1、信息技术与初中物理实验教学的整合信息技术与初中物理实验教学的整合摘要就物理学科本身而言，几乎所有的改革理念都紧紧地联系着物理实验.把信息技术加入物理实验教学中，通过改革物理演示型和分组型实验教学模式，发挥其突破时空限制的优势，创设物理情境、实现生活与物理对接、虚拟与真实实验探究优势互补和优化实验教学，培养学生自主学习能力，培养科学探究的兴趣和能力。 现实物理实验教学中，“应试”的痕迹仍较深，“重讲授轻引导”、“重知识轻应用”、“重结果轻过程”的现象较为普遍。但是随着国际信息化教育形势逼人，国内学科整合研究参差不齐，区域发展不平衡，教师的课堂教育教学理念落后于教育装备条件的改善等，存在着炒得过热
2、，用得太少。通过本项目的开展，根据初中物理学科课程的特点，将演示型实验教学和分组型实验教学模式与信息技术相结合，使之形象化、具体化、可操作化、模块化 本项目报告分五个部分。第一部分简要介绍项目提出和研究目标。第二部分是实验研究的国际国内背景、实验理念和思想理论基础。第三部分是报告的主体部分，具体介绍本项目研究工作（“模块化”的实验教学设计，两种整合教学模式探究过程及网站建设的一些具体做法）。第四部分是介绍这项实验研究的成果、成绩。第五部分是今后努力的方向、实验过程中须注意的几个问题。关键词现代信息技术 实验教学整合模式 一、项目的提出和研究目标1.1项目的缘起随着教育装备条件的改善，现代化的信
3、息技术已经进入课堂，它在极大地改变着人们的思维习惯和学习方式的同时，也促进着课堂教育越来越走向网络化、虚拟化、国际化和个性化。整合教学成为新时期全面推进素质教育、深化教育教学改革的重要途径。但是，通过对各地教育部门的整合研究开展的调查研究后，发现绝大多数物理类整合研究都是围绕着信息技术与物理教学中的教学目标、教学内容、教学方法、教学评价、改进教法、学法等方面进行整合，但是对物理实验课的教学观念、内容、方法、和模式的整合研究涉及较少，目前还没有类似的成熟的研究结果出现，造成目前物理实验课堂效率较低，课堂容量较小，课堂目标达成度较低，物理实验教学中“应试”的痕迹仍较深，“重讲授轻引导”“重知识轻应
4、用”“重结果轻过程”的现象较为普遍等现象。本项目研究的确立是为了适应信息技术与物理教学课程改革形势发展的需要。根据新课标的精神和我校实际，结合我市“十一五”教育技术项目研究工作的方向，构建了“信息技术与初中物理实验教学的整合网站”。1.2项目研究目标1、通过信息技术与课堂演示实验和分组实验的有效整合，改革实验教学，探究“模块化”的教学设计，构建“信息技术与演示型物理实验和分组型物理实验相结合的整合模式”。2、通过本项目的研究与实践，开发、建设一个高效、实用的初中物理实验教学资源网站。二、实验研究的国际国内背景、实验理念和思想理论基础2.1物理实验教学现状综述物理学是以实验为基础的科学，物理教学
5、中怎样体现这一学科特性是课程标准理念下中学物理改革的重要内容。信息技术正在改变人们的工作方式、思维方式和教育方式，如何发挥信息技术在物理课程改革中的作用，也是当前课程改革研究的一个重要问题。长期以来人们往往把物理实验分成两种基本形式，一种是演示型实验，一种是学生分组实验.前者定位于培养观察能力，后者着眼于培养操作技能和验证物理原理.这种基本思想和教学目标决定了实验的性质和基本教学方式.在演示实验中，教师做、学生看，教师讲、学生听，体现了以教师为中心的传统物理教学模式。学生分组实验虽然是学生动手，但实验目的、仪器准备、操作步骤、实验报告全部由教师预先设计好，学生仅仅是熟悉仪器，进行连接，然后按步
6、骤进行操作、观察，记录和分析实验数据，得到结果。在这种实验中，学生是完全按教师设计好的方案进行，与工人在车间中“照图施工”非常相似，缺乏学生自主的独立思考和创造性活动。因此，学生做完实验印象不深，兴趣也不太大，久而久之对实验也就不太重视。随着教育装备条件的改善，现代化的信息技术已经进入课堂，但是由于教师的课堂教育教学理念落后于教育装备条件的更新，不同年龄的教师信息技能的使用情况良莠不齐，一定程度上制约了信息技术对实验课的促进，造成了实验课效率较低，很难扩大课堂教学容量等现象。虽然经过多年的教改实践，我市初中物理实验教学取得了一些成果和进步。但是面临社会上升学压力、就业压力，物理实验教学中“应试
7、”的痕迹仍较深，“重讲授轻引导”、“重知识轻应用”、“重结果轻过程”的现象较为普遍。实验教学中教师常常习惯于“灌输”“传授”，对学生总是“不放心”习惯于“抱着走”；学生常常习惯于被动接受，死记硬背实验步骤和结论，在实验中缺乏积极性、主动性、创造性，对教师有所“依赖”，习惯于“跟着转”，传统教学理念占统治地位，教师不愿改变也不会改变实验教学方式，学生不知道怎样改变实验学习方式。显然，这种状况，与新课程、新教材关注“发展”、关注“过程”的变革，相距甚远。2.2新物理课程标准的要求2.2.1新的物理课程标准中的变化随着新世纪的到来，面对挑战，新的物理课程标准和与它配套的新教材，有了根本的变革：(1)
8、课程和教学的出发点不局限于学科范围，而是立足于“以人(学生)为本”以学生的“终身发展为本”，以使学生“会学习”“会探索”“能创新”“能实践”，提高科学素质为目的。物理课程标准不仅有知识、技能的基本要求，而且对“过程与方法”情感与价值观”也提出了相应要求。(2)物理课程“内容”标准不仅注意物理知识、技能，而且把科学探究渗透在教材和教学过程中，要求学生在学习物理知识、技能的同时，还应经历一些科学探究过程，学习科学方法，了解科学、技术、社会。这就意味着除了物理教材外，社会、生活、技术、信息、网络都可以成为学习的资源。(3)教学“时空”的延伸和教学方法、学习方式的多样性。既教学的“时空”不限于课内，还
9、可以向课前、课后、课外延伸；学习方式不只限于课堂上师生间的单向传输，还可拓展到学生间的互动和多渠道的多向传输。2.2.2信息技术与物理实验教学结合的优势就物理学科本身而言，几乎所有的改革理念都紧紧地联系着物理实验.怎样改革物理实验教学，培养学生自主学习能力，培养科学探究的兴趣和能力成为这一次课程改革的重点，物理新课程标准以“全面地培养科学素质”为目标，提出了“知识与技能，过程与方法，情感态度价值观”三维教学目标.只有通过信息技术的整合应用，大力推进信息技术在实验教学过程中的普遍应用，促进信息技术与物理学科课程的整合，才能逐步实现物理实验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
10、动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，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。把信息技术加入物理实验教学中，能发挥其突破时空限制的优势，创设物理情境、实现生活与物理对接、虚拟与真实实验探究优势互补和优化实验教学。在初中物理实验教学中不仅要使学生掌握基本知识和技能，而且要使学生懂得这些知识的实用价值，培养学生的科学意识、技术意识、社会意识，使学生形成关于科学技术与人类经济、社会发展相统一的价值观。而传统教学无法全面实现上述目标，只有多媒体技术和网络技术为“物理信息时空一体化”提供了展现舞台，让学生在信息化的环境中探究，主动进行信息收集、筛选，进行知识意义建构，在探究活动中长知识
11、，开发创造力和潜力，在民主、平等的学习环境中陶冶情感、态度和价值观，张扬主体鲜明的个性。新课程标准的实施，使得现在初中的物理实验教学的方向并不是向难度深入，而是要培养学生们的真正的思维能力、创新能力、动手能力及应变能力。项目的目标是提供一定的信息资源，倡导学生自主学习，进行科学探索。通过网络模拟实验与实物实验相结合，综合培养学生的实验能力。发挥信息技术教学和传统试验教学的各自优势，培养学生积极主动地获取物理知识的能力。2.3现阶段国内外同类研究现状2.3.1国际信息化教育形势逼人。当今世界，信息化浪潮势不可挡，一些发达国家从九十年代开始，就已利用英特网进行教育活动，全世界现已有30多个国家参与
12、美国提出的“用技术来支持教育改革”的国际合作研究。其中：2.3.2教师的课堂教育教学理念落后于教育装备条件的改善虽然“整合教学成为新时期全面推进素质教育、深化教育教学改革的重要途径”这一新的课堂教育教学理念已得到广大教师的认可，但就中学物理实验教学现状来看，虽然随着各级政府对教育投入的不断加大，办学条件明显改观，开展物理实验教学所需要的教育装备条件得以改善，但是物理实验课堂教学中以“书本为主、实验为辅”的教学模式没有得到根本改观，教师主宰实验课课堂，学生被动接受的局面还没有改变，学生的主体性、主动性、创造性没有得到充分发挥，这已成为物理课程改革的“瓶颈”。究其原因虽然是有多个方面，其中一个重要
13、的因素，就是当前各个年龄层次中教师信息意识的现状及信息技能的基本情况良莠不齐，青年教师整合意识强，中老年教师整合意识差，大部分教师在实际的教学工作中，缺乏促进学生学习方式改变的教学策略，意识不到整合教学的时代性、优越性。另外一个方面是教师怎样认识与对待教师角色的转换的问题，教师作为知识的传播者的角色有可能被信息技术所部分或者完全的替代，也与信息技术的应用与普及有着非常高的相关性。（新加上的）已经开展的物理整合类研究也主要是将信息技术与学科整合作为一门课程的模式来开发，如上海的七宝中学，江苏的太仓中学、浙江的杭州中学等，它们未能将信息技术与学科特征紧密结合，同时并未强调如何借助网络环境，未能进一
14、步对学科内的研究性学习推广和实施发挥其应有的作用。因此，要着力改变简单的死记硬背、机械训练的学习方式，提倡学生的自主学习、乐于探究，通过实验课的途径这一有效的获取物理知识从而获取新知识的能力和分析、解决问题的能力，就必须让学生在课程与信息技术结合在一起的过程中形成，因此，如何建构有效的实验课整合教学模式和整合策略，在课堂进行有效引导、指导，组织、监控学生开展学习活动，引领学生进行探究性学习，是开展物理实验课教学不可回避的问题。2.4项目研究的思想理论基础2.4.1皮亚杰的建构主义学说瑞士著名儿童心理学家皮亚杰的建构主义学说认为：“知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下
15、，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式获得”。由于学习是在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人的帮助即通过人际间的协作活动而实现的意义建构过程。学习的质量是学习者意义建构能力的函数，而不是学习者重现教师思维过程的函数。换句话说，获得知识的多少取决于学习者根据自身经验去建构有关知识的意义能力，而不取决于学习者记忆和背诵教师讲授的能力。而快速、便捷的多媒体网络创设的学习环境，正是实现建构主义学习理论最理想的认知条件。2.4.2“ProblemBased Learning”即PBL学说（“问题式学习”）作为一种广义的方法，PBL最早起源于20世纪50年代的
16、医学教育中，此后，它先后在多学科领域中替代了传统的教学方法，包括商学院、教育学院、以及建筑、法律、工程、社会工作学院以及一些中学等。作为一种问题取向的教学思路，PBL与以往的教育理论具有密切的传承关系，包括杜威的“做中学”以及后来的发现学习等，同时，它也与当前的建构主义学习理论有着密切的联系，它在很大程度上体现了建构主义的思想，比如将学习与更大的任务或问题挂钩；使学习者投入于问题中；设计真实性任务；鼓励自主探究；激发和支持学习者的高水平思维；鼓励争论；鼓励对学习内容和过程的反思等。与“做中学”及发现学习相比，PBL有一些新的特点，比如，它强调以问题解决为中心、多种学习途径相整合，而不只是纯粹的
17、探索和发现，同时它强调学习者之间的交流合作，强调外部支持与引导在探索学习中的作用等。其在本项目研究中发挥以下两个作用：（1）学习是一种协商活动的过程。学习过程并非是一种机械的接受过程。在知识的传递过程中，学习者是一个极活跃的因素。知识的传递者不仅肩负着“传”的使命，还肩负着调动学习者积极性的使命。对于学习者的许多开放着的知识结构链，都是要能让其中最适合追加新的知识单元的链活动起来，这样才能确保新的知识单元被建构到原有的知识结构中，形成一个新的开放的结构。学习的发展是依靠人的原有的认知结构。由于每一个学习者都有自己的认知结构，对现实世界暑阴自己的经验解释，因而不同的学习者对知识的理解会不完全一样
18、，从而导致了有的学习者在学习中所获得的信息与真实世界不相吻合。此时，只有通过社会“协商”和时间的磨合才可能达成共识。既然学习者对于外部世界的理解可以是各异的，教学评价应该侧重于学生的认知过程，而不是学习结果。（2）学习是一种真实情境的体验。学习发生的最佳情境（context）不应是简单抽象的，相反，只有在真实世界的情境中才能使学习变得更为有效。学习的目的不仅仅是要让学生懂得某些知识，而且还要让学生能真正运用所学知识去解决现实世界中的问题。在一些真实的情境中，学习者如何运用自身的知识结构解决实际问题，是衡量学习是否成功的关键。如果学生在学校教学中对知识记得很“熟”，却不能用它来解决现实生活中的某
19、些具体问题，这种学习只做到了单向的内化建构，而忽视了逆向的外化于物，这显然是一种无效的学习。2.4.3(美)Patricia Wallace的互联网心理学说研究青少年心理的埃里克森认为，人在青年时期所要克服的危机就是自我同一性的混乱：搞不清自己是谁，自己想成为什么样的人。互联网心理学的作者说，在快速发展的社会中，对自我同一性的探索不会仅限于青年时期，用化名、昵称上网，就是人们对自我同一性进行的试验。你可以给自己“配制”新的同一性，然后在网上“试穿”。这样的试验可以带来积极的结果，比如会使你在现实生活中变得更加开朗或者自信。当然，作者也说：“当现实和角色游戏结构之间没有清晰的界限时，这个实验室就
20、成为我们以及其他网民的危险地带。”我们通过研究心理学家对网络所做的研究，体会信息技术课堂对学生河老师的团体动力、人际吸引、攻击行为、利他主义、性别问题等多方面的影响，使其在本项目研究中发挥以下两个作用：（1）研究学生在利用信息技术获取知识的同时学生的心理发展变化；（2）信息技术对构建物理知识中所起的激励作用。2.4.4我国五十年教育教学凝结的思想三十多年前，叶圣陶先生就提出教是为了不教。几十年来，教育界的有识之士在经历了艰苦的探索与思考后形成共识：文章、知识是教不完的，教科书的作用只是提供一种范例，学生学习的外延应与生活相等，教师教的关键是如何引导。实现多媒体网络下物理实验课的教学，创设有利于
21、宽松的、实践型的、整合式的学习活动氛围，体现与时代合拍的、创新、实用、高效的物理实验课堂教育教学模式，使学生自主的个性化的学习能力得到充分的施展。综上所述，面对挑战，如何利用信息技术和网上资源，建构信息化的学环境，实现信息技术与物理实验课程的整合，开展在信息化环境下的学生学习物理的研究有着十分重要的现实意义。三、项目研究报告的主体下面具体介绍我校项目研究工作、教学课件开发、教学活动、模式探究过程和具体做法。3.1项目的任务和主要概念一、项目的任务通过本项目的开展，根据学科课程的特点，将演示型实验教学和分组型实验教学模式与信息技术相结合，使之形象化、具体化、可操作化；研究信息技术环境下物理实验教
22、学中多媒体教学软件（课件、积件、专题学习网站）在实验课堂的具体应用，探索并建构以学生为中心，基于多媒体资源利用的互动式研究性教学模式（包括基于问题情境的创设学习和基于任务的问题解决学习等）；通过本项目的研究与实践，开发、建设一个高效、实用的初中物理实验教学资源网站；培养学生自主学习能力，培养科学探究的兴趣和能力，扩展物理实验的教育功能，打破传统实验教学的固有模式，扩展教学实验的内容，提高实验教学效果。二、项目的主要概念介绍重点介绍教学设计、模块化、模块化“的教学设计、物理实验教学中模块化“的教学设计的相关概念教学模式的概念、（1）什么是教学设计(Instructional Design，简称I
23、D)，教学设计(Instructional Design，简称ID)是指对教学系统进行设计，其基本内容是研究如何帮助教师把课备好、教好。以“教”为中心的是它的最大特点。其优点是有利于教师主导作用的发挥，有利于按教学目标的要求来组织教学，因而这种理论在各级各类学校的教学领域中有很大的影响；不足之处是，按这种理论设计的教学系统中学生的主动性、积极性往往受到一定的限制，难以充分体现学生的认知主体作用。（2）模块化模块化是指解决一个复杂问题时自顶向下逐层把软件系统划分成若干模块的过程。每个模块完成一个特定的子功能，所有的模块按某种方法组装起来，成为一个整体，完成整个系统所要求的功能。模块具有以下几种基
24、本属性：接口、功能、逻辑、状态，功能、状态与接口反映模块的外部特性，逻辑反映它的内部特性。模块是可组合、分解和更换的单元。（3）模块化的教学设计模块化的教学设计是指把一个复杂的教学系统划分成几个模块进行设计，教学资料、教学设备和教学方式各模块看似独立，其实又交融其中，模块式只是模块化教学设计的形式，一体化（整体化）才是模块化教学设计的实质与精华。（4）物理实验教学中的模块化的教学设计根据物理实验学科课程的特点和建构主义基本理论，,以物理实验课堂教学设计流程为基础,采用模块化设计的开发方法, 对实验课教学系统划分成几个模块进行设计。（5）教学模式教学模式是指在一定的教育思想、教学理论和学习理论指
25、导下的、在某种环境中展开的教学活动进程的稳定结构形式。目前西方流行的基于建构主义的学生为中心的模式可以概括为：“以学生为中心，在整个教学过程中由教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，利用情境、协作、会话等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效地实现对当前所学知识的意义建构的目的”。在这种模式中，教师、学生、教材和媒体为四要素。（6）整合（cultureshorthand）“整合”（cultureshorthand），是一种语言文化现象，是对一个相对大的领域浓缩了的简单称谓。要想实现信息技术与课程整合必须要同时实现两个目标：信息技术的教育目标和学科教学的教育
26、目标。一般是学科教师通过选择自己熟悉的、适合本学科特点的、相应的技术手段来实现学科教学目标。3.2研究方法：1、行动研究法：将主要运用行动研究法研究“信息技术与演示型物理实验和分组型物理实验相结合的教学模式”的实施策略。在实际的课堂教学和管理工作中寻找开展整合活动的策略、方法、途径与措施，在具体的研究工作情境中认真进行，行动者参与研究，研究者参与实践，并根据研究中遇到的具体情况，边实践，边探索，边完善，使理论与实践，成果与应用有机的统一起来。2、比较法：结合物理学科整合学习活动需要，在不同条件下，确定比较对象，比较范围，采取比较的方法研究不同年段学生与物理实验学习相适应的学法指导内容。3、调查
27、法：通过调查访问方式了解与本项目有关的信息与内容。4、经验筛选法：在研究分析、收集前人或相关研究结论的基础上，进行理论分析，比较筛选出与本项目有关的知识与结论。5、实验方法选取要注意与实验过程管理相结合，以描述性评价为主，绝对评价为辅，来对实验结果进行评价。3、3项目研究过程在市区电教馆、教研室、学校、项目组老师的共同努力下，我们分三个阶段对项目进行了全方位的研究，下面简单介绍一下开展研究的过程。3.3.1起步阶段研究过程（2006.05-2007.06）2006年5月30日，启动撰写立项申请和实施方案，通过项目立项，成立项目组，召开开题报告会.确定项目研究的主要内容。2006年9月项目研究人
28、员交流理论学习心得体会，完成开题报告，确定研究项目为：信息技术与初中物理实验教学的整合网站，并确定项目实施方案，还就创建物理教学资源网有关事宜进行讨论，确定资源网总体框架以及具体人员分工，同时组织相关研究人员制作多媒体课件和网络平台并应用于课堂实践。研究实验教学中存在的问题，学习已有的信息技术与物理实验教学整合的经验，调查本校教学实际，确定整合方向。一、认真体会课改精神和学习整合要求，统一思想（1）学习物理新课程标准中增加了的实验教学中本来就存在的不确定性，其表现有：实验教学目标与结果的不确定性：允许学生在知识、能力、态度、情感、价值观方面有多元表现；实验教学对象的不确定性：不使用统一的规格和
29、评价标准，针对学生的不同特点进行个别化教学，不同年级的学生也可以在一起上课；实验教学内容的不确定性：课程的综合性加大，教材、教参为教师留有极大的余地；实验教学方法与教学过程的不确定性：教师有较大的自主性，将更为灵活地选择与使用教学方法，教学过程中教师可支配的因素增多；实验教学评价的不确定性：考试得分点大大减少和淡化，不再起支配作用，教师要花很多时间查找资料、补充整理实验教材的内容。（2）分析现行教材（以沪科版初中物理教科书为例）中实验教学的地位。现行两册初中物理课本里虽编有345道练习题，但观察现象、实验设计和动手制作的实验题仅占总题量的9；绘图或附有插图的练习题才占总题量的28.5；计算题却
30、多达总题量的35。这无疑不利于培养学生实验操作技能，缺乏对科学研究过程与方法的培养。（3）领会教师在整合课堂上所扮演的角色教学的多样性、变动性要求教师是一个决策者，而不再只是一个执行者。在这种整合课程环境下，教师具有更多的创造新形式、新内容的空间。教师需要创造出特有的班级气氛和学习环境，设计教学活动，通过整合教学表达自己的教育理念。我们通过研究认为，传统教师是一个知识传授者的角色。但在新的教育理念下，这一角色正在发生转变：(1)由重传授向重发展转变；(2)由统一规格教育向差异性教育转变；(3)由重教师“教”向重学生“学”转变；(4)由重结果向重过程转变；(5)由单向信息交流向综合信息交流转变；
31、(6)由居高临下向平等融洽转变；(7)由教学模式化向教学个性化转变;（8）给学生以心理上的支持，创造良好的学习气氛；(9)注重培养学生的自律能力。二、积极申请试验研究工作开展所需基本硬软件设施，规范项目研究管理。(1)硬软件设施环境建设，是开展信息技术环境下教学模式、教学设计研究与实践的必备条件。我校作为一所经济发展相对滞后地区的乡镇中学，努力争取，在政府、教育行政部门、家长和社会各界的支持下，通过多方筹措，按照整体规划，超前设计的学校学科建设发展思路，购置了简易摄录编辑系统设备，为每一位参与项目研究的教师配置了一台联想多媒体办公用计算机，依托校园网建成了网络控制系统，配备了课件制作平台，配置
32、了二十四个多媒体网络教室，实现了“班班通”，配备了高标准实验室，更新物理实验教学仪器，物理实验室仪器设备总值达到42091.2元，利用卫星地面接收站，实现了与农村中小学远程教育的接入，校园网开通并且实现了与东营教育城域网和因特网的连接。学校已经为“整合”的研究与实践构建起了良好的硬件基础环境。软件环境：我校已连续两年投入24000元购买、更新了现有k12学科资源库、东师理想教育平台等教学资源软件，基本满足了优化课程学习需求的课本资源和研究工作的开展，为老师的教和学生的学提供了更多的个性化学习活动的机会。(2)建立管理运行机制，抓好教师运用信息技术的培训工作。联系学校整体工作，制订并形成了一整套项目管理工作的运行机制。确定把培养一支能适应现代教育技术条件下工作的高素质教师队伍，特别是骨干教师的培训摆在首位，放在硬件设备更新之前完成。成立以校长为组长的实验教学工作领导小组，分管副校长直接抓培训，具体负责物理实验整合项目领导小组，把“建制、建网、建模、建库、科研和推广”通盘考虑，各处室分工协作，发动和指导项目组教师扎扎实实地开展工作。搞好计算机知识培训工作，立足岗位培训，不断更新培训内容，采
