养学生的STS意识、创新意识和实用意识；利用社会活动基地，给学生提供了解社会、服务于社会的机会，增强学生的社会责任感和信息技术的运用能力；网络教室内的一对一、一对多的交流讨论和探究，网上合作协作学习，培养团结协作精神。2、制订和完善课题研究实验方案课题实施方案是课题实验的蓝本，是研究工作开展的基本依据。为了搞好本课题的研究，课题组成员在前期工作中花了大量的时间和精力，群策群力认真地讨论和制订了课题研究实施方案，从课题研究的方方面面进行了详细地论证和说明。方案制订好后，参加了市教育局组织的交流研讨活动，听取了领导和专家的意见，对方案又作了几次修改，中期研究过程中，还对方案作了微小的调整，使我们的研究目标更加明确，研究的范围更小，研究的内容更具体，工作步骤更清晰，更加切合农村教育的实际情况。3、加强教师和学生信息技术的培训，不断提高师生信息素养。开展“整合”课题研究，建构新的教学模式，学生的信息素养、科学素养是基础，教师的信息素养是关键，没有师生素养培养和提高，新的模式就无法建构起来。尽管农村条件相对较差，我们还是珍惜每一次外出学习培训的机会，市、县组织的信息技术培训活动我们都派员参加，另外我们还组织校本培训，观看专家讲座录像，搞二级培训，在研究工作中培训，以研带训，以研促训，以训促研。在信息技术与初中物理教学整合的研究同时，注重学生信息素养的培养和技能提高。根据研究总结的经验，我们在初一的信息技术课教学就开始调整学习和技能目标，改变以往随意性大现象（因为考核的力度小），开始注重学生文字处理技术的培养，打好网络环境下自主学习的重要基础。4、把信息技术当作学生学习的工具新的整合模式教学中，信息技术不仅是教师的教具，为教师独有，更重要的是，学生也有也会也用，学生运用信息技术作为获取信息、探索思维、协作探讨和建构知识的认知工具和研究工具，使信息技术成为支持创新学习的平台。如物理教学中，运用多媒体技术和仿真技术的功能，进行虚拟实验操作演示，特别是对那些耗时长、成功率低、难控制的物理实验的虚拟，弥补实验教学中（尤其是农村中学的物理实验教学中部分实验的）缺陷；可以让学生在网上虚拟的实验环境中进行观察、操作、分析做探索性的实验（如学生可能在学校网络里的电学实验和光学实验动手做更加精化和纯化的实验），以及运用网络进行社区协作式学习；使信息技术成为情境探究的研究性学习的工具，解决信息技术与物理教学“两张皮”的现象。5、重视网上资源的组织和建设信息技术与物理教学的整合需要有庞大的物理信息资源库作为支持。一方面，网上资源非常丰富，可以适时地选择合适的资源作为学习的材料，拓展延伸物理课堂教学的空间，提高学习效率（但筛选好对学生学习有积极影响的内容，防止信息垃圾的不良影响，做好资源库的导航链接）；另一方面，应通过开发、交流和共享的方式，建立富有特色的大容量、开放性的物理学习资源库，用超文本、超媒体的方式组织内容，以非线性形式呈现知识，并适时动态地更换内容，构建信息技术与物理教学整合的资源环境。6、搞好课题网站的建设建好校本网站及时地和总课题组及各课题研究小组取得联系，将课题研究的新进展输送到网上进行交流研讨；收集课题的有关信息，把握课题研究的总体走向，及时调整研究的方向和策略，争取专家和同仁们的指导。同时也把学生的作品送到网上发表，展示素质教育的新成果。7、建构信息环境下自主学习物理的模式。信息环境下初中物理教学模式的实验研究是本课题的重要目标和中心任务。自主学习的课堂教学模式的创建是我们长期以来所追求和奋斗的目标，推进素质教育的一个改革方向。随着信息技术的发展，计算机多媒体技术和网络技术的出现，自主学习提供了强大的信息资源和技术支持。网络系统技术一方面能学生提供丰富的社会生活中物理学习资源信息，另一方面也能为物理教学提供最新的科技成果和最新发展动态。虽然目前在农村开展课外的网上协作式的学习还不太现实，在课堂教学极短的时间内也难以进行完全开放的在线学习，但是我们可以运用现有的信息技术组织有关信息创建虚拟网络环境，仿真真实情景激发学生的学习兴趣，引导学生自主探究学习，从而达到改变课堂教与学的方式的根本目的。我们的具体做法是：以建构主义的学习理论为理论指导，根据初中物理学科的本身特点，借助于信息技术，特别是网络技术的优势，积极地开展了网络环境下学生自主学习的模式实践，取得了初步的成果。该模式的组织形式是创设情境（学生在真实情景或虚拟情景下探究）自主学习（在教师引导下）学生自主交流汇报（网络环境下的知识运用和迁移训练）意义建构。根据该模式，我们设计的密度一课，教师通过自主开发的网络课件，整合了各种相关的信息资源，虚拟了一个有关密度知识的学习网站，教师将本节课的教学知识点、学习方法、基础知识、巩固练习和可利用其他备用资源都放在其中或进行了相关站点的导航链接。学生通过教师创设的情景明确探究主题，并进入真实情境或虚拟情境中探究学习活动，在活动中协作交流、体验科学探究的艰苦和乐趣，实践科学探究方法和途径，实现知识的意义建构，完成学习任务。该模式教学过程大致可分别描述为四个模块。第一个模块是创设情境，进行隐含STS教育和物理教学任务的实际情景的整合，主要创设一个联系学生生活实际，联系社会、生产实践，联系学生以往的知识经验的情境，利用它来激发学生热爱物理积极探究物理的学习兴趣，引导学生进入物理学习的情境让学生明确学习主题，引领学生去进行科学探究。第二个模块是自主探究，学生自行设计实验方案，利用物理实验仪器通过实验进行小组合作式的科学探究（实验和数据处理）或在利用网络虚拟的环境下自主探究，实现完全意义上的自主学习。第三个模块是交流会话，学生将通过自主探究获得的过程感受和初步结论在课堂上进行汇报交流，经过思维火花碰撞，达成新共识。第四个模块是意义建构，学生通过操作计算机进入情境应用和迁移的学习情境，运用所学的知识进行巩固练习，实现知识迁移，完成意义建构。这一模式的本质特征是信息技术的支持优化了科学探究的情境，促进了学生较为完全意义上的自主学习，学生的学习主体地位得到较为充分的体现，学生的课堂教学中心地位凸显出来。教师的作用主要体现在帮助、指导、促进和参与的层面上了。依据这一模式创建起来的学习课堂，可以说是学生自主探究学习课堂教学一种形式。进一步分析可知，它体现了以下几个方面的特点：有效地促进了师生角色的转变和学生学习方式的转变。课堂上的大部分时间还给了学生，让他们自主探究，按照自己的意愿去进行个性化的学习，学生的主体和中心地位凸现出来。充分关注学生的学习兴趣，创设的来自学生实际生活中情景，使学生倍感亲切，兴趣盎然，求知心切，学习起来感到轻松愉快，减轻了学习负担。有利于学生的科学探究和意义建构，经过精心优化的和实际结合的教学情境最能激发学生的学习兴趣，创设联系生活的教学情境非常符合科学探究的情趣，充分关注了学生新旧知识间的联系，如生活中常用到的物质特性（旧知）和密度（新知）的联系；速度知识（旧知）和密度（新知）的联系等，有利于学生根据自己以往的生活经验和知识基础建构起新的物理概念。该模式的四个主要模块不是彼此之间没有联系的独立体，而是有机整合在一起的，在课堂教学进程中各个阶段的突出程度不同，这样划分是为了便于分析和操作。该模式对农村初中学生学习物理基本概念很有帮助，可以有效增加课堂的信息容量，突破时空限制，高效率地完成物理教学任务。该模式的局限性和解决办法：需要网络教室和物理实验室合一的多功能教室的硬件支持。目前可采取在网络教室中加实验的办法来解决这个问题，今后的学校建设规划中要注意到将网络教室和实验室合建在一起。需要有充足的信息资源和软件技术支持，利用市场购买的教学软件和网教育资源组建校园学科教学网站。可能出现的问题，学生测量的数据误差偏大，计算机处理时可能难以得到理想的预计效果。解决办法是养成学生良好的实验习惯，提高学生的实验技能