浅谈信息技术与中学物理学科教学的整合

1、浅谈信息技术与中学物理学科教学的整合 章晓彬 发布时间： 2009-11-24 17:16:14 浅谈信息技术与中学物理学科教学的整合章晓彬（南澳县南澳中学，515900）摘要：新课程的改革促进了以多媒体、网络化、智能化为主要特征的现代信息技术与学科课程的整合，同时其对课程理念、课程内容、课程实施以及课程资源也产生了深刻的影响，并引领教学方式和学习方式的变革。在中学物理学科的课堂教学和实验教学中，充分发挥信息技术的优势，结合课堂教学实际，创设问题情境，提示问题本质是一项行之有效的方式。籍此方式也可以突破一些教学难点，进行高质量的实验探究和学习，最终实现现代信息技术与学科教学的整合。关键词：整合

2、；信息技术；物理学科新课程改革以及英特尔未来教育在遍及全国的培训大大地推进了信息技术在各学科教学过程中的普遍应用，促进了信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革。另一方面，在教学实施中充分发挥信息技术的优势，能为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。因此我们必须对信息技术与课程整合的理念、意义有一个清晰、正确的认识，在与物理教学整合中找准结合点和侧重点，采用切实可行的策略。只有这样才能把握整合的途径，真正达到和实现整合的目标。一、信息技术与课程整合的内涵和本质信息技术与课程的整合（Information Tech

3、nology Curriculum Integration）是指在“以人为本”的教育思想下，以建构主义理论作为指导，在教学过程中采用全新的教学结构和教学方法，通过精心的教学设计将现有课程的教学活动与信息技术有机结合，融为一体。从而更好地完成课程目标，有效地培养学生的科学素养、创新精神和实践能力。并在此基础上促进每个学生的身心发展，培养终身学习的愿望和能力，实现教学过程最优化的一项行动策略。根据联合国教科文组织（UNSCO）对信息技术的定义：“应用在信息加工和处理中的科学、技术与工程的训练方法和管理技巧；上述方法和技巧的应用，计算机及其与人、机的相互作用，与之相应的社会、经济和文化等诸种事物。”

4、我们可以看出信息技术一般是指“一系列与计算机相关的技术”。在教学中主要体现为以计算机为主的多媒体技术与internet网络，其特征是能够对数量巨大的、格式变化的、分布在不同地点的各种信息进行记忆、展示、发送和使用。而信息技术与课程整合的宗旨就是要把以计算机及网络为核心的信息技术作为促进学生自主建构学习的认知工具、情感激励工具与丰富教学环境的创设工具，并将这些工具全面融合在各学科教学过程中，使各种教学资源、各个教学要素和教学环境，经过组合、重构，达到相互融合成为有机整体。从而使以教师为中心的传统教学结构转变为以学生为中心的新型教学结构。二、信息技术与物理教学整合的重要意义1、应用多媒体技术辅助教

5、学可以大大优化教学环境，促进学生的主动学习。学生置身于一个和谐的教学氛围，学习兴趣得到极大的提高。2、应用多媒体技术辅助教学可以大大增加课堂容量，增大信息密度，提高教学效率，丰富学生的学习内容。利用计算机的存储和调用功能，教师可以在课堂上展示与本节课教学内容相关的各种信息，画面，声音，帮助学生掌握更多的课本以外的内容或本学科的前沿知识。3、应用多媒体技术辅助教学可以帮助学生理解和掌握教学难点。利用多媒体技术，可以演示在实际中难以观察到的实验现象，可以从各个角度展示三维立体图形，可以使一些抽象难懂的概念变成具体的可观察的画面、图形，可以动态地演示一些变化过程，也可以把一些变化过程分阶段进行演示等

6、等。这都使得教学难点得以突破，有利于学生对难点内容的理解和掌握。三、如何将信息技术运用于中学物理课堂教学中1、创设问题情景信息技术与学科课程的整合，应逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革。因此课件制作重在创设情景、揭示问题。现代教学重视学生的自主学习，要求在教学中能充分体现学生的主体地位，因此“问题探究法”得到了广泛应用。所谓“问题探究法”是指通过创设一定具有挑战性的问题情景，与学生原有的认知结构发生冲突，激起学生的探究意识，促使学生积极主动地学习的教学方法。因此在多媒体课件的设计与制作过程中，在追求艺术美感的同时，更应力求能展示问题情景，给学生以悬念

7、，激发学生问题探究的动机和欲望。（1）展示问题情景，激发学生科学探究意识。以施韦尔为代表的现代教育家指出：学生天生就有探究的欲望，也具备一定的探究能力，这一能力将随探究实践的累积而增强。同样，建构主义也认为，问题能否顺利解决的关键在于情景的创设（创设与当前学习主题相关的、尽可能真实的情景）。在教学中若能充分抓住学生这一心理特点，通过设计一些具有问题悬念的多媒体课件创设一些生动情景，或激起疑问、或产生认知冲突，使学生在情景中“受激”而进入一种好奇、渴望、急不可耐的求知境界，在头脑中形成“究竟为什么”、 “究竟是什么道理”等欲望，促使学生积极主动地探究新知。一堂好的课，很重要的一点就是必须能激发学

8、生学习的兴趣和动机，能充分发挥学生学习的主动性和积极性，促使学生主动地开展探究性学习。因此，教师在备课时，应把重点放在如何创新性地创设生动、富有挑战性、能激发学生兴趣的问题情景，来调动学生思维的积极性，激发学生的科学探究意识。当然，我们可以借助现代教育技术，创设有关学习情境，展示问题，激发学生科学探究意识， “技术让思想和教学变得更完美”。例如在原子的核式结构的卢瑟福散射实验教学中，如果用计算机模拟散射的实验现象（如图1），画面展示高速飞行的d粒子去轰击金箔，根据粒子飞行路径的改变，来探究靶原子（金原子）的构造情况。在这个情景此前，教师故意不给出中心原子核（如图2），而是让学生根据实验现象讨论

9、汤姆逊模型及其假设的可能性，在否定假设的基础上，让学生根据实验现象充分发挥各自的“非凡”想象力，猜测原子内部应该具有什么样的模型结构（质量、电荷量如何分布），从而感悟物理模型建立的过程。学生会提出多种原子核式结构模型，但经分析论证得出能满足实验结果唯有卢瑟福的原子模型才是合理的。这样的体验“科学实验科学假设推理论证”的科学探究过程，比单纯的给出画面后直接下结论的效果要好得多。     （2）创设问题情景，让学生“亲历”科学创新过程，感悟科学方法和科学思想。物理学不仅要教给学生一些广泛应用的原理，更重要的是传播科学思想，教给学生探索的方法。在物理

10、教学中利用多媒体技术，可以再现物理学家科学探究的经历，让学生“亲历”科学探究过程，感悟科学方法和科学思想，培养学生的科学探究能力和科学创新精神。如在介绍牛顿发现万有引力定律过程时，通过课件向学生再现牛顿非凡想象力的几个情景（牛顿当时是否如此思维不得而知，但通过整合后对学生科学探究能力的培养具有启迪作用）。情景一：（可以用真实的视频）：牛顿坐在树下，发现苹果落地，思考“为什么熟透的苹果会向地面落下，而不向上运动（引导学生不要轻易放弃一些熟视的日常现象）？”肯定存在有某种力促使苹果落地（“萌芽”地球引力作用）的作用；情景二：（可以制作动画）：苹果树逐渐长高，一直长到月球那样高，熟透的苹果仍然要落向

11、地面。 “为什么月球不会落地（给学生一个悬念）？”情景三：在地面上任何平抛运动的物体终要落地（可展示运动场上的抛标枪，速度越大，射程越远），月球不管以多大的速度运动也终要“落地” （如果地球表面是个大平面，动画展示落地情形）；情景四：若地球变成圆球状呢（提出假设问题）？动画再现月球要落地的情景（速度越大，射程越远，以致于落不了地）。 学生经历上述思维冲突后，探究意识受到撞击激发，深刻体会牛顿卫星原理图，惊叹牛顿非凡想象力的同时坚信地球是个球状体。2、揭示问题本质，突破教学难点。众所周知，物理概念及物理过程抽象，难以理解，尽管物理教师想方设法从不同角度，用不同方法讲述，学生领会起来仍感抽象、难懂

12、；采用演示实验，可以有效地解决不形象、不具体的问题，但由于一些具体条件的限制，演示实验做得不是很到位，或演示效果观察度差等原因，给教师教学与学生学习带来一定的困难。而信息技术的发展及应用给物理教学带来很好的辅助工具，如实物投影仪、录像机、高速摄像机以及多媒体课件，它们以其综合处理信息的能力，利用直接投影（可放大缩小，放慢加快）、视频、图形、图像、声音、三维动画等表现形式，将一些枯燥、抽象、难以理解的概念、复杂的变化过程、形态各异的运动形式、宏观或微观世界、时间的延长或缩短、空间的变大或缩小等直接地展示在学生面前，所呈现的内容真实、生动、极富表现力，很容易引起学生的兴趣和注意，从而能有效调动学生

13、的各种感觉器官，增强学生的记忆能力与理解能力，提高教学质量。下面介绍几种行之有效、能突破教学难点，化难为易的做法：（1）抽象概念、抽象规律“具体化”。 抽象概念、抽象规律“具体化”：利用信息技术，如视频、Flash、几何画板等制作的动画等，将学生认为抽象、难理解的物理概念、物理规律，通过动画、视频等方式把抽象的问题转化成一个个具体的实例。在物理教学中，只有将抽象的内容具体化，才可以帮助学生理解它们的真正涵义。例如，在进行摩擦力方向的教学时，学生容易将“滑动摩擦力的方向总是与物体相对运动的方向相反”，误认为“滑动摩擦力的方向总是与物体运动的方向相反”，这体现了他们对“相对运动”这概念的内涵理解不

14、透彻。我们可以通过课件展示几种不同情况下物体相对滑动的动画或视频，并在动画或视频中显示摩擦力的方向、两物体相对滑动的位移方向和各物体相对地面运动的位移方向，这样就可把较抽象的摩擦力方向问题形象具体化处理，使学生易于理解“相对运动”的意义和摩擦力方向的特点和判断。          （2）疑难问题“图景动态化”。疑难问题“图景动态化”利用交互性较强的几何画板和Flash、编程等，将学生认为抽象、难理解的物理问题，通过可控制变量的方式，将物理图景有目的、有步骤、分层次动态展示出来。通过显示过程、形成表象，揭示

15、问题本质，深化问题理解度。物理问题的难易，在于学生遇到物理问题时，大脑里面能否建立一幅清晰的物理图景，但由于中学生所处认知水平较低，思维认识仍处于形象思维，难以构建准确、清晰的物理图景。因此，我们借助信息技术的优势，将物理问题转化为物理图景，并将物理图景有目的、有步骤、分层次动态展示出来，从而达到揭示问题本质，使学生的认识逐步过渡到逻辑思维的目的。例如在高一的力学中学习了两个力的合成遵循平行四边形规律后，讨论两个分力与其合力大小的关系时，由于高一学生对三角函数中的正、余弦定理掌握不牢，很难理解“两分力大小土定时，其合力大小随两分力的夹角增大而减小”。几何画板看成是一块“动态的黑板”，使用几何画

16、板制作的物理课件使传统物理课堂教学的静止图形向动态图形过渡，使学生能够从过程的变化中把握不变的物理规律。几何画板本身不使用程序语言，但它有很好的交互性，可以由使用者操纵和控制。因此，我们可以用几何画板这一优势，设计可控动态课件，从图3开始，拖动F1从而改变F1与F2之间的夹角的大小，如图4直到图5位置结束。这样通过一个连续的拖动动画，展示出从0增大到180。过程中其合力F的变化特点，使学生一目了然，再通过数学推导就很容易理解这一知识点。    图3         

17、             图4                         图5（3）不可见物理量的“可视化”。不可见物理量的“可视化”：利用动态效果较好的F1ash、编程、或编辑处理后的视频等，将某些“看不见、摸不着”的物理量的动态变

18、化，借助于多媒体手段，通过类比、模拟建立一个声、光、色、形于一体的形象化模型，则便于学生形成表象，建立概念。在物理教学中，经常牵涉到一些动态过程，而某些动态情景又难于在教室里形象展示。传统教学中更多是依靠教师不厌其烦地“磨破”嘴皮引导学生想象其动态过程，即使有些动态过程教师讲得“有声有色”，可相当部分学生因缺乏基本的感性认识，想象能力又受年龄和知识结构水平限制，确实难于理解其动态过程。使原本形象生动的物理教学变成老师的说教，以至教学效率低下，教学效果难于体现。利用现代多媒体技术，可以将动态过程做成课件展示给学生观看，学生通过亲自感受“实际”动态过程，弄清复杂物理过程。有了基本感性认识，物理知识

19、、物理规律在学生面前不再显得那么抽象和枯燥，而是活生生的实际现象的总结和归纳。例如在物理的电磁振荡教学过程中，LC回路中通过线圈的电流强度、电容器两极板间的电压、电场能、磁场能都作周期性的变化，一般的演示实验只能让学生观察到串联在电路中的电流表指针左右摆动，不能观察到电流、电压、电场能、磁场能的具体变化特点及它们之间的关系。但利用计算机就可以形象动态地展示出各量的变化过程，使学生看到电流、电压、电场能、磁场能是怎样逐渐变化的（如图6，图中的电场能、磁场能用条形长度表示其大小，会随电压的变化而变化），并可以同时用单摆作简谐振动时重力势能和动能的相互转化来类比电磁振荡中电场能和磁场能的相互转化，课

20、后学生反映理解相当透彻，记忆牢固。课件充分运用各种信息传媒通道的作用，使学生的各种感官充分受到刺激调动了各种非智力因素，强化了各种智力因素的有机结合，对学生发展的整体性带来良好的影响，教学效果非常好。   图6四、如何将信息技术运用于中学物理实验教学中目前中学实验课程中普遍存在的问题是，学生学习兴趣低下，知识面窄，发现问题、分析问题与解决问题，以及动手操作的能力下降，这已成为中学的实验教学迫在眉睫需要解决的问题。开展信息技术与实验教学整合的实践与研究，就是要解决这些问题，寻求现实的可操作性的途径和方案，促进技术优势转化为教学效益，推进信息技术在实验教学过程中的效用

21、，因此信息技术与实验教学整合的实践与研究，具有重要的现实意义。以计算机为代表的现代信息技术能够跟传统实验实现“优势互补”（不是全面替代），它与传感器、数字化等技术相结合，可以形成崭新的实验方法和技术。1、信息技术作为演示的工具信息技术作为演示的工具，可使静态事物动态化、微型实验宏观化、抽象知识形象化，完成难做实验的仿真模拟、进行物理过程的动态分析。作为演示工具，主要体现在以下三方面：一是实验基本清晰，但实验过程相对应的物理规律抽象，学生理解困难。如弹簧振子的振动实验，学生很难同时观察到回复力、加速度、速度和位移四个物理量在运动过程中的大小和方向，这是教学的难点。而采用课件模拟（如图7）可方便地

22、调节振动频率或者使其暂停，动态分析必将有利于学生建立起简谐运动完整的物理图景，取得其它教学手段难以收到的效果。   图7二是在一些特别的随堂实验教学中，由于课程目标的需要进行随堂实验，却又不能正常实现，这样，信息技术的天然优势便的得到充分展示。以观察波的干涉条纹为例，课前要求学生利用学校的网络资源，搜集网上相关的材料，以电子文稿的方式传递给教师。教师把搜集到并且上传的资料加以汇编和整理，向学生们发布。放映录像：课前拍摄的下雨时雨滴落到池塘中所产生的水波相遇时的现象。可以看到两波保持原来状态各自继续向前传播，就像未曾相遇过一样。这一演示实验真实、直观、常见，同学们都

23、看过，但是由于太普遍，同时进行的速度较快，看到了以后并没有深入的思考。在课堂上我们可以调整放映，使之适合于我们观察，加上老师的讲解，可以让同学对波的叠加留下深刻感性印象。多媒体演示：应用媒体素材库中相应的课件，演示波峰与波峰相遇的某一时刻，叠加后每一质点的位移为原来两波引起位移的矢量和，即典型的峰峰相遇。扩展到波峰与波谷、波谷与波谷相叠加的情况；并用多媒体课件演示这两个过程。传统的实验中实验进行的很快，学生根难观察，运用信息技术可以更好地讲解。分析两列频率、振幅相同波的叠加。让学生讨论有两列振动频率相同、振幅相同的波连续不断地相向传播叠加的情况。引导同学利用波的叠加原理，联系有关知识，弄清两列

24、波在相向传播的过程中加强点与减弱点运动情况有何异同。演示波的干涉现象：改造双头振源，由于两根振针固定在同一振片上，因此振动起来频率相同，放在水波盘中，接通电源后能产生明显的干涉图样，再加上频闪等可以使实验的效果更加显著。本节课运用信息技术的优势弥补丁传统教学中的缺陷，同时又特别强调实验观察的重要作用，并没有简单地用动态图像代替波的叠加分析，而是引导学生通过观察自己分析波的叠加原理，较好地体现了从知识与技能，过程与方法，情感交流三个方面实现教学目标。这里，信息技术与课程整合改变了传统的教学方式，增加了课堂的容量，极大限度地利用现有的教学设备的潜力，使一些传统实验手段无法表现或无法仔细观察到的细微之处表现无遗。2、信息技术作为研发工具    实验不仅是一种验证性或操作性的实践活动，更是一种探究性的实践活动。在学生探究活动中，信息技术扮演着“研发工具”的角色，另一方面，信息技术将全世界的学校、研究所、图书馆和其他各种信息资源联结起来，成为一个海量的资源库，为学生提供了进一步研究和探索的信息平台。3、信息技术作为信息加工的工具信息技术与物理实验教