运用多媒体提升实验教学有效性的研究

运用多媒体提升实验教学有效性的研究摘要在潜心研读课程标准和教材、细心揣摩学生认知规律的基础上，从六个方面(“即六化”)开发出多媒体介入实验教学的课程资源；采用“四个模块、八个环节”的课堂教学方法检验上述课程资源的有效性；追踪连续三年（2007年-2009年）学生考试成绩，证明运用多媒体提升实验教学的有效性。主题词多媒体实验教学有效性一、研究背景1．山穷水尽疑无路课程改革的基本要求是为学生创造一个探究性学习的氛围。而目前存在的突出问题是缺乏理想的教学媒体，尤其是在学习新知识时，我们不能为学生提供探究知识发生、发展过程的研究对象,大部分学生对新知识没有真正理解。后续练习则是做多错多，浪费了大量的时间和精力。镜头（1）声音是怎样产生的？人又是如何听到声音的？初二的学生睁大明亮的双眼，满怀好奇走进物理学科的殿堂，他们在课堂上欣赏了录音机放出的天籁般的音乐后，急切地想知道“声源振动的样子，人耳接收声波时鼓膜在干什么”？而我们根本就没有帮助学生自主探究的实验设施。学生只能草草地翻翻课本，机械地记忆各种条款似的结论。看着学生黯然失色的样子，笔者的心情越加沉重！如果让学生大脑中已经燃起的求知火花就此熄灭，我们真是愧对学生。镜头（2）烧开水时壶嘴喷出的“白烟”是什么？与空中弥漫的“白雾”、蒸汽机车头上不断冒出的“白烟”相同么？怎样观察它们的形成过程？而学生只能看到“水的沸腾实验”不断产生“白烟”、盖住烧杯口的玻片上的“白雾、白汽”，不可能观察到它们的形成过程——液化。笔者原来的做法也是先介绍气体是透明的，能够看见的“白烟、白雾、白汽”是细小的水珠。学生迫于教师的权威只好唯唯诺诺地往大脑里塞进教师的结论，但在解释具体问题时往往不假思索地冲口而出：“水蒸气”。练得越多，错得越离谱。其原因是多数人都顽固地把“白烟、白雾、白汽”看成“水蒸气”。大量的无效活动还为后面学习分子动理论设置了相当大的认知障碍。2．柳暗花明春事深镜头（3）2009年10月1日国庆阅兵式中，空中加油机和受油机翱翔蓝天的画面，将静态的、聊无生趣的文字陈述演变为激动人心的瞬间。镜头（4）小孔成像的课本图示是理想化的实验，初2010级4班学生自己制作了仪器，由于塑料薄膜不平，不容易观察到蜡烛的像，实验可见度差，学生没兴趣。而互联网上搜索到的小孔成像的视频能够让学生注意力高度集中，迅速形成直观、生动的记忆表象；面对生动、直观的场景大多数学生可以自主猜测到：小孔成像的原因——光沿直线传播。3．源头活水清如许“有效性”就是实验教学的“源头活水”：即在最短的时间内，投入最少的人力、物力，让学生获得最多的、有用的信息，给学生自学、创新、锻炼的机会，解放学生的学习力。从知识与技能，过程与方法，情感、态度、价值观三个维度上获得比较好的实验教学效果。二、理论依据1．建构主义理论建构主义理论认为，虽然学生学习的知识都是前人已经建造好的，但是对学生来说仍然是全新的、未知的，需要每个人再现类似的创造过程来形成；而在实际情境下或通过多种媒体创设的接近实际的情境下进行学习，可以利用生动、直观的形象有效地激发联想，唤醒长期记忆中有关的知识、经验或表象，第1页共7页从而使学习者能利用自己原有认知结构中的有关知识与经验去同化和顺应当前学习到的新知识，赋予新知识以某种意义，即用学生自己的活动对人类已有的知识建立起自己正确的理解。2．学生认知特征长期生活在电视和网络环境中的学生，普遍喜欢生动的学习对象，对抽象的文字符号、数学运算有一种本能的畏惧，他们获取信息的渠道偏向图文并茂、浅显易懂的电子类读物，不喜欢单一的文字内容和数学符号的运算；不仅缺乏从具体到抽象，从图画到符号的抽象思维能力，更没有把文字和符号转换成形象化场景的意识和手段。大量的教学实践表明：多媒体教学可以在较低的学生的认知能力、动手能力和较高的实验要求之间搭建一个逐级而上的通道。3．多媒体定义：用户通过计算机来控制或操纵的两种或多种媒体的集合，能同时获取、处理、编辑、存储和展示两个以上不同类型信息媒体的技术，它将文本、图形、动画、静态视频、动态视频、声音等媒体结合，借鉴各种媒体的优势，形成一种在功能上更完善的体系。作用：提供虚拟现实，多角度、多层次地将一些枯燥、抽象的概念、复杂的变化过程和运动形式展示给学生，提供多种感官的综合刺激，使学习者身临其境，强烈感知并能动手操作虚拟现实中的各种对象，减轻学生认知负担，丰富学生的想象力。同时节省真实训练与考试所需要的人力、物力、财力，并能够让训练和考试形式多样化，提升实验教学的有效性。三、改革措施实验不是表面上的热热闹闹，而是要尽可能地引导学生深层次地参与，积极推进学生的认知构建。因此，在实验教学中，笔者坚持运用多媒体提升实验教学的有效性。1．预则立——设计是提升实验教学有效性的前提（1）首先，把握实验的总轮廓，制定教学目标。物理实验分为基本仪器的使用和探究物理规律两类。在教学设计时，明确每一类实验的缺陷，找准需要运用多媒体弥补、强化的内容。同时，深入研究多媒体的特点，确定使用多媒体的内容、方式、时间、地点，把多媒体用在该用的地方。如初二的“温度计”中运用动画课件模拟液体柱的运动过程，就是将学生容易忽略的液体柱上升、下降的现象放大、减慢。初三的“量筒”的使用时，特别引导学生观察液面的升降，启发学生联想到温度计的液体柱上升、下降的现象。强化被排开的液体导致液面上升，其体积就是上升的液体柱的体积，为学习“探究阿基米德原理”奠定基础。（2）其次，明确运用多媒体后检测实验教学效果的内容。如在学习“重力”时笔者用几分钟时间播放教学光盘中构建“重心”的动画场景，引导学生明确“重力集中作用点”的物理意义，理解“等效”的物理思想。教学实践表明，大部分学生在分析杠杆受到重力的时候会有意识地找重心，减少了学生做题时出错的次数，节约教师评讲时间。多媒体提升实验教学的有效性的基本教学方法：四个模块、八个环节模块1问题①实验——提供整体轮廓、真实的过程、现象②多媒体——凸现放大、减小；减慢、加快；拓展、定格的内容2猜想③学生运用自己的语言提出自己的问题④多媒体再现学生需要猜想的内容3实验⑤演示或学生自主探究⑥多媒体弥补、强化、实验的缺陷；再现重要现象、过程4提炼⑦运用多媒体展示探究过程，把科学方法变成可操作的程序性方法。⑧学生运用可操作的程序性方法解决实际问题2．情景生——“六化”是提升实验教学有效性的基础好的教学设计需要有好的载体和表现形式。笔者从六个方面（即“六化”）把多媒体和实验内容结合起来，提升实验教学的有效性。第2页共7页（1）化无为有把教材上根本没有办法用实验探究、演示的内容转换成多媒体的模拟实验，帮助学生运用视觉、听觉观察、理解实验过程。【案例1】“声音的形成、传播、接收”教学片断内容容量方式过程多媒体使用原因、设计思想时间学生收获声源的振3个多媒新课播放FLASH动画课件，运一节课时课堂上学生自主构建、动、声波的知识体的的问用多媒体模拟声波形成的的5分钟存储“声源、声波、人耳特点、人耳点模拟题模同时鼓膜振动、人听到声音接收声波时鼓膜的振接收声波实验块的情景。学生沉浸在清脆悦动”的动作表象理解“声时鼓膜的耳的铃铛声中欣赏着大屏源、声波“的物理意义课振动、回声幕上摇动的铃铛、像水波一后学生运用多媒体自己样扩散的声波、振动的鼓膜感悟“回声”的意义（2）化有为无正确使用测量工具，迅速读取合理的实验结果是实验教学有效性的重要保障。怎样在有限的课堂教学时段内，既充分展示测量工具的结构、原理、使用方法，又给学生以充足的时间进行实际操作？多媒体的使用可以取得事半功倍的教学效果。【案例2】运用多媒体提升实验操作测试复习的有效性内容容量方式过程多媒体使用原因、时间学生收获设计思想基本物理测7个基多媒复习课的实验、提炼模多媒体示范正确的动4节学生有充足的量工具的原本仪器体做块在模拟实验和真实实作模式，强化测量工具课时时间和空间，理、使用；20个考模拟验过程中，让学生自行的使用技能；教师运用严格按照考试中考实验操试项目实验思考、选择自己薄弱的数码相机拍摄记录典要求实际操作考试项目实验和某个试验环节，型问题，仔细分析学生作，节约操作尽量暴露各种认知、操的问题及其原因，突破时间，提高效作的问题难点率和成绩（3）化静为动面对许多概念，学生只知其然，不知其所以然。如学生只会背诵“力臂”的文字内容，遇到实际问题却束手无策。运用多媒体活化教材，对实验事实进行更深入的分析；结合科学方法解释实验现象之间的新的因果关系，提取概念内涵。【案例3】利用数学知识背景：“点到直线的距离”建构“力臂”概念内容容量方式过程多媒体使用原因、设计思想时间学生收获力臂一个多媒新课的实验、提炼模块运用辩证法中内外因有机联系的一节理解支点到知识体做运用多媒体凸现有杠思想，启发学生：如何将杠杆的课时力的作用线点模拟杆、力、力臂组成的不外因——力和内因——支点联系的10的距离反映实验同的直角三角形起来？分钟力对杠杆转运用多媒体展示最大把学生自己的推断变成可以触动的影响迅力臂→支点到力的作摸、观看、记忆的生动的场景速判断杠杆用点的距离及最小力学生离开具体的实物后仍然可以类型再现实验，节约时间和空间（4）化动为静许多实验只是让学生短时间内亦步亦趋的机械操作，效果较差。笔者的办法是把这些实验转化成多媒体学件，让学生在电脑上反复演练，建构新知。第3页共7页【案例4】探究“阿基米德定律”内容容量方式过程多媒体使用原时间学生因、设计思想收获阿基一个多媒新课的实验、提炼模块浮力与物体排开一节强化了米德基本体做借助二力平衡的知识，学生自己找出重力、拉的液体的体积关课时自主构原理原理模拟力、浮力的平衡方程。系、与排开的液体的20建阿基实验用知识的同化点V排把新知识F浮主动置入到认的重力的关系，是分钟米德原知结构（力）中去，与原有概念（重力）建立学生力学认知结理的探联系构的缺陷，把探究究过程F浮=G排过程和方教师展示习题，学生运用教师自己制作的多媒多媒体学件，让学法，得体课件，多次演练上述实验过程引导学生进一生带回家，自己在出习题步理解：V排决定弹簧测力计的读数。自己做受电脑上反复演练，答案力图，列出力的平衡方程，寻找答案。拓展教学时空（5）化繁为简用数码相机拍摄到学生探究平面镜成像时，把两支蜡烛都点燃，其原因是：学生没有真正理解实验目的——寻找虚像、探究物像关系，就盲目地机械操作，导致了实验教学无效。【案例5】探究凸透镜成像的规律内容容量方式过程多媒体使用原时间学生收获因、设计思想凸透一个规多媒体让学生自己运用多媒体学学生在真实的一节运用三条特殊光线绘制镜成律、一个模拟实件反复作出四个像，从物实验中找不到课时不同的像；对程度比较好像的基本作验、完成距变，导致像距、像的特等大的像不容的20的学生点拨：如果物、像规律图方法光路图征变的因果关系中归纳出易自主归纳出分钟的“角色”互换，光路图如凸透镜成像的规律。成像规律何？进一步理解“光路可在电脑上运用三条特殊光逆”的物理意义。节约课线绘制不同的像堂实验时间（6）化简为繁运用多媒体弥补教材的缺陷，在立足文本的基础上超越文本，更丰富、更立体化地独特地把握文本。【案例6】凸现宏观和微观的联系内容容方过程多媒体使用原时学生收获量式因、设计思想间微观粒子动4多运用无限分解法（课本“摔碎玻学生大脑中没有一挖掘出实验（天平态场景和物个媒璃杯”实验背后蕴涵的物理思微观粒子运动的节测量质量、量筒测体状态、物知体想），启发学生领悟：物体有更场景，教材上也只课量体积）测量物体态变化的因识模小的微粒构成，并且知道大小有3个简单的图时密度的物理意义：果关系。质点拟微粒的作用和尺寸运用多媒体片。学生在学习和的密度间接反映微观量、体积、实播放微观粒子运动的场景，弥解决质量、体积、20粒子的种类和排列密度验补教材缺陷——微观粒子动态密度问题时，没有分状况感悟运用宏观场景和物体状态、物态变化的明确的研究对象钟量表达微观量的物因果关系理思想《学记》曰：“道而弗牵则和”，“六化”的最终目的是让实验探究成为学生的一种精神需求而不是一种外界压力，改变学生的学习状态和内心体验，使学生从“受逼”的学习状态中解放出来。变“要我学”为“想探究”。第4页共7页3．存于心——运用是提升实验教学有效性的保障教学有法而无定法。在教学中达到“六化之妙，存乎于心”的境界是提升实验教学有效性的保障。（1）解放学生，激活主体初中学生对文字、数字的抽象思维能力还很薄弱。笔者始终坚持与学生对话，用学生的视角审视教材，运用多媒体提升他对书面语言（文字、数字）的理解与使用，使文本对学生产生实际意义。如学习“摩擦力”时，先运用多媒体的视听场景激活学生对“弹力”、“相对运动”的思考，使学生具有意义学习的心向，再提取记忆中已有知识经验进行重组、转换，对新信息进行重新建构，提炼出产生“摩擦力”的四个条件。（2）把握节奏，控制时间给学生主动求知、自我发展的自由，就必须合理分配课堂教学时间。如让学生有足够的时间自主运用多媒体探究“凸透镜成像规律”。而动画“声音的形成、传播、鼓膜的振动”则只能在短时间内播放完毕，让学生得到强烈的视觉、听觉刺激后，有回味、思考的时间。（3）随时反思，笔耕不辍深入思考教学细节是否从六个方面运用多媒体提升了实验教学有效性？如为了探究“弹性形变是产生弹力的原因”，请学生自己动手研究弹簧，数码相机记录下学生成功的瞬间，帮助学生获得自主的尊严，学生非常欢迎。坚持把自己的得失梳理成文，不仅关注专家和同行的剖析，还在各级刊物上发表、参与交流学术。不断地取长补短，促使自己掌握更加丰富的多媒体知识。四、研究成果1．教学观的转变笔者坚守一个真谛：教育是唤醒每个学生自我改变、主动发展的意识，解放其内在的求知渴望、学习力量的有效途径。运用多媒体提升实验教学有效性可以用极大的耐心和智慧培养学生的自我反省、自我构建的能力，带给学生巨大的独立思考、探索知识、克服困难的内在的思维快乐。2．教学方法的转变理解和运用知识是实验教学必须完成的任务。没有运用的教学，就是失败的教学。笔者的做法是：3．教师的成长教师教的活动与学生学的活动从来都是共处于矛盾的运动中。一方面，教师通过教学设计组织对学生启发、引导、释疑，以自身的教学品质、人格力量影响和教育学生，使学生得到良好的发展；另一方面，学生在积累和提高的基础上，不断产生新问题、新要求，促进教师继续学习，以不断更新的知识满足学生的不断发展。教师以教的力量作用于学生学的力量，以教的引动，激发学生学的动力；以学生的学的动力触发教的不断更新，以学的信息反作用于教师教的设计。运用多媒体提升实验教学的有效性的实践是教师个体快速成长的最好途径。第5页共7页4．学生的成长附表：2007—2009年全体学生与实验班学生中考理科综合、实验操作成绩一览年级参考人数理科综合优生实验操作优生综合总分优生人数百分比人数百分比人数百分比2007总人数39711528.9713534.0012431.23实验班*51*17*33.33*33*64.71*19*37.252008总人数3999824.5614837.0914837.09实验班*43*14*32.56*29*67.44*17*39.532009总人数2724416.1718367.289434.56实验班*66*19*28.79*46*69.69*29*43.94说明：数字前面带“*”者为实验班①单科优生：单科得分≥单科总分值的80%；综合总分等级≥A5为优生。②比较表中数据可以看出：在长时间运用多媒体提升实验教学有效性的教学实践的熏陶下，实验班相比对照班“探究意识好、探究能力强”。③实验班实验操作考试优生率、理科综合考试的优生率随着课题研究的深入有逐年提高的趋势。教育不是要去塑造学生，它只是提供外因。运用多媒体营造实验探究的氛围，明确研究对象，引导学生发现新问题、新现象，依据科学方法寻找新现象之间的本质联系，自主建构物理概念、规律，并且能够灵活运用，就提升了实验教学的有效性。短短的几分钟，“看似寻常最崎岖，成如容易却艰辛”。参考文献吴国平.从课程人的社会责任谈起[J]《上海教育科研》2008.0232~33上海:《上海教育科研》杂志社B.A.苏霍姆林斯基.第一次学新教材［C］//杜殿坤《.给教师的建议》.30~32修订版.北京：教育科学出版社.1984.06第二版.赵才欣.论教材的有效研究与有效使用[J]《上海教育科研》2008.01.10~13