高中物理多元表征网络课程的设计及其应用

1、高中物理多元表征网络课程的设计及其应用江苏省镇江市谏壁中学（212006） 郭宝海摘要 多元表征网络课程是建立在多元表征理论基础之上，充分发挥网络的丰富资源，运用超级链接手段，从不同侧面、不同角度来展示各个概念与其它概念之间的细致的多维关系，从而让学生全方位地理解概念的自主学习的网络课程。我校设计的多元表征网络课程为学生提供了个性化学习的环境，有利于提高学生的学习兴趣；有助于高三学生构建完整的知识体系，加深知识的理解，形成丰富的知识网络；有助于交互式合作学习的开展，从而推动新课程的全面实施。关键词 多元表征 网络课程 物理 概念近年来,以网络化为代表的现代信息技术，为学习者提供了丰富的数字化学

2、习资源,改变了学习者的学习方式,促进了教育观念、内容和方法的变革。本人结合学科特点，运用多元表征教学理论，设计出的网络课程，在提高高三物理复习效率方面，收到了明显效果。下面作一介绍，供大家参考。 一多元表征教学的内涵布鲁纳认为，学科内部有一套基本结构，这个基本结构是指学科的基本概念和基本原则，它们反映了事物之间的联系或规律性。掌握了学科基本结构，就能更好地掌握整个学科。然而，从事一线教学的物理教师都有这样的同感，尽管学生对物理学的概念、原理、规律及其基本结构烂熟于心，但一遇到解决实际问题仍觉得难以下手。运动学1直线运动2曲线运动（1）匀速直线运动（2）匀变速直线运动（3）变加速直线运动（例：弹

3、簧振子）（1）平抛运动（2）匀速圆周运动（3）变速圆周运动（例：单摆）图1实际上，事物之间的联系是相当复杂的，学科知识间除了具有“学科基本结构”这个结构良好的联系外，还具有更加复杂的、结构不良的细致联系。例如，高中物理运动学部分的学科基本结构如下(图1)：我们知道，实际的运动问题总是伴随着各种复杂的情景出现的，是和各种性质的力、动量、能量相互交叉的综合问题。例如，以上基本结构中的各种运动，从力的角度进行分析，又可包括：在重力、摩擦力、弹力、电场力、磁场力、分子力以及各种性质的力共同作用下的运动。而其中，电场力和磁场力又将力学与电磁学知识紧密联系了起来，分子力又将力学知识和热学知识相联系，这都形

4、成了知识间的跨越式的连接；在力学结构内部，加速度a将运动学和动力学相联系，速度V将动量和动能相联系，这又使力学知识结构内呈现非线性和多元的复杂结构。要解决这样的运动问题，学生仅仅掌握运动的类型及相应的运动规律，是远远不够的。多元表征教学就是在布鲁纳的学科基本结构理论的基础上，在教学中除了呈现学科的基本结构外，还要展示各个概念与其它概念间的细致复杂的多维度关系，以此完成对相关知识体系的教学，从而既增强对该概念自身的理解，又增强对知识结构整体的理解。例如，对平抛运动的理解，除了从运动规律上进行分析，我们还要让学生从力的角度、能量的角度、动量变化的角度进行分析；除了在重力场中研究物体的平抛运动，我们

5、还要让学生研究电场及混合场中的类平抛运动等等。二高中物理多元表征网络课程的设计由以上的分析我们看到，在组织高三物理复习这样的结构复杂的教学时，必须对概念进行多元表征和多情境教学，才有可能真正改善对物理概念的掌握和迁移。这在传统的课堂教学中是很难做到的。而具有非线性特征的超文本正是适用于这种教学组织策略的理想学习与教学媒介。作者运用FrontPage这一简易的网页制作工具，以物体的运动为经线，把一个概念与其他多个概念、原理、规律及相关的例题和背景资料等，通过超级链接构成极其丰富的高中物理的知识网络。这样的网络，不仅展示了每一个概念的不同侧面，而且有多个代表不同情境的案例来加强概念的理解、迁移和运

6、用。具体设计如下。1基本结构网页的设计高中物理的传统基本结构是：力、电、热、光、原子物理等，这种板块结构界线明显，脉络清楚，但知识相互隔离，不利于高三学生从整体上把握知识并加以综合运用。为了克服这种缺陷，我们依据“物理学是研究物体运动变化规律的科学”这一基本任务，在实际的网页设计中以物体的运动类型为基本结构。由于各种运动都是学生在日常生活中经常见到的，因而，做出的基本结构网页也就比较具体和亲切，如前面图1所示。 2概念的多元表征网页的设计 在学科的基本结构图上，将其中的重要概念设置为超级链接，用以对单个概念和运动形式的展开，如图1。点击某个链接，就弹出此概念和运动形式的多元表征页面，在页面内将

7、呈现出表征此概念的相关概念和运动形式的页面链接和例题页面的链接。例如基本结构网页中“匀速圆周运动”超链接到的对此进行多元表征的网页页匀速圆周运动线速度 角速度周期 频率向心加速度向心力 速度 天体运动 动能 动量 功率 典型例题皮带传动 同轴运动 典型例题转速 典型例题转速 运动的合成和分解 典型例题万有引力 库仑力 洛仑兹力 复合场 典型例题更多链接图2功 功率面可以如图2所示。 此处设计“匀速圆周运动”的多元表征页面的依据正是：将概念的不同侧面集中展现，将知识网络中概念与相关概念相连接，概念与相关情景相连接，让学生多侧面、多角度、全方位地理解概念。因为要很好地理解匀速圆周运动，就一定要把握

8、好线速度、角速度、向心加速度、向心力等概念。这些概念有的反映了匀速圆周运动的运动学性质，有的是它的动力学性质，有的则是它的功能变化关系，而有的则是特殊条件下的运动特征。我们掌握了这些知识才能对匀速圆周运动有一个比较全面的了解，也只有建立了这种较全面的了解，才有可能通过它将那些与之相连的多个概念联系在一起，使知识的运用更加通畅，增强知识迁移至其他领域的能力。在网页中，每个概念后面标出的是与此概念或规律相关的知识链接，这些链接的作用就是帮助学生理解概念或进行拓展学习。例如，要学习“线速度”可以先点击“速度”进入速度网页学习，然后再点击“线速度”进入该网页学习。如果还想进一步理解与线速度相关的问题，

9、可点击后面的“天体运动”、“动能”继续学习。 页面中的“典型例题”是相应知识点在实际问题中的主要应用。“更多链接”则提供匀速圆周运动的背景材料及其在现代科学技术领域中应用的相关信息。3例题页面的设计在例题网页中我们要将典型例题展开细化，确定其中的核心知识点和主要知识点，分析此情境中特定的概念间的链接和本例题的类型简介，并用单独的页面呈现展开的例题和解答。如下面的例题页面（见图3）。例题：在勇气号火星探测器着陆的最后阶段，着陆器降落到火星表面上，再经过多次弹跳才停下来，假设着陆器第一次落到火星表面弹起后，到达最高点时高度为h，速度方向是水平的，速度大小为v0，求它第二次落到火星表面时速度的大小，

10、计算时不计火星大气阻力。已知火星的一个卫星的圆轨道的半径为r，周期为T。火星可视为半径为r0的均匀球体。 （2004福建、浙江高考理科综合题）考查知识：本题所包含的主要知识点有：天体表面的重力加速度、圆周运动、万有引力定律、牛顿第二定律、机械能守恒定律。 方法指南：本题主要运用类比法，把火星表面与地球表面进行类比。参考解答 还想试试，请点击 更多 图3 页面中显示的主要知识点都采用了超级链接，学习者只要点击想要学习的主要知识点，就可以方便地打开相应的知识点网页，进行详细地学习。另外，页面中设置了本题的主要方法简介，学习者若想全面了解和掌握这一方法，可点击主要方法的超级链接，打开这一方法的详细信

11、息和应用案例网页。例题网页还给学习者留下了独立思考分析的空间，在自己解答完成后，可点击“参考解答”链接到解题网页。为了提高学生举一反三的能力，我们把与例题同类题型（知识点相同或解题方法相同）的习题放在一个网页中，然后与本道例题之间建立起超级链接，学生只要点击“更多”便可进入同类题型的网页，进行知识拓展和迁移方面的训练，非常方便。 以上多维度交叉表征的页面设计，使高中物理的每一个知识点和主要方法都构建在物理知识体系之内，并且有大量的应用实例的支持。除此之外，学习者若遇到问题还可通过提交表单或进入讨论站点寻求帮助。三效果与体会 自2003年开始，我们结合学校的软硬件条件，每年在高三部分班级进行多元

12、表征网络课程优化高三物理复习的试验，以下是试验班级与对比班级的高考成绩对照：2003届2004届班级高考均分班级高考均分试验班级高三（8）理生班96.3试验班级高三（9）理生班84.6对比班级高三（4）理生班77.8对比班级高三（7）理生班72.1对比班级高三（5）理生班74.5对比班级高三（8）理生班73.4从表中我们可以看出，实验班级的高考成绩明显高于普通班级。实践中我们还发现，在原来基础相同的条件下，经过一年的时间，试验班级学生的学习兴趣和学习能力明显高于对比班级。为此我们对多元表征网络课程的运用有以下几点体会：1多元表征网络课程有利于学生构建完整的知识体系，加深对物理知识的理解，形成丰

13、富的知识网络。高考物理复习内容面广量大，与科技、生产、生活联系众多。传统的课堂教学模式，由于时空较小，再加上教师表达的维度单一，一定程度上限制了学生思维能力的发展。多元表征网络课程可以充分发挥网络的丰富空间和资源，通过对物理概念的多元分析以及多维度的情景链接，便于学生形成概念、原理、规律、案例相互交织、条分缕析的物理知识体系，掌握知识的来龙去脉。2多元表征网络课程为学生提供了个性化学习的环境，有利于提高学生的学习兴趣，做好提优补差工作。学生进入高三，学习水平参差不齐，且由于各种原因，个体之间的差距会越来越大。网络课程克服了传统教学一刀切的弊端，使因材施教真正成为了可能。学生可以在任何时间、任何地点使用电脑学习自己想学的内容。在网络课程中，学生重复