信息技术与物理教学(1、2)课件

1、信息技术与物理教学(1、2)信息技术与物理教学李太华，博士，副教授西南大学科学教育研究中心信息技术与物理教学(1、2)大 纲 信息技术的教学价值 信息技术的特质 信息技术的价值 物理教学对信息技术的需求 物理教学的特质 物理教学的需求 信息技术应用于物理教学的探索 理论探索 实践探索信息技术与物理教学(1、2)信息技术的教学价值 信息技术的特质 媒体属性 传播功能信息技术与物理教学(1、2)信息技术的教学价值 信息技术的特质 媒体属性 多媒体表征 多载体程现信息技术与物理教学(1、2)信息技术的教学价值 信息技术的特质 媒体属性 多媒体表征 清晰信息技术与物理教学(1、2)信息技术与物理教学(

2、1、2)信息技术与物理教学(1、2)信息技术与物理教学(1、2)信息技术的教学价值 信息技术的特质 媒体属性 多媒体表征 动态信息技术与物理教学(1、2)NoImage信息技术与物理教学(1、2)NoImage信息技术与物理教学(1、2)信息技术的教学价值 信息技术的特质 媒体属性 多媒体表征 互动信息技术与物理教学(1、2)信息技术与物理教学(1、2)信息技术与物理教学(1、2)信息技术的教学价值 信息技术的特质 媒体属性 多载体程现信息技术与物理教学(1、2)信息技术与物理教学(1、2)信息技术与物理教学(1、2)信息技术与物理教学(1、2)信息技术与物理教学(1、2)信息技术与物理教学(

3、1、2)信息技术的教学价值 信息技术的特质 传播功能 信息中心 信息通道信息技术与物理教学(1、2)信息技术的教学价值 信息技术的特质 传播功能 信息中心 数据库 知识库信息技术与物理教学(1、2)信息技术的教学价值 信息技术的特质 传播功能 信息通道 检索通道 交流通道 社会网络信息技术与物理教学(1、2)信息技术的教学价值 信息技术的价值 教学资源 教学工具 教学方式信息技术与物理教学(1、2)物理教学对信息技术的需求 物理教学的特质 学科特质 结构、作用、规律 实验手段、思维方法 数学建模、科学实践 教师特质 物理学史 物理学知识结构 科学实践的意识、习惯、能力 洞悉学生的行为、认知现状

4、及发展规律 学生特质 物质世界的好奇与探究欲望 物质世界的感知与朴素认识 缺乏科学实践的方法与能力 认知能力尚需发展信息技术与物理教学(1、2)物理教学对信息技术的需求 物理教学的需求 学科特质 物质结构、作用、规律 实验手段、思维方法 数学建模、科学实践 教师特质 物理学史 物理学知识结构 科学实践的意识、习惯、能力 洞悉学生的行为、认知现状及发展规律 学生特质 物质世界的好奇与探究欲望 物质世界的感知与朴素认识 缺乏科学实践的方法与能力 认知能力尚需发展演示支持 探究支持 建模支持 认知支持 资源支持 协作支持 信息技术与物理教学(1、2)信息技术应用于物理教学的探索 理论探索 多媒体课程

5、资源的“附加价值”及其使用标准 （调查研究） 实践探索 基于计算机模拟的科学探究 （实验研究）信息技术与物理教学(1、2)信息技术应用于物理教学的探索 理论探索 多媒体资源的“附加价值”及其使用标准* 多媒体课程资源的类型 多媒体课程资源的“附加价值” 多媒体课程资源的“教学警示” 多媒体课程资源的“使用标准”*源自一项针对重庆市普通中学师生，以及信息技术与物理教学(1、2)信息技术应用于物理教学的探索 理论探索 多媒体资源的“附加价值”及其使用标准 多媒体课程资源的类型 演示型 分析型 模拟型信息技术与物理教学(1、2)信息技术应用于物理教学的探索 理论探索 多媒体资源的“附加价值”及其使用

6、标准 多媒体课程资源的“附加价值”信息技术与物理教学(1、2)1 1、形象化、形象化 2 2、差异性、差异性 3 3、激发性、激发性 化不可见为可见 可以展示一些在实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

7、概念的全新工具和方式信息技术与物理教学(1、2)信息技术应用于物理教学的探索 理论探索 多媒体资源的“附加价值”及其使用标准 多媒体课程资源的“教学警示”信息技术与物理教学(1、2) 多媒体课程资源的应用多媒体课程资源的应用“警示警示” 是否要走出试验室而进入多媒体系统？是否要走出试验室而进入多媒体系统？ “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” 是否教师会尝试着用多媒体系统来代替现实的科学试验？是否教师会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

8、在的影响？什么潜在的影响？ “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。” 是否会出现对科学概念和科学本身的错误描述？是否会出现对科学概念和科学本身的错误描述？ 使学生产生错误概念。 使学生对科学的本质产生错误的理解。信息技术与物理教学(1、2)信息技术应用于物理教学的探索 理论探索 多媒体资源的“附加价值”及其使用标准 多媒体课程资源的“使用标准”信息技术与物理教学(1、2)多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

9、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实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？信息技术与物理教学(1、2)信息技术与物理教学李太华，博士，副教授西南大学科学教育研究中心信息技术与物理教学(1、2)信息技术应用于物理教学的探索实践探索 基于计算机模拟的科学探究信息技术与物理教学(1、2)信息技术与物理教学探索 计算机模拟应用于科学发

10、现学习的模式探索计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索 计算机模拟计算机模拟 科学发现学习科学发现学习 基于计算机模拟的科学发现学习基于计算机模拟的科学发现学习 实验研究实验研究信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索 计算机模拟计算机模拟导入导入呈现情境呈现情境提出活动要求提出活动要求结尾结尾系统更新系统更新学生反应学生反应模拟程序的一般流程结模拟程序的一般流程结构构信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索 科学发现学习 基本活动 问题表征与假设形成问题表征与假设形

11、成 实验探索实验探索 自我监控与反思概括自我监控与反思概括 活动结构学习者的内隐活动：自我监控学习者的内隐活动：自我监控&知识建构知识建构学习者的物理知识基础：原理性知识学习者的物理知识基础：原理性知识&探究性知识探究性知识学习者的外在探索活动学习者的外在探索活动问题表征 假设生成学习者的外在探索活动学习者的外在探索活动2实验探索实验分析应用评价科学发现学习的活动结构信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索 基于计算机模拟的科学发现学习基于计算机模拟的科学发现学习 功能定位功能定位 应用模式应用模式信息技术与物理教

12、学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索 基于计算机模拟的科学发现学习基于计算机模拟的科学发现学习 功能定位功能定位计算机模拟情境问题表征&假设形成实验探索实验分析学习支持学习支持应用评价计算机模拟的功能定位信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索 基于计算机模拟的科学发现学习基于计算机模拟的科学发现学习 应用模式应用模式计算机模拟情境实验计算机模拟应用于科学发现学习的基本模式知识应用问题提出&假设形成实验分析自我监控自我监控&反思概括反思概括计算机模拟应用于

13、科学发现学习的整合模式知识应用 问题提出&假设形成计算机模拟情境探索&真实情境检验实验分析自我监控自我监控&反思概括反思概括信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索 实验研究实验研究 基本模式基本模式 整合模式整合模式/参考参考信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 基本模式基本模式 课件课件信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 基本模式基本模

14、式 被试选择被试选择 选取芜湖市29中作为实验学校 在全校抽取了两个水平相当的班，一个作为实验班，一个为控制班 实验前对两个班的期中物理成绩进行独立样本T-检验，结果表明两个班的物理基础（t=1.328，P=.190.05）无显著差异。 信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 基本模式基本模式 实验设计实验设计 本实验为单因素两水平设计 因素为科学发现学习模式 两个水平：计算机模拟应用于科学发现学习的基本模式（以下简称模拟情境模式）、基于真实探索情境的科学发现学习模式（以下简称真实情境模式）。 因变量为学生的原理

15、性知识、直觉性理解、灵活应用成绩。 信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 基本模式基本模式 实验过程实验过程 实验班和控制班由陈凯老师（男，29岁，本科学历，曾获安徽省物理课件评比二等奖）任教 实验持续时间为：共6天，每个班课时数为3节。 信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 基本模式基本模式 实验流程实验流程 问题提出与实验假设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

16、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。在这一环节实验班和控制班完全一致，时间为1个课时。 信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究基本模式基本模式 实验流程实验流程 实验探索：实验班实验探索：实验班实验班的实验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。被试要相互协作地经过以下过程： 预热：任课教师简要地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。 实验：被试结合上节课自己提出的假设，利用计算机模拟

17、程序进行实验探索。主试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，同时任课教师随时对需要帮助的被试进行指导。此阶段，为40分钟。 信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 基本模式基本模式 实验流程实验流程 实验探索：控制班实验探索：控制班 实验班的实验是在物理实验室中进行的，每两个人一组共用一套凸透镜成像实验设备（光距座、蜡烛、凸透镜、光屏）。被试要相互协作地经过以下过程： 准备：任课教师简要地介绍凸透镜成像实验设备的基本结构、使用方法，明

18、确注意事项，并接受被试的询问。此阶段为5分钟。 实验：被试结合上节课自己提出的假设，利用实验设备做实验。主试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，同时任课教师随时对需要帮助的被试进行指导。此阶段，为40分钟。 信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 基本模式基本模式 实验流程实验流程 实验分析实验分析 被试对自己在实验探索阶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

19、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。 信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 基本模式基本模式 实验流程实验流程 知识应用在被试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。 测验在科学发现学习完成之后，以笔试形式进行了测验。限时40分钟。 信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 基本模式基本模式 测试测试 原理性

20、知识(principle knowledge)：用以考察学习者是否发现了正确的凸透镜成像规律以及对凸透镜成像规律的基本理解和记忆凸透镜成像规律的基本理解和记忆。 直觉性理解(intuitive understanding)：直觉性理解常被看作是科学发现学习的重要目标，它所关心的不是学习者知不知道一般的原理性知识，而是他们在具体情境面前所生成的直觉理解和判断，它更能反映学习者在具体情境面前所生成的直觉理解和判断，它更能反映学习者的深层理解和信念的深层理解和信念。 灵活应用(flexible application)：用来测查学习者能否将所发现的原理灵能否将所发现的原理灵活地概括和应用到新的情境中

21、活地概括和应用到新的情境中。 信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究基本模式基本模式 实验结果实验结果实验班和控制班在三类后测上的平均分和标准差班别班别原理性知识原理性知识M SD直觉性理解直觉性理解M SD灵活应用灵活应用M SD实验班31.85 5.8512.41 4.7323.81 7.48控制班29.44 8.78 9.81 6.5820.96 6.10t检验结果成绩类别成绩类别dft值值P值值原理性知识531.990.052直觉性理解532.082.042*灵活应用532.503.015* 表示F值在.

22、05的水平上显著，* 表示F值在.01的水平上显著信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究基本模式基本模式 实验结果实验结果（1）原理性知识：实验班在原理性知识测验上得分高于控制班，两者的差异达到了近似显著的水平（t=1.990，P=.052.1）。在原理性知识测试中包含4道选择题，正确率分别如3.1所示。第1、3、4 注重考察物距与像距、像的属性间的关系。实验班的学生在这三道题上的正确率明显地高于对比班。第2题是考察凸透镜所成像的虚实问题，在该题中实验班学生的正确率却比对比班低了9个百分点。（2）直觉性理解：实验

23、班和控制班在直觉性理解测验上具有显著的差异（t=2.082，P=.042.05）。说明在模拟情境模式下进行科学发现学习，与在真实情境模式下进行的科学发现学习相比，可以使学生对在发现学习过程中建构的知识理解得更加深刻。（3）灵活应用：实验班和控制班在灵活应用测验上具有显著的差异（t=2.503，P=.015.05）。这说明在模拟实验情境模式下学生能够更好地将发现的原理灵活地概括和应用到新的情境中去。NoImage信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 基本模式：基本模式：科学发现学习过程的差异性科学发现学习过程的差

24、异性 实验班实验班 实验设计：教师指导下进行 实验操作与观察：操作简单，现象清晰，观察较容易 数据记录：容易获得数据，记录工作简单 自我监控：差异显著，能力强者容易主导实验，能力差者则陷入不知所措状态，但基本上能在若干次试误后完成实验 控制班控制班 实验设计：教师指导下进行 实验操作与观察：操作复杂，突发性情强，现象不清晰，观察较困难 数据记录：实验难控制，较难或得精确数据，记录工作容易不全面 自我监控：由于实验较困难，仅少数能力强者完成了全部实验，能力较弱者则基本仅观察别人操作，无所事事信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实

25、验研究实验研究 基本模式基本模式 对实验班学生反馈信息的分析对实验班学生反馈信息的分析 ，学生的感受大体可学生的感受大体可分为这样几种类型：分为这样几种类型： 生动、形象、有趣 “我可以直接看到实验的详细过程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，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”。 信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模

26、拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 基本模式基本模式 对实验班学生反馈信息的分析对实验班学生反馈信息的分析 ，学生的感受大体可分为这样学生的感受大体可分为这样几种类型：几种类型： 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。无法发现的规律。”；“它不仅给我强烈的视觉感受，也增强了我观察它不仅给我强烈的视觉感受，也增强了我观察能力能力”；“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

27、过程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它可以把透镜所成的像展现得十分逼真、好玩逼真、好玩”。 信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 基本模式基本模式 对实验班学生反馈信息的分析对实验班学生反馈信息的分析 ，学生的感受大体可分为这样学生的感受大体可分为这样几种类型：几种类型： 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，而且很容易在计算机上进行自己的操作，不会出错，既快捷又准确，而且很容易获得实验数据获得实验数据”；“在计算机上可以得出更精确的读数在计算机上可以

28、得出更精确的读数”；“计算机很计算机很安全，不用担心烧手安全，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，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快捷可以让我们有时间思考现象中隐含的规律”。 信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 基本模式基本模式 对实验班学生反馈信息的分析对实验班学生反馈信息的分析 ，学生的感受大体可分为这样学生的感受大体可分为这

29、样几种类型：几种类型： 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我可以反复地操作，直到我领悟到现象中规律为止”。 信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 基本模式基本模式 对实验班学生反馈信息的分析对实验班学生反馈信息的分析 ，学生的感受大体可分为这样学生的感受大体可分为这样几种类型：几种类型： 太容易、缺乏真实感太容易、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

30、”；“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”。 信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 基本模式基本模式实验结论 1、与基于真实实验的科学发现学习模式相比,计算机模拟应用于科学发现学习的基本模式对学生原理性知识的掌握表现出近似显著的促进作用。 2、与基于真实实验的科学发现学习模式相比,计算机模拟应用于科学发现学习的基本模式对学生的直觉性理解表现出显著的促进作用； 3、与基于真实实验的科学发现学习模式相比,计算机模拟

31、应用于科学发现学习的基本模式对学生的灵活应用表现出显著的促进作用； 4、计算机模拟在让学生更好地进行发现学习的同时，也表现出一定的负面效应。信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 整合模式整合模式 课件课件信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 整合模式整合模式 成绩成绩成绩类别成绩类别变异来源变异来源平方和平方和df均方均方F值值P值值原理性知识应用模式71.058171.0587.528 .007*期中成绩107.0081107

32、.00811.337 .001*直觉性理解应用模式35.232135.2323.116.080期中成绩153.2081153.20813.550 .000*灵活应用应用模式268.3801268.3805.586.020*期中成绩3957.08813957.08882.363 .000*信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实验研究实验研究 整合模式：反馈信息分析整合模式：反馈信息分析对计算机模拟情境实验的认识对计算机模拟情境实验的认识（每个被试的认识可能不止一类）：被试对计算机模拟情境实验的认识被试对计算机模拟情境实验的认识人次人次操作变得简单有趣，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，开阔了自己的思维；可以得到精确的数据，便于分析，使我们能够总结出准确的结论；探索出初步的结论，为真实实验在方法和理论上做好了铺垫；不受任何外界因素干扰，可以精确、顺利地进行实验探索；21人次19人次23人次17人次15人次16人次12人次13人次信息技术与物理教学(1、2)计算机模拟应用于科学发现学习的计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索模式探索实