七讲信息技术整合课设计方案和实践(十七)

第七讲：信息技术整合课的设计和实践闸北区教师进修学院陈越2008年12月教师应该具备将学科信息化方案在课堂中进行实践的能力，围绕教案目标，为了突破重点和难点，指导教师采用合适的资源、课堂组织形式和信息化形式，进行具体的信息技术整合课的教案设计，并在课堂中进行实践。理科和文科在学科信息化的教案设计方面各有侧重，本讲主要分别介绍信息技术与理科和文科教案的整合方法。7．1 信息技术与理科教案的整合信息技术在理科教案中，将发挥越来越重要的作用，如真实的教案情境、丰富的课程资源、科学的探究工具、及时的交流环境。其中，互动课件是理科教案的重要探究工具，利用互动课件所设计的理科互动课程则是信息技术与理科教案整合的主要形式。7．1．1 互动课程是信息技术与理科整合的主要形式互动课件是信息技术与理科整合的主要工具，包括Flash课件、JAVA程序、Authorware课件等具有交互功能的教案软件。互动课程是信息技术与理科整合的主要形式，是指围绕JAVA、Flash等互动课件程序构建的数学和科学互动课程，是以问题为导向，应用计算机模型的模拟开展自主探究和学习的新型课程。它具有在线、交互、多媒体的特点，既用于基于工程的研究性学习活动，也作为学习支架和工具广泛用于日常的数学和科学教案中。模拟和计算机模型是发展数学和科学以及应用这些学科的有力的资源。有了可视化的分析的工具，数学和科学模型从静态的图表发展到用互动的媒体制作的动态的模型，从根本上改变了数学和科学探究的性质。互动课程具有以下的特点：以问题为中心，和真实世界紧密关联；整合多门学科知识和面向真实世界的理论和实践；在激发学生学习兴趣的基础上扩展科学和数学的学习内容；庞大的互动活动程序库和应用互联网上传发布的广大教师开发的互动课程大大地增加了选择机会，因而能面向不同环境的学校和不同学习背景的学生。互动课程把建构主义的支架理论用于实践，就是通过互动的多媒体活动程序为学生提供学习活动的支架，使学习者能够进行比较复杂的学习活动，投入到高级的思考和问题解决活动中去，使学生认知水平达到新的高度。互动课程开发、实施与评价的实践证明，整合不是简单的“做中学”，也不是理科教育的“文科化”（这和科学教育中弘扬人文精神完全不是一个概念），而是要使学生达到理解科学和数学这一课程的核心标准。互动课程的实质是改变学生学习方式，模拟指的是学生模拟，充分应用数字化技术，使学生的探究活动无论在深度和广度上都能超越局限于具体实验的水平。从辅助教案到学生自主学习，互动课程为我国中小学教案课件设计的转型和发展提供了范例。探究是学习方式，并非局限于综合实践课程。互动课程的独特的成功之处不在于基于工程的研究性课程，而恰恰在于把探究方式引入日常的课堂教案，这无疑为提高中小学理科教育质量开辟了新的途径。7．1．2 互动课程的理论基础一、邻近发展区理论认知的发展分成实际的发展层次（reallevelofdevelopment）以及潛在的发展层次（potentiallevelofdevelopment），前者是指个体能够独立解決問題的层次，后者則是需要在他人（教師、同伴中较优秀者）引导或合作下才能解決問題的层次。在這两個层次之間的差距，称之为邻近发展区（zoneofproximaldevelopment简称ZPD）。二、支架理论所谓支架就是主張学习的过程中由教师提供一個暂时性的支持來协助学生发展学习能力，這個暂时性的支持（支架）可能是一種教案策略或教案工具，隨著学习者能力的提升，便逐漸将学习責任转移到学生的身上，最后让学生能主动学习，並通过学习建构出属于自己的知识。支架最主要目的，就是使学习者保持在他們的邻近发展区活动。這可以通过两种方式达到目的，一是建构学习者的活动和周围环境；二是針对学习者目前的需要與能力，不断調整成人介入的程度。三、交互教案理论社会交互在认知发展中起到基础性的作用。维果茨基坚信学习任何事物都经过两个阶段，首先是通过和其它人交互，然后再整合到自己个体智力结构中。因此，可以通過特殊的社会語言来发展学生的认知能力，在学校环境中师生之间和学生之间的对话相当重要，交互教案就是根据他的观点而发展起来的一种教案模式。四、互动课程与支架理论互动课程通过互动的多媒体活动程序为学生提供学习活动的支架，使学习者能够进行比较复杂的学习活动，投入到高级的思考和问题解决活动中去，这些活动在没有帮助的情况下是达不到如此高度的。在互动课程的实施中，教师正是运用了认知的支架来促进复杂的思考、设计、科学和数学原理和概念的学习。经过精心设计的互动的活动程序与传统的课件不一样，它不是教师教的工具，而是学生学的工具。它主要通过交互的活动，把关注的焦点集中于科学和数学的概念和关系上，使学生借助于可视化的模拟来探究概念和关系。因此，与单纯的“做中学”不一样，它强调的是在理解的基础上的“做中学”，最后使学生能达到理解科学和数学这一最重要的课程标准的要求。交互的活动程序在技术设计上也独具匠心，始终一致的、功能强大和易学的界面，使学生一旦掌握了一个活动的操作，就会很容易地举一反三地掌握其它活动操作。7．1．3 互动课程的教案设计在互动课程的教案设计中，应该将互动课件的使用贯穿于课堂教案的各个环节。不论是导入、情境、提问的设计，还是例题、练习、讨论、小结的设计，都可以有意识地使用互动课件。互动课程的教案过程，一般都需要经历以下六个阶段。1．引入新课：一般来说，引入新课要营造学习气氛和问题情境，形成学生稳定的学习动机。互动课程要求在此基础上，提出需要研究的问题，激发学生的求知欲，并将求知欲转化为学习的动力。2．引导讨论：教师引导学生从多角度对所要研究的问题进行讨论，运用已有的经验对问题的相关因素进行整理和分析，并大胆猜测可能的情况，提出初步的探究方案。教师和学生再对这些方案进行分析论证，结合运用的互动课件，确定探究方案。3．合作探究：学生以研究小组为单位，根据方案，利用互动课件开展探究活动。不同的小组承担的探究任务应是整合性的任务，即任务要各小组协同之后才是完整的，而不应是叠加性的任务。教师在学生探究过程中，起到指导和服务的作用。4．成果交流：由于各小组探究任务的整合性，只有充分交流各小组的探究成果，才能形成对问题的完整认识。在各小组探究活动结束后，须进行“研究成果交流”。学生在交流中，进一步加深对各种物理、化学现象和过程的理解，进而形成概念、发现规律。5．归纳演绎：根据学生探究的成果，教师和学生一同归纳总结，得到所研究问题的结论，形成对问题的正确认识。这时还须对结论进行演绎，在更大范围内和特殊条件下讨论概念和规律的运用，加深学生的理解。通过归纳演绎，学生对知识有了更全面和正确的认识，能将其比较顺利地组织到知识结构中，从而获得发展。6．应用训练：通过应用训练，加强记忆与理解，促进知识迁移，巩固认知结构。应用训练时，可以通过学生做思考题、练习题的方式进行，也可以再使用互动课件进行学生自主的拓展探究，通过更深层次的探究活动促进对各种现象和过程、概念和规律的理解。案例：高中物理“机械波”教案活动设计机械波是高中物理中重要的运动形式。本课依托互动工具软件，对机械波的形成、特点，以及波长、振幅和周期等物理量进行探究，逐步引导学生在操作、观察、比较、总结活动中了解机械波的形成，理解波长、波速、频率的关系以及波动图像。教案形式：采用小组学习，要求每个学习小组有一台计算机，并能够运行本课中的互动程序。教案用具：实验用水盆、长绳子，纵波演示器互动学习工具：互动程序1－水波和拉拉队；互动程序2－绳子上的波；互动程序3－纵波；互动程序4－横波和纵波比较；互动程序5－水波模型。教案活动设计：水波和足球场上的啦啦队水波是我们日常生活中经常看到的，不过你可能没有从科学的角度观察水波，在盆中放适量水，制造一个水波，仔细观察，你能不能回答这个水波是怎么产生的？此外你有没有仔细观察过足球场上的拉拉队呢？那也能形成一种“波”——排山倒海般的“人浪”。在“互动程序1”中你可以仔细观察水波，还可以亲自动手制造拉拉队的“人浪”。同时大胆猜测：这些波是在什么条件下形成的，并借助互动程序对你的结论进行辩护。排山倒海的拉拉队——形成“人浪”机械波的形成机械波是怎么形成的？用一根长绳，绳子的一端固定（或者一同学手持此端），一个同学手持另外一端，通过某种操作，使得绳子上形成波。仔细观察和思考：如何操作才能在绳子上形成波，这种操作有什么特点？在“互动程序2”（如图1所示）中我们可以以虚拟的方式抖动一根绳子，也能够形成波。比较理想的情况是选择程序中的“Manual（手动）”，将“damping（阻力）”调为0，再选择“NoEnd”，抖动绳子的一端，观察结果，并和同伴讨论完成下述问题：根据水波、“人浪”和绳子上的波，以及你在生活中遇到的其他波，尝试着给“机械波”下个定义，要求语言表述准确、精练。你能够总结出绳子上的机械波形成条件吗？根据你的经验，如何把这个条件推广到更一般的情况？绳子的端点和绳子中间部分的每个质点是不是在波传播的方向上（横向）移动，它们怎么运动？再结合前面的水波和“人浪”，你的观点是不是得到验证。画一张图，描摹绳子上的波的形态，并且标注出每个质点相对初始位置的位移、速度方向。你能否进一步推断加速度的方向？图1抖动绳子的一段——观察绳子上的“波”为了进一步研究绳子上波的特点，我们选择下面的功能：Oscillate（振荡）。（其他的选项建议仿照同上。可以通过调解amplitude（振幅）和frequency（频率）改变绳子一端的振动状态。）建议探究下述工程（如图2所示）：是不是需要对前面你的作图进行重新修订？特别要注意一些特殊点：离开初始位置最远的点、又回到初始位置的点。观察圆盘上的点的和绳子端点的运动，你能够得出什么结论？改变圆盘上的点的运动频率（程序中的frequency）并注意记录下这个数据，再观察绳子端点的运动有什么变化？绳子上的其它各个质点的运动又有什么特点？再从波的传播方向上看，又有什么特点，程序中的“Ruler（尺子）”也许能够帮助你探索规律。波的传播方向和每个质点的振动方向关系如何？图2绳子上波的特点——质点振动、波长、频率、传播方向总结探究结果各个学习小组发表自己的探究结果，教师和学生一起对各种结论进行评价总结，最后形成一致的概念：机械波的产生条件。机械波的特点，知道波峰、波谷的定义。绳子上的波的特点和横波的定义。波长、频率、振幅等物理量的定义和含义。继续研究：利用互动程序中的直尺和计时工具深入研究绳子上波的传播速度，它和波长、波速、振幅中哪些物理量有关系，是什么关系。在全班范围发布小组研究方法和结果，让同学们和老师来评价。在坐标系中严格的描绘出绳子上的机械波图像，讲一讲图像的物理含义，并指出波峰、波谷、振幅、波长以等物理量以及某个质点的速度、位移方向。根据波的传播特点和各个质点的振动特点，能不能根据图像确定波的传播方向？尝试改变绳子末端的状态或者其它量，看看结果如何。研究纵波绳子上的波是横波，还有一种波，我们叫做纵波。5．1．实验演示纵波，仔细观察纵波的特点。5．2．通过运行“互动程序3”纵波中质点运动特点。纵波的传播方向和质点振动方向的关系。指出纵波中的波长、波峰和波谷。图3另外一种形式的波——纵波比较横波和纵波学习了横波和纵波，比较两种波的异同，“互动程序4”（如图4所示）能够帮助你，利用它并综合前面的学习，尝试着用一张表格说明你的比较结果。图4横波和纵波——比较两种波的异同水波是什么？在本课的开始我们就看到了水波，那么水波是很波还是纵波呢？还是亲自动手在“互动程序5”（如图5所示）中寻找答案。HYPERLINK"E:\\整合案例\\机械波\\水波\