信息技术辅助物理教学

1、第六章 信息技术辅助物理教学第一节 信息技术辅助物理教学的原则一、信息技术的物理教育意义(一)信息技术服务于教育的时代背景21世纪是信息化的社会，国际教育信息化所带来的整个人类的学习和教育方式的变革将会把整个世界推进到一个崭新的全民教育、个性化教育、终身教育时代。以多媒体和网络技术为核心的信息技术已成为拓展人类能力的创造工具。“信息技术的发展，使人民的学习和交流打破了过去的时空界限，为人类能力的提高和发挥作用带来了新的空间。”图6-1 信息时代2000年10月教育部长陈至立在“全国中小学信息技术教育工作会议”上发表讲话，提出要努力推行信息技术与其他学科教学的整合,并提出“信息技术与课程整合就是

2、通过课程把信息技术与学科教学有机地结合起来，从根本上改变教与学的观念以及相应的学习目标、方法和评估手段。”信息技术与课程整合是我国21世纪基础教育教学改革的新观念，是与传统的学科教学有着密切联系和继承性，又具有一定的相对独立性特点的新型教学类型，对它的研究与实施，在发展学生主体性、创造性、培养学生创新精神和实践能力等方面具有重要意义。图6-2 陈至立在“全国中小学信息技术教育工作会议”上发表讲话（二）物理教育对信息技术的整合需求现代信息技术引入物理教育课程，将使物理教学手段变得更加丰富、生动和多样化。它不仅会带动物理教学组织形式，教学的多样化，而且可以促进物理教学过程信息交流的多元化、认知方式

3、的多元化、最终实现物理教学目标的多元化。在实施物理教育的过程中，现代信息技术在对多媒体信息进行整合与传输时所表现出来的集成性、交互性、开放性、情景性、智能性等特点，能为物理教育教学过程提供多元化的教学资源、智能性的教学过程、非线性化的教学信息组织等全方位的技术支撑。因而，将对传统的教育教学观念、教学模式、教学方式、教学环境、教学组织形式等产生深刻的影响。由此形成的现代化信息技术整合于中学物理教学过程，对提高教学质量和教学效率，实现教学过程与教学目标最优化提供了一种最新的教学方式.图6-3 信息技术与物理教育（三）信息技术服务于物理教育的基本功能1.利用现代信息技术所具有的图、文、声、动画、视频

4、等多媒体信息的综合处理能力，通过多媒体信息有机地融为一体，实现有声、可视形象生动的表达效果。进而为物理教育教学创设具有“疑”、“趣”、“难”等特征的、有助于学生发现问题的良好学习情景。图6-4 信息技术辅助课堂演示2.利用现代技术所具有的对视频、动画等多种媒体信息的高超编辑能力，通过将微观过程实施宏观模拟，把宏观场景进行缩微处理，将瞬变过程转为定格分析，进而能为物理教育创设具有变抽象为具体、变静态为动态、化枯燥为生动等特征。有助于学生学会自主学习，通过意义建构、建立认知结构并主动探索解决问题途径的探究情景。图6-5 课堂中的视频技术3.利用现代信息技术所具有的对教育信息的交互性处理能力，通过对

5、教育信息的及时收集与反馈，能为调整教学节奏和过程，实现物理教学过程的因材施教提供技术保证。图6-6 信息技术背景下的学生与计算机互动4.利用现代信息技术所具有的对教育信息的智能性处理能力，通过物理教学过程对教育信息进行最优化的处理，能促进学生高效率地实现在学习过程中使自己的认知结构从无序向有序，从低级走向高级。图6-7 计算机辅助物理建模5.利用现代信息与计算机网络技术的有机结合，通过对网上多媒体信息资源的共享，进一步丰富教学资源，能使物理教学过程从局限在课堂中的封闭性走向开放性，以达到最优化的教学效果。图6-8 计算机网络支持下的学习环境二、信息技术辅助物理教学的价值判断 基于不同软件平台的

6、多媒体课件在物理教学中正得到越来越广泛的应用，覆盖了物理课程的大部分内容。这些多媒体课件通过它们集动画、音频、视频、文本以及交互性于一体的特性给物理的教学带来了“附加价值”。它们还可以用于模拟一些真实的物理过程和现象使学习者获得虚拟的体验。 多媒体的应用在给物理教学带来“附加价值”的同时也暴露了一些弊端。（1）是它们对科学的描述存在一些问题。它们所表现的科学往往是尽善尽美的，而现实中科学的思想是不断发展、不断完善的，甚至在某些领域还存在很多科学家们未能回答的问题。因此这样对科学的描述往往会使学生对科学和科学工作产生错误的或不正确的认识。另外，多媒体对科学思想或科学本质的描述还可能使学生产生错误

7、的概念。（2）多媒体在物理教学中的应用可能会替代一些重要的实践工作，比如动手试验和调查研究等。多媒体课件所模拟的试验或其它实践活动毕竟只是电脑上的“空操作”，在培育学生实际动手能力方面不如常规的实物操作。因此用多媒体所模拟的试验来代替真实试验将会降低试验操作的教育价值。 因此，必须全面客观地看待多媒体在物理教学中的应用。 为科学全面地认识应用于物理教学的多媒体课件，我们应首先来分析其类型和特点。（一）对用于物理教学的多媒体课件类型及其特点的分析第一类演示型，这种多媒体课件通过一系列视频片段展示了某一具体的物理现象或过程。学生既可以按正常播放速度观看整个视频段，又可通过控制播放速度逐帧观看，从而

8、定性地获得对一些抽象物理概念的感性体验。这些视频信息以其逼真的效果和可控性使学生对其所展示的物理现象或过程产生了浓厚的兴趣。很多学生反映： “一些现象在学校里是无法实现的，你不可能使它变慢，你无法测到一些物体的速度，它展示给我们一些用肉眼根本无法捕捉到的物理现象”。这类多媒体课件的价值在于它们客观地向学生展示了一些典型的物理现象或过程，使学生对一些抽象的物理概念具有了一定的感性认识。 图6-9 超酷的低温悬浮物理现象实验演示第二类分析型，这类多媒体课件的特点在于可以用于分析和计算，使学生定量地学习一些物理概念。一个学生使用过这种多媒体课件的同学这样描述了他感受：“你只要用箭头指向运动的物体就可

9、以计算出物体的速度、加速度、位移。单纯的视频信息是无法作到这一点的，它们只能让你看到物体运动的过程而已。”正是多媒体课件这一创新性的方面使多媒体在物理教学中的应用从积极的娱乐方式转向交互方式，并且相对于传统的物理教学真正提供了“附加价值”。图6-10“重力对速度影响的探索”与“摩擦力对速度影响的探索”模拟课件界面第三类“虚拟试验”型，这一类多媒体课件提供了一些“虚拟试验”。这些试验中有一些在现实情境中由于很危险或因费用昂贵很难实现。仅通过鼠标和键盘即可实现，还无须考虑试验成本，只要改变试验的相关变量就可以重复进行。同样学生们也表达了他们进行“虚拟试验”的体验：“你可以既快又容易地改变物体的属性

10、，这在屏幕上处理会更加精确”“你可以更容易地更改一些试验要素并无须亲自制作数据表，试验结果立刻就会得到并且更加精确，同时试验的结果还将自动地通过一些关系表格来展示出来。”图6-11 虚拟现实体验及教学应用第四类模拟型，这类多媒体课件一般都是运用动画技术去模拟一些物理现象。比如电流。现实中电流是看不到的，我们一般都是对其进行思维的形象化来让学生对电流建立一种模型化的概念。形象化正是多媒体的优势所在，同时也是其最危险之处。因为多媒体可以使一些不可见的、抽象的东西形象化、动态化，同时也可能会造成对物理现象或物理思想描述的错误或失真。图6-12 动画演示实验教学这四种类型的多媒体课件都是在物理教学中为

11、适应不同的教学环节而设计的，它们都有其特定的教育价值。如果在使用时充分利用其优势，可以为我们的物理教学带来其它教学媒体所不能产生的“附加价值”。（二）运用多媒体进行物理教学所产生的“附加价值”2002年4月西南大学对学校所在地的三所中学展开了针对多媒体应用的调查研究。每个调查研究都包括观察学生、在课堂上用多媒体进行教学、成组地与学生进行面谈以及单个地与任课教师进行交流。2002年5月我们又在“中学物理骨干教师研修班”在我系开展之际，对来自湖南、贵州、云南、四川、青海、重庆等省市的骨干物理教师针对多媒体物理教学所产生的“附加价值”问题进行了调查。我们把调查结果归纳成表1：表1 学生和教师对利用多

12、媒体进行物理教学多产生的“附加价值”的观点1、形象化 2、差异性 3、激发性 化不可见为可见 可以展示一些在试验室中无法获得的物理现象 动态的图象或动画可帮助学生理解抽象的物理概念 使现实生活中过小、过大、过快、过慢或过于危险的物理过程得以展现 丰富和扩展优生的知识面 对差生提供了支持并可激发其学习动机 相比传统物理教学更灵活 更容易重复 扩展了师生之间的互动性，增强了学生之间的联系 极大地激发学生的学习热情、兴趣和参与意识 使学生主动追求自己的探究兴趣 娱乐性更强 更强的视觉冲击力和吸引力 更容易使学生保持注意力集中 提供了一种诠释抽象概念的全新工具和方式三、信息技术辅助物理教学的原则（一）

13、运用多媒体进行物理教学的警示1.是否要走出试验室而进入多媒体系统？一些多媒体课件提供了一些可以在屏幕上重复进行的“虚拟试验”。这些试验都无需任何成本，因而受到老师和学校的欢迎。同时对学生们来说也很具吸引力，特别是对那些讨厌传统动手试验的学生。“我可以一次又一次地进行试验，没有人会看到我，并且试验总是进行的很好”但关键的问题是：通过取消一些实践性的科学实验，代之以“虚拟活动” 是否会降低科学活动的教育价值？2.是否教师应尝试着用多媒体系统来代替现实的科学试验？这将会对学校实践性科学工作的未来以及学生学习科学的方式有什么潜在的影响？我们所访问的大多数师生都认为一些相对简单的传统试验应当真正地去作。

14、如果学生们任何时候都用多媒体系统，他们就永远也学不会去作一些简单的操作。其中有一些学生对什么应当实际去作，什么可以通过多媒体的“虚拟试验”去作这一问题有着清醒的认识：“运用多媒体去作虚拟试验绝不等于你自己动手去作，因为它是虚拟的。如果你能够作，就一定要亲自去作试验。但如果一些试验是老师演示给学生们看的，或者仅要求了解的试验则可以通过虚拟试验来做。”在物理教学中用多媒体系统完全取代一些十分重要的实践工作，学生就会失去许多发展基本技能的机会。但如果多媒体的应用只是对实践工作的一个补充而并不是替代它，则多媒体在物理教学中的地位就应当肯定。3.是否会出现对科学概念和科学本身的错误描述？多媒体不仅具有表

15、现“不可见”事物的能力，同时也可能会不确切地表现一些抽象的思想。具体来说多媒体信息的对科学的描述可能会出现以下两种错误：1）使学生产生错误概念图象、动画、视频等形象化的信息形式具有启发和教育的功能，同时也可能会造成误导。一些比较困难和抽象的物理概念正越来越多地被通过多媒体的方式来描述，这些描述抽象概念的多媒体信息可能会让学生产生错误的概念。例如，一些多媒体课件用蓝色和红色的流体来描述电流。红色的流体从电池的正极流出，在流经一个灯泡或其它用电器后变成了蓝色。这样电流在屏幕上就被描述成为从电池的一极出发改变颜色后再回到另一极的一个稳定的流体。这的确可以帮助学生理解电路中电荷的流动，但是潜在的危险就

16、是学生们会把这种对电流的描述看成真正的电流，而不是仅通过这种类比形式去帮助自己理解。我们在利用多媒体课件进行物理教学实验中，一个学生就曾经问：“是否电流在通过一个灯泡之后会由红色变成蓝色？” 。2）使学生对科学的本质产生错误的理解多媒体课件的“虚拟实践工作”在很大程度上会影响学生对科学和科学活动的看法。多媒体课件往往把实际上是十分凌乱和充满未定事实的科学描述成了条理的和既定的科学。并往往使学生认为任何试验都会很容易进行，很容易重复并且不会出现错误，并且好象科学的探究过程种无需同他人协作而只靠个人的努力？而事实上，科学试验并非很容易地就可以成功地重复，并且在很多情况下是很容易出错的。科学通常进展

17、的很缓慢，科学工作也同样进展的很谨慎，并且科学工作主要是建立在团体工作的基础上而并非纯粹地依靠个人的“突然发现”。科学活动通常也是十分凌乱的、不精确的、不完善的。（二）运用信息技术辅助物理课堂教学的基本原则老师应象看待其它教育技术手段一样客观地看待多媒体在物理教学中的应用。技术是个双刃剑，我们在了解其优越性的同时更应清醒地认清其不利之处。因此我们建议教师在物理教学中应用多媒体课件时，应当理性地审视如下几个问题：1.多媒体课件的图象所传递的是关于科学的那些信息，它对科学的描述是否会使学生对科学活动或科学本身产生一种错误的观点？2.多媒体课件的动画和图象所服务的目的是什么，它所产生的“附加价值”是

18、什么，在另一方面这些多媒体信息又可能会使学生产生什么错误概念？3.多媒体课件是取代了教材还是对教材的补充？4.多媒体课件是否客观地展示给学习者一些重要而又可靠的科学事实？在我们对多媒体物理教学应用进行理性地检验的同时，也应看到其积极的一面。多媒体课件相对于其它学习资源甚至是教师还是具有相当的优势的。总之，我们既要批判性地对用于物理教学的多媒体课件进行检验，还要看到其相对于其它教育资源所具有的优势，特别是运用多媒体课件给物理教学带来的“附加价值”。为了进一步检验和评价多媒体课件在物理教育中的作用，我们总结了一些用于检验和评价多媒体课件的标准，列表如下：表2：对多媒体课件进行检验和评价的标准： 多

19、媒体课件的语言形式（语音和文本）是否恰当？ 用图象、动画、音频、视频等多媒体信息来解释和说明物理现象或规律的效果如何？ 多媒体课件是否会让学生对一些科学概念或科学本身产生错误的印象？ 多媒体课件是否有趣并能激发学生的学习动机？ 多媒体课件提供了多少关于其内容的结构说明和学习指导？ 多媒体课件是否应用了“虚拟操作”方式，如果应用是否会比在试验室里操作带来更高的教育价值？ 多媒体课件提供的使用模式是适合于课堂教学还是适于小组或个别化学习？多媒体物理教学是不断发展的现代教育技术在学科教育中得到具体应用而又适应教育现代化的一种教学方式，是一新兴事物。既然是新兴事物必有其强大的生命力，同时也必然有其发展

20、的不完善性。因此我们应辨证地认识和应用多媒体物理教学这一新兴的教学方式。既要看到其优越性，又应批判地检验其可能会给物理教学带来的一些不良后果。只有如此，利用多媒体课件进行物理教学才会真正获得其“附加价值”。第二节 信息技术辅助物理教学的模式及案例这部分从目前的教学现状和教师的实际需要出发，提供了教学实践中成功的教学模式以及选择、使用教学软件的理论依据和策略，以帮助教师处理好软件因素、环境因素、学生因素、教师因素，从而帮助教师根据不同的教学条件和教学需求选择合适的教学软件，探求有效的多媒体计算机辅助物理教学的策略和途径，在现有基础上优化教学过程。教学模式是在一定的教育思想和理论指导下，为完成特定

21、的教学目的和内容而建立起来的教学结构和活动程序。发展与学科教学整合相适应的教学模式是实现“整合”的关链，合理地选择教学模式，可更好地发挥信息技术的优势，提高课堂教学效率。当前，学科教学整合教学模式的改革要实现两个目标：(1)突破单一的教学模式、使信息技术真正成为学生自主使用的认知和探究手段以及解决问题的工具；(2)利用信息技术构建学生自主学习、探究学习的教学环境，提高学生自主获取、加工、整理和应用信息的能力。按照教和学两个方面，信息技术与学科教学整合的教学模式可分为两类：以教师使用信息技术为主的演示型教学模式和以学生使用信息技术为主的自主学习型教学模式。后者又可分为在开放性学习环境中的自主探究

22、学习模式和网络环境下的自主学习模式。一、信息技术辅助物理教学之课堂教学模式及案例以教师使用信息技术为主的演示型教学模式是在现有教学模式基础上，把计算机作为新教学媒体使用，主要用于课堂教学中的演示。教师为此花费的时间和所需纳新技能相对较少，所需硬件较少，对软件的个性化要求不高能为全体学生的充分感知创造条件，也可以重新组织情景，突出事物的本质特征，促进学生形成稳定清晰的表象为学生学习概念规律创造条件，促进学生对重、难点知识的理解。这种教学模式适合硬件配备不足的学校和计算机操作技能一般的教师选用，可以应用于目前中小学教学中最常见的新授课、复习课和习题课。（一）演示型教学模式简介1.计算机应用于新授课

23、的教学模式 计算机应用于新授课主要有以下两种教学模式：（1）实验一模拟一强化模式，就是在演示实验的基础上，用计算机模拟实验现象的物理过程，从而强化学生的表象，促进学生识别实验现象发生及变化的条件，然后再进行抽象概括，形成概念规律或找出物理现象的共同特征。这种模式比演示实验后直接进行抽象概括的效果更好。这是因为相对于演示实验的发生，学生的观察具有滞后性和被动性，并且实验现象往往很快消失或者不清晰，容易造成大量学生的观察困难，难以形成鲜明丰富的表象。利用计算机模拟实验可以有效地解决这一问题，从而优化学生的学习过程。该模式基本的教学流程如图613所示。以此流程为基础可以有多种变式。例如，可以有多次演

24、尔实验和模拟实验，也可以利用计算机呈现问题情景、物理模型等作为补充。图6-13 实验-模拟-强化教学模式流程（2）边教边实验的模式，就是在学生实验的过程中利用计算机指导学生实验，展示学生实验结果在学生实验的基础上，分析处理数据或者模拟实验过程，然后得出结论s一般适用于需进行定量研究的概念规律课。其基本流程如图614所示。以此流程为基础可以有多种变式。图6-14边教边实验的模式流程2. 计算机应用于习题课的教学模式在习题课中，计算机主要用于展示问题情景，动态模拟问题情景中包含的物理过程及物理模型，帮助学生抓住问题的核心，理清解题思路，这样可以大大提高习题教学的效率。该模式在教学中有广泛的应用，其

25、基本流程如图615所示。图6-15 习题课教学模式流程3.计算机应用于复习课的模式在复习课中可以利用计算机在短时间内重复出现彼此相关的物理现象、公式、图表、图线，以激活学生的记忆，对学生的物理认知结构进行“刷新”，然后提供典型的物理问题情景，分析解决问题，总结方法规律：其基本流程如图616所示。图6-16 复习课教学模式流程(二)演示型教学模式的教学原则根据“经验之塔”理论以及物理教学的规律，在选择和使用演示型教学模式时应遵循如下教学原则，即主导件原则、互补性原则、有序性原则、启发性原则和交互性原则。1.主导性原则这一原则是教学过程中教师主导、主控规律的反映。它要求教师要根据教学需求选择合适的

26、媒体和软件，根据课堂教学的进程以及发生的随机事件，确定使用媒体和软件的具体方法对媒体和软件进行主导控制。即要由人来控制媒体和软件，而不能让媒体和软件控制人。具体策略有以下几点：根据教学内容、学生的年龄特征和学生在认知需求、知识水平方面的特点，选择媒体和教学软件，并确定相应的教学组织形式和教学策略。根据学生的反应，确定是否要重复演示、中断演示、快速演示或缓慢演示。根据教学进度，对演示内容进行取舍。例如发现教学时间比较紧时，就选取关键性的内容演示。演示前对学生提出观察要求，指导学生观察，并对学生练习的结果给予及时反馈。根据教学进程的要求，引导学生及时转移注意力。 2.互补性原则这一原则是教学系统性

27、及媒体特性的客观要求o这一原则有两方面的含义：一是计算机媒体要与其他媒体互补I：是信息技术的应用要与传统教学方法互补c具体内容和策略有：能够引起教学质量变化的是使用媒体的方法，而不仅仅是媒体本身。现代化教学媒体并不必然会对教学有正面的作用，脱离具体的教学内容和方法，孤立地比较不同的教学媒体的作用是毫无意义的。应根据教学内容及教学目标选择适当教学媒体，研究教学策略，在现有教学资源的基础上，充分发挥不同媒体的特性，确定课堂上要利用哪些媒体、怎样组合应用才能获得最好效果。例如，计算机模拟演示与真实实验具有不同的特征，教学中可以配合实物实验，利用计算机模拟来分析实验现象，进行实验操作指导等，这样就可以

28、优势互补，提高教学效率。另外，媒体在传递信息中会有损耗，多种媒体相互补充可以保证信息的准确传递，信息通道干扰极小。 设计各种教学环节之间的转移，使各种教法浑然一体，把信息技术自然而然地融入课堂教学过程之中。计算机不可能解决教学中的所有问题，因此夸大信息技术的作用，试图以信息技术代替传统教学的做法是不现实的；无论传播媒体怎样先进，不管它的功能如何完善，它们都不可能完全取代师生之间的人际交流，如果没有教师的参与，即使最好的软件，对于多数环境中的大多数学生而言，也是不够的。但传统教学中，一个教师难以顾及每个学生，而信息技术可以协作解决这一难题。信息技术还增加了众多技术内涵，它具有个别化和交互两方面特

29、点，从而具有独特的教学优势。因此，最成功的学习项目是把教师活动与技术整合到一个更广泛的学习活动中去助教学活动*信息技术与传统教学的关系应当是一种有机整合的互补关系。在贯彻互补原则时要避免一种错误倾向，即媒体越多越好，否则教师在课堂中手忙脚乱，无暇启发诱导。学生则看得眼花缭乱，对展示内容无所适从，结果教学效果当然不好所以媒体互补要有度。3.有序性原则这条原则是教学系统性的反映。具体有如下两点：把握使用各种类型课件的时机。比如在建立概念之前，使用“激疑、设疑型课件”既可以激发学生思考又可以使学生暴露思维问题；演示实验后，使用“动态模拟型课件，可以丰富祁巩固学生的表象。按一定的顺序演示课件内容。连续

30、演示再分步演示的顺序等。4.启发性原则如由易到难的顺序、由整体到局部再到整体的顺序、先连续演示再分布进行的顺序。这一原则是由物理学科特点决定的，物理科学是对经验世界的理性认识。物理教学中丰富学生的感性认识不是目的，而是为了帮助学生更好地形成概念、进行科学抽象。出此，贯彻启发性原则是使用物理课件的必然要求c具体策略有：利用课件激疑和设疑，激发学生的好奇心，促使学生积极主动地思考、学习。在教学过程中，教师要灵活地运用课件，适时创造问题情景，让学生能积极、有序地思考，避免纯粹的感官刺激。充分利用现代媒体具有“替代经验”的特性，帮助学生实现从感性认识到理性认识的飞跃。现代媒体能为学习者提供一种“替代经

31、验”，因而有助于突破时事限制，解决教学中具体经验和抽象经验的矛盾，弥补各种直接经验的不足，有助于引导学生向抽象思维发展，使探求知识的智力过程大为简化。一方而，可以利用“替代经验”丰富巩固学生的表象，克服其思维障碍：学生由于受生活经验的局限，常常对一些物理现象的发生和变化过程认识不清，甚至存在错误的认识。在生活中长期积累而形成的这些模糊或错误认识，往往难以改变，成为学习概念规律的障碍。利用计算机模拟可以有效地解决这一问题。例如，针对学生存在的模糊或错误认识首先创设情景、设疑，造成学个的认知冲突，然后再动态模拟或者是先实验再模拟。在模拟过程中，应根据情况采用放大、慢镜头、定格、重放等于段，并进行观

32、察指导：另一方面，利用“替代经验”可以帮助学生建立 物理模型。一是利用计算机媒体创设情景，帮助学生抓住事物的本质特征，从而奠定建立物理模型的基础。利用课件释疑。根据学生疑问的类型，选择合适的课件释疑。如，对难以观察的物理现象或过程中的疑问，对难以找出适当的物理模型的问题。课件的使用过程涉及到教师、学生、媒体，课件的使用原则揭示了它们之间的作用规律，使之构成一个相互作用、组织有序的结构。其关系如图617所示。图6-17 教学过程中各元素之间的作用及关系二、信息技术辅助物理教学的之实验教学模式及案例（一）教学课件选择初中物理中的“凸透镜成像规律”作为科学发现学习的内容，设计开发了计算机模拟课件：“

33、凸透镜成像规律探索”。在此模拟课件中，学生可以控制的物理量是物距（u）。学生可以通过移动鼠标来实现对成像物体（小佛像）的移动，从而改变物距的大小。学生还可以通过点击程序界面的按钮来确定1倍焦距和2倍焦距的位置，同时学生还可以点击“自动移动”按钮使得物体自动地移向凸透镜。为了使学生观察到物、像的细致变化，程序提供侧面、正面两种观察的视角（如图6-17）。学生每一次改变物距所导致的成像变化都会通过图像、文字、数据三种方式得到显示。这样学生既可以观察凸透镜成像的动态变化过程，又可以获得任意时刻、任意物距所对应凸透镜成像的详尽说明和记录。图6-18“凸透镜成像”模拟程序的界面(二)教学过程在正式教学前

34、，任课教师已在完成了有关凸透镜的基本知识的教学，学生已掌握了凸透镜的基本光学性质，焦距、物距、像距、实像、虚象概念等一些与凸透镜相关的基础知识。并且在实验前，学生已在运动学、声学部分进行过探究活动，已具备了基本的探究性知识。过程主要如下：1.问题提出与实验假设问题的提出由教师依据学生的日常生活经验，结合学生已具备的光学知识提出，设法激发学生对问题做出自己的回答或解释，并鼓励学生相互交流自己对问题的看法。在此基础上，学生形成自己对问题的假设。在这一环节时间为1个课时。2.实验探索教学是在计算机教室中进行的，每两个人一组共用一台多媒体计算机。学生要相互协作地经过以下过程：（1）预热：任课教师简要地

35、介绍计算机模拟程序的基本结构、功能以及操作方法，并接受被试的询问。此阶段为5分钟。（2）学生结合上节课自己提出的假设，利用计算机模拟程序进行实验探索。教师为每组被试发放了一个简短的提示卡，提醒被试要通过对实验的设计和观察来发现规律，并确保在决定结束实验之前获得足够的证据，教师随时对需要帮助的学生进行指导。此阶段，为40分钟。（3）学生结合上节课自己提出的假设，利用实验设备做实验。教师为也为每组被试发放了一个简短的提示卡，提醒被试要通过对实验的设计和观察来发现规律，并确保在决定结束实验之前获得足够的证据，同时教师随时对需要帮助的学生进行指导。此阶段，为40分钟。3.实验分析学生对自己在实验探索阶

36、段记录的实验资料进行分析，并设法理解这些实验资料，同时还要向自己的合作者解释自己对这些资料的分析和理解，直至得出自己关于凸透镜成像的规律。教师要对学生在方法上进行指导，并提供相关的提示信息。此阶段，为25分钟。4.知识应用在学生基本得出凸透镜成像的规律之后，教师要引导学生将他们发现的规律应用到真实的情境中。此阶段，为20分钟。5.测验在学习完成之后，以笔试形式进行了测验。限时40分钟。（三）教学结果1科学发现学习过程的分析参与利用计算机模拟情境进行实验探索的学生记录显示：（1）实验设计：在凸透镜成像的模拟情境中只有物体（小佛像）可以由学生通过鼠标来改变位置。大部分实验小组根据任课教师提供的卡片

37、上的指导信息，很快就确定“小佛像”到凸透镜的距离（物距）为实验的自变量，以像距和像的属性（大小、倒正、虚实）为因变量，并画出了实验表格。（2）实验操作和观察：模拟情境下的实验操作非常简单，学生只需要拖动鼠标移动“小佛像”即可。并且模拟情境会对学生的每一个动作做出实时的反馈，学生会立刻看到自己操作的所产生的变化。因此，学生大部分的时间是观察物距变化而导致的像距和像的变化。（3）数据记录：模拟情境以像和像距的动态变化对学生的操作做出即时反馈，并同时以文字和数据来描述当前的物、像状态，学生可以非常方便地获得实验的基本资料。（4）学生的自我监控：记录显示学生的自我监控能力在整个实验探索中起着非常重要的

38、作用。自我监控能力较强的学生从实验设计、实验操作、实验观察、实验数据记录直到实验结束，整个过程都能够按部就班地进行，并不断地就一些自己发现的问题同合作者交流或向任课教师咨询，以调整自己的实验活动。而一些自我监控能力差的学生开始时还能顺利地进行实验活动，但很快就不知所措。这主要表现为：随意地拖动物体而不注意观察像和像距的变化；只顾操作而忘了实验的目的，不能计划自己的实验活动；对模拟情境的变化产生了很高的兴趣，却不能将精力集中于发现规律；一味地记录数据而不注意观察实验现象等。2. 对学生反馈信息的分析在进行完实验探索之后，我们让学生对他们在计算机模拟情境进行实验探索的感受做了总结。学生的感受大体可

39、分为这样几种类型：（1）生动、形象、有趣：“我可以直接看到实验的详细过程,屏幕上的动态变化是我最喜欢的，这样可以引起我的注意力，对实验更有兴趣”；“我觉得计算机的画面十分生动活泼，形象的画面展示使我感受到实验操作的极大乐趣”。（2）观察得更仔细、更透彻：“我可以更全面、更透彻地观察实验现象，自己从中发现了一些生活中无法发现的规律。”；“它不仅给我强烈的视觉感受，也增强了我观察能力”；“让我们更深刻地观察实验现象和结果，也让我们更加细致地体验到凸透镜成像的完整过程”；“它可以把透镜所成的像展现得十分逼真、好玩”。（3）准确、快捷、安全：“在计算机上进行自己的操作，不会出错，既快捷又准确，而且很容

40、易获得实验数据”；“在计算机上可以得出更精确的读数”；“计算机很安全，不用担心烧手通过计算机可以方便地获得充足的实验资料，用来发现规律方便一些，省时省力”；“操作观察的方便，资料获得的快捷可以让我们有时间思考现象中隐含的规律”。（4）动手和动脑相结合：“我可以动手操作，但我更多的时间是用来观察和思考”。“我可以反复地操作，直到我领悟到现象中规律为止”。（5）太容易、缺乏真实感：“探索变得很容易，并且可以反复尝试，唯一的不足就是缺乏真实感”；“计算机上所有的结论都是事先设置好的，使用时就不能培养我们的动手能力，也体验不到真实感”；“光在计算机上操作，不亲自尝试一下，我想是不够的”。三、 信息技术

41、辅助物理教学的探究教学模式及案例（一）教学课件在本实验中使用了“重力对速度影响的探索”和“摩擦力对速度影响的探索”两个模拟课件。在“重力对速度影响的探索”模拟课件中，有四个可以调整大小的物理量：物体（小球）的质量m、g的大小、小球的初速度vo、小球当前所受的拉力f。学生需要探索的任务是：在重力的作用下物体速度有什么变化？速度变化有什么特点和规律？速度变化的原因是什么？课件的使用方法在学案中有详细说明。在“摩擦力对速度影响的探索”模拟课件中，有四个可以任意调整大小的物理量：物体（木块）的质量m、木块的初速度vo、木块当前所受的拉力f、桌面材料类型。学生需要探索的任务是：在摩擦力（本课件只体现摩擦

42、力作为阻力的情况）的作用下物体速度有什么变化？速度变化有什么特点和规律？速度变化的原因是什么？课件的使用方法在学案中也有详细的说明。图6-19“重力对速度影响的探索”与“摩擦力对速度影响的探索”模拟课件界面（二）教学过程在正式教学前，任课教师已完成了教材“力学”部分的教学，学生已在运动学、声学部分、光学部分已进行过探究活动，已具备了基本的探究性知识。教学过程如下：问题提出与假设形成计算机模拟实验探索真实实验检验实验分析应用与联系。（详细安排见“学案”:链接）（三）教学结果为了了解被试对计算机模拟应用于科学发现学习整合模式的认识，教学结束后反馈如下：1、 对计算机模拟情境实验的认识：学生对计算机模拟情境实验的认识操作变得简单有趣，使自己思维更活跃，更愿意去探索；观察更加细致，对物理知识理解得更加深刻；可以任意地检验自己的各种设想，并且可以重复操作；可以节约大量的时间，有更多时间用于对现象的思考；可以完成在真实实验中无法进行的实验，开阔了自己