（课程与教学论专业论文）基于动机理论指导下的物理实验电子资源探究.pdf

摘要 物理是- f - j 注重实验的课程。实验教学在物理教学中占有极其重要的地位，它 不仅能使学生从感性上认识物理知识，还能从理性上客观分析物理规律。而在网络 时代的今天，如何把物理实验教学课堂与网络结合起来，如何利用先进的信息技术， 把各种资源整合，使这些资源更方便的利用于课堂，使物理的教学与时代的发展同 步，是摆在当前教育界的一些课题。 笔者以激发学生学习物理动机为出发点。在深入研究动机理论，物理学习心理 学，教育技术学等理论的前提下，在导师的指导和同学的协作下，共同研制出一套 物理实验方面的应用电子资源及展示平台，用来多媒体网络教学。 在本文第一章中，指出了当前国内外电子资源的开发现状，并介绍了相关理论。 在所述背景下，指出当今缺少符合学生需要的电子资源。在第二章，本文以两个具 体实例为例，详细阐述了该电子资源制作的过程，也详细展示了电子资源展示平台 的各项功能。并指出设置这些功能的目的和意义。在第三章，我们结合当前的动机 理论，对传统物理实验教学与利用d i a s l a b 实验系统所制作资源教学进行了分析比 较，得出后者能更大程度的激发学生动机。文章最后，我们讨论了电子资源有待发 展的部分，并为今后的电子资源发展提供了建议。 关键字：学习动机；实验；电子资源：平台 a b s t r a c t p h y s i c si sa c o u l g ew h i c hp a y sm u c ha t t e n t i o nt oe x p e r i m e n t e x p e r i m e n tt e a c h i n g o c c u p ya l li m p o r t a n tp o s i t i o ni nt h ep h y s i c st e a c h i n g ，i tc a nn o to i 埘l e tt h es t u d e n t s k o w np h y s i c a lp e r c e p t u a lk n o w l e d g e ，b u tc a na l s om a k eo b j e c t i v ea n a l y s i so ft h e p h y s i c a ll a wb yc o n c e p t u a l a n di nt h ec y b e ra g e ，h o w t oc o m b i n et h ep h y s i c a le x p e r i m e n t t e a c h i n gw i t ht h ei n t e r n e t ，h o wt ou s e t h ea d v a n c e di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yt oc o n f o r m i t y a l lk i n d so f r e s o u r c e ，t o 峨i ti nt h ep h y s i c a lc o u r s e , e x p e d i e n t l yt ol e tt h ep h y s i c st e a c h i n g k e e pu pw i t ht h et i m e s ，t h o s ea r es o m et a s ko f t o d a y sn e d u c a t i o n a lc i r c l e s i nt h i sa r t i c l e ，w et a k eo f ff r o mm o t i v a t i n gt h es t u d e n t st ol e a r np h y s i t s a n db y i n t e n s i v es t u d yo ft h et h e o r i e so fm o t i v a t i o n , t h ep h y s i c a ls t u d i n gp s y c h o l o g y ，t h e e d u c a t i o n a lt e c h n o l o g ya n ds oo n ，u n d e rt h eg u k u n go fm yt u t o ra n dt h ec o o p e r a t i o no f m yc l a s s m a t e r s ，w ed e v e l o p e das e r i e so fp h y s i c s a le x p e r m e n tt e a c h i n g sm u l t i m e d i a r e s o u r c ea n dap l a t f o r mf o rc o m m u n i c a t i o n , w h i c hi su s e di nt h em u l t i m e d i aa n di n t e m e t t e a c h i n gt o g e t h e r i nt h ef i r s tc h a p t e ro ft h ea r i t i c l e ，w ep o i n to u tt h ea c t u a l i t ya b o u td e v e l o p i n g m u l t i m e d i ar e s o u r c e ，a n dw ea l s oi n t r o d u c es o m et h e o r i e s a n dt h eb a c k g r o u n do ft h e a c t u a l i t y ，w ei n d i c a t et h a ti ti ss h o r to fm u l t i m e d i ar e s o u r c ew h i c hs a t i s f i e dt h es t u d e n t s n e e d i nt h es e c o n dc h a p t e r ，w em a k et w or e s o u r c ea se x a m p l e st os h o wt h ed e t a i l so f t h ep r o c e s so fd e v e l o p i n gt h em u l t i m e d i ar e s o u r c e ，a n dw ea l s os h o wt h ef u n c t i o no ft h e p l a t f o r m , w h i c hc o u l dd e m o n s t r a t et h em u l t i m e d i el e s o u r c 宅a n dw ep o 砬o u t t h ep u r p o s e a n ds i g n i f i c a n c eo ft h e s ef u n c t i o n s i nt h et h i r dc h a p t e r ，c o m b i n ew i t ht h et h e o r i e so f m o t i v a t i o n , w ea n a l y s ea n dc o m p a r et h et w ow a y so ft e a c h i n g ，w h i c ha i eb yu e s i n gt h e t r a d i t o n a le x p e r i m e n ta n dt h em u l t i m e d i ar e s o u r c eb yu s i n gd i s l a b ，a n dt h e nw em a k ea c o n c l u s i o nt h a tt h el a t e rc a na r o s et h em o t i v a t i o nb yt h ef a rd e g r e e a tl a s t , w ed i s c u s s s o m ep a r to ft h em u l t i m e d i al e s o u r c 冠w h i c hn e e d sm o r ed e v e l o p m e n t ，a n ds u p p l y e ds o m e s u g g e s t i o n s 。 k e y w o r d s ：m o t i v a t i o n ；e x p e r i m e n t ；m u l t i m e d i ar e s o u r c e ；p l a t f o r m 硕士学位论文 m a s t e r s t h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：i 【1 毒- l 彳曼 日期：加。7 年岁月n 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中师范大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通 过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：p 下帚滚 日期：明年r 月力硼言慧鬻k 日期： 口c 1 年箩月1 日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程 ，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可按“章程中的 规定享受相关权益。圃童途塞逞童厦溢卮；旦堂笙；旦= 笙；旦三生蕉查! 作者签名：侈r 秀l 液 日期：圳年g 月砂h嚣：善薯椭 嘲一， 椭 第一章前言 众所周知，物理课程是高中课程中相对难度较大的一门学科。物理难教难学【i j 。 认为物理难学的原因有多种，有些人认为：物理难学是因为物理内容太抽象。如有人 就说：“物理学中的模型、概念、规律是大量物理现象、物理过程的抽象和概括。 中学生或师范生由于受抽象思维能力的限制，往往只是按字面，似是而非地理解物 理【羽。如何教好、学好物理? 当前有许多理论在研究这个问题。而我们要从学 习动机方面入手，研究这个问题。在分析学生动机之前，我们首先了解一下动机心 理学方面的相关知识。 我们也知道，物理是- - f 以观察和实验为基础的学科。实验心理学家赤瑞特拉 做了一个关于知识保持及记忆持久性的实验。实验证明：人们在学习过程中获取知 识的信息8 3 来自视觉，1 1 来自听觉，3 5 来自嗅觉，1 5 来自触觉，l 来自味 觉【3 1 。这就是说，如果既能听到又能看到，再通过讨论并用自己的语言表达出来，知 识的保持将大大优于传统教学的效果。实验，正是让学生在学习过程中从多方面感观 中获取知识。因此，从心理学角度考虑，实验，是最能刺激学生感观，能加强学生长 期记忆的一项基本手段。在实验中学习物理规律，在实验中收获科学精神，在实验中 培养学生学习兴趣。实验教学，是物理教学中一个重要的，不可或缺的组成 在网络电子技术高度发达的现代社会，物理教学也应顺应时代潮流。如何把物 理教学，物理实验教学，融合科技的成分，把网络电子资源引入课堂教学，是当前 国际上的一大热点问题。如何在让电子资源更能满足学生需要，引发学生学习动 机? 这也是我们当前需要考虑的问题之一。 笔者从培养学生学习物理动机的角度出发，参考了一系列教学，心理学，教育 技术方面的知识，在导师的指导和同学的合作下，以实验系统为基础，初步探索出 一些适宜于激发学生学习动机的资源系统。在介绍这些工作成果之前，笔者有必要 首先阐述一下本文的理论依据。 1 1 学习动机理论 动机是指是指引发并维持活动的倾向h 1 。本节主要介绍动机理论，并综合分析 了当前学生学习物理的动机情况。 1 1 1 动机理论概述 一、动机与学习动机 人们总是在试图解释自己或他人行为的原因，心理学家们一般用动机( m o t i v e ) 这一术语对此进行描述。所谓动机，是指引发并维持活动的倾向。它涉及这样三个 方面的问题：1 引发行为的起因是什么? 2 使行为指向某一目的的原因是什么? 3 维 持这一行为的原因是什么? 在许多有着动机的文献中，心理学家们往往用动机作用 ( m o t i v a t i o n ) 这一术语来描述个体发放能量和冲动，指引行为朝向某一目的，并 将这一行为维持一段时间的种种内部状态和过程。 学习动机是影响学生学习的重要的非智力因素之一，在学生智力水平相当的情 况下，动机水平的高低决定着学习的成效晒1 。所以研究学习动机方面的问题，有助 于我们更好的提高学生的学习动机水平。所谓学习动机，是指直接推动学生进行学 习的一种内部动力，是激励和指引学生进行学习的一种需要h 1 。根据这种需要的动 力不同，人们把学习动机分为三类： 外部动机，学习被外力打动，受外部情境支配，如排名和分数，表扬与批评， 奖励与处罚，升级和上大学，父母、教师的压力，为竞争取胜等。 内部动机，学习受内在因素支配和推动，如兴趣，求知欲，好奇，醉心于某 种学习活动而形成爱好，或为了使自己变得聪明能干等。 任务动机，不受外力推动，也不受内心倾向( 兴趣、爱好) 的支配，不同 别人比输赢，不做自我表现，而是把学习看成是任务，完成任务就得到满足。任务 动机受认知水平决定而有高低层次之分，学生若认识到学习与祖国“四化”的关系， 就会把学习任务与祖国兴衰联系起来，决心为振兴中华而学习；若只认识到学生与 学习的关系，就会把学习看成仅仅是完成任务，为学习而学习阻1 。 这三类动机是因诱因不同，而形成的不同类型。下面，我们来看看形成动机的 需要，诱因之间的关系。 二、动机需要、诱因的关系 需要是个体组织系统中的一种缺乏、不平衡状态。动机是在需要的基础上产生 的。当某种需要没有得到满足时，它就会推动人们去寻找满足需要的对象，从而产 生活动的动机，在这种情况下，需要推动着人们去活动，并把活动引向某一目标， 这里，需要就成为人们活动的动机了。需要作为人的积极性的重要源泉，是激发人 们进行各种活动的内部驱力。 动机的产生除了有机体的某种需要外，诱因的存在也是一个重要的条件。所谓 诱因是指能够激发起有机体定向行为，并能够满足某种需要的外部条件或刺激物。 2 如食物的色泽、芳香是饥饿时觅食的诱因。 在动机中，需要与诱因是紧密联系着的。需要比较内在、隐蔽，是支配有机体 行动的内部原因；诱因是与需要相联系的外界刺激物，它吸引有机体的活动，并使 需要有可能得到满足。机体达到了某种目标，满足了相应的需要，就会降低相应的 动机，使机体处在相对不活跃的状态。因此，没有需要，就不会有行为的目标；相 反，没有行为的目标或诱因，也就不会有某种特定的需要。在实际生活中，人的行 为往往取决于需要与诱因的相互作用。 动机是由需要与诱因共同组成的。因此，动机的强度或需要既取决于需要的性 质，也取决于诱因力量的大小。实验表明，诱因引起的动机的力量依赖于个体达到 目标的距离。距离太大，动机对活动的激发作用就很小了。人有理想、有抱负，他 的动机不仅支配行为指向近期的目标，而且能指向远期的目标。因此，空间上邻近 的目标，不一定具有最大的激发作用。动机的社会意义与动机的力量也有直接的关 系。成就理论告诉我们，除了目标的价值迟延，个体对实现目标的概率的估计或期 待也有重要的意义。 三、学习动机对学习的影响 学习动机和学习的关系是辩证的，学习能产生动机，而动机又推动学习，二者 相互关联。正如奥苏贝尔所说的：“动机与学习之间的关系是相辅相成的关系，绝 非一种单向性的关系。 动机可以增强行为方式促进学习，而所学到的知识反过来 又可以增强学习的动机。教师强调动机在学习中的重要作用的同时，也应看到学生 在学习过程中，学习本身就是下一步学习的动机。奥苏贝尔和斯金纳都一致认为， 就学校而论，动机的问题不是“传递动机之事，而是安排好学习与动机的条件， 使之起强化作用的问题。良好的动机可以促进高效率的学习。 有关动机与高效率学习之间关系方面的研究很多，张学民、申继亮以初一到高 三的1 1 8 0 名学生为被试，考察了中学生的学习动机、成就归因、学习效能感与其 学业成就之间的关系，结果表明：学习动机、成就归因、学习效能感直接或间接 地影响着个体的学业成就口1 。王凯荣、辛涛和李琼以3 9 8 名中学生为研究，以自我效 能感和归因量表为工具，探讨不同成绩水平的学生自我效能感与归因的特点以及自我 效能感、归因与学习成绩之间的关系。为了考察归因和自我效能感与学习成绩的关系 模式，采用路径分析技术对研究数据做了进一步分析，结果如图1 - 1 - 1 所示障1 。 从图中可以看出，自我效能感和性别与学习成绩之间存在着显著的线性关系， 归因与自我效能感之间也存在着显著的线性关系，性别对学习成绩在直接影响，而 且女生比男生的成绩t 分数高，这可能是因为男生的学习个体差异比女生大造成 3 的。从整个路径图中可以发现，自我效能感直接对学习成绩产生影响，而归因是通 过自我效能感来影响学生学习成绩的。 一二 ! 0 0 8 6 图1 自我效能感、归因与学习成绩之间的路径分析 以上是从比较专业的角度考虑学习动机与学习之间的关系。另外，兴趣是动机 的重要影响因素之一。一般来说，动机并不是直接地卷入认知的作用过程之中，也 不是通过同化机制发生作用，而是通过加强努力，集中注意和对学习的立即准备去 影响认知的作用过程，犹如“催化剂产生间接地增强与促进的效果。学生有了强 烈的学习动机，就会对学习表现出积极主动的和一定程度的兴趣，产生良好的注意 状态和持久顽强的克服困难的意志。因此，我们的目标是，找到合适的方法或手段， 以刺激学生的学习动机，使其学习动机更加强烈。 总的来说，影响学习动机形成的因素有二类： ( 一) 、内部条件 1 学生的自身需要与目标结构2 成熟与年龄特点3 学生的性格特征和个别差 异4 学生的志向水平和价值观。学习动机与理想是紧密联系的，因此，学生整个人 生观、世界观、价值观所直接反映的理想情况、志向水平影响着学生动机的形成， 目标结构的形成5 学生的焦虑程度。焦虑指学生在担心不能成功地完成任务时产生 的不舒适、紧张、担忧的感觉。焦虑水平不仅影响着学习的动机，还会影响学生的 学业成绩。 4 ( 二) 、外部条件 1 家庭环境与社会舆论 2 教师的榜样作用 3 课堂资源的趣味性 对于物理学习来说，正确的学习动机，可以激发物理学习兴趣。不好的学习动 机，则会使学生厌倦学习物理。由以上分析可见，激发学生学习动机的方法，角度 有很多。我们从外部条件中的课堂资源的趣味性方面考虑，如何在此方面激发学生 动机。 当然，在此之前，我们有必要了解当前学生学习物理的一些动机情况。有不少 人对此做了研究。以下这些是当前的一些研究成果。 1 1 2 当前学生学习物理实验的动机分析 李远哲说过，科学家就是充满好奇心的长不大的儿童。这至少说明了两点，一 是说学生的天性是好奇，二是说好奇在科学发现中起着不可或缺的作用。学生对于 熟悉的事物，较容易萌生学习的欲望。而物理实验中的一些东西正是学生生活中的 模型和身边的事物。那么，他们在做物理实验的过程也就成为他们生活的组成部分， 这样的学习必定是积极的与主动的。才是符合学生的兴趣爱好的。所以，教师必须 关注每一位学生的兴趣与爱好，情绪生活和情感体验，这样才能有效的把握住学生 的好奇心，从而进行教学旧1 。 如何把握学生的好奇心? 这与学生的学习动机、学习偏好有关。有些人认为， 物理学习需要太多的分析推理能力，有些人认为学习内容太深奥，不易理解。笔者 认为，物理难教，难学，主要难在培养学生的学习动机和兴趣上。马克思说过：“在 科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人，才有希望达到光辉 的顶点。 因此，当前问题是如何培养学生的学习动机。心理学家列昂夫认为，“学 生学习的自觉性和动机是分不开的。 如果能培养起学习物理的兴趣，对学习物理 有足够多的动机，就可以学好物理。笔者通过调查分析，发现当前存在着许多种不 同的学习物理的动机种类。 ( 一) 学习物理动机现状 乔际平的书中有个中学生学习物理的动机调查，根据调查显示，学生动机有以 下这些。 根据我们对中学生作的动机调查材料发现，中学生学习物理的动机除了各学科 带共性的情况外，还具有如下一些反映物理学科特点的动机表现： “我是一个共青团员，一定要学好物理这门基础课，长大当一种工程师，努力 5 把物理成果运用到国民经济各个部门中去。 “我要学好物理，考上大学，到原子能研究所去工作，为国家开辟新能源。 这一类动机即属于远景性动机。 我对物理课特别感兴趣，因为物理课有实验，做起来特别带劲，有些难懂的 内容一做实验就明白了， “我爸爸是个工程师，他在家里告诉我许多物理知识，我特别喜欢听，我能用 物理知识解释很多日常生活中的现象，所以我特别爱学物理。” “物理老师讲得生动有趣，容易学懂；物理课教人善于动脑筋，所以我爱学物理， “我长大了要进行力学研究，搞清产生滑动摩擦力的原因，所以从现在起就要 学好物理。 ( 实践物理课本第一册讲到，产生滑动摩擦力的原因很多，现在还没有 研究清楚。) 这一类动机源于认识兴趣，直接与物理学知识本身发生联系，即内部动机。 “我听许多人说，学好了数理化，走遍天下都不怕，所以我很想学好物理。 “一个人要有点真本事，我看物理知识在日常生活中最有用，学好了能让人有 真才实学。 “现在政策开放，我一定要学好物理，毕业后开个收录机、电视机修理商店， 可以自谋职业。” 这一类动机属于自发动机，即着眼于学好物理学以后的效果，特别是毕业班， 还涉及职业定向和个人前途问题n 叭。 以上这些学习动机，是一个随性的调查，下面我们再看看有些人做的定量的结 果分析。 首都师范大学研究生聂长和撰写的毕业论文中，定量总结得出了当前学生学习 物理成就动机的现状。在学生物理学习成就动机现状调查的基础上，按照强度的大 小将被试分为成就动机较强组，成就动机中等组和成就动机较弱组，分别对三个组 的各种动机项进行了较为细致比较研究，主要结论如下： 在中学阶段，中学生的追求成功动机一直保持较平稳的状态；认知动机在初中 阶段保持较高的水平，在高二时急剧下降：高一年级的各成就动机水平较高n 。 高一年级学生动机较高，究其原因，认为既有外部原因，也有内部原因。外部 原因是：学生从初中进入高中后，自己与家长的期望都更高，所碰到的同学层次也 有所提高，原来成绩好的同学希望能在同这些新同学的竞争中胜出，而原来成绩不 好的同学，会希望能在新的起点有新的定位，能够在高中取得优异的成绩，这些会 促使学生形成强烈的动机。内部动机是：高中物理知识，无论从广度还是宽度上来 6 讲，都在初中物理的水平上有很大的提高，新增加的知识从实用性，趣味性来讲， 都比从前有所增强。系统研究力学、运动学方面的知识，不仅能够解释生活中的许 多问题，而且在实验中体会成功的乐趣也是一种追求进步的动力。 1 2 物理实验网络电子资源开发的现状与意义 1 2 1 当前物理实验教学的现状 实验教学，本应该是怎样的一个定位呢? 正如理性主义科学哲学所描述的那 样，科学实验是一种特殊的装置，它把世界的真相转化为科学理论，反过来又能检 验科学理论是否把握了世界的真相2 1 。物理实验，是为学生在寻找物理规律，寻找 物理问题的真相而设立的，它不仅可以使学生从感观上更明确认识物理，而且能激 发学生学习物理的兴趣。我国的实验教学情形，有这样符合实情的描述：“一般先 由任课教师待定实验教材或编写好实验讲义，在教材中详细叙述了实验课题的有关 基本理论知识、实验目的和具体的实验方案，然后学生就依照预定的实验方案按部 就班地把实验做完u 引。笔者对此也有深刻的体会。从我的中学开始，直到现在，许多 学校现在的实验课情况与上面所述情况完全相同。这说明，物理实验并没有在时代的 发展中得到相应的发展。也因此，物理实验教学中存在的一些问题也越来越显著。 当前我国物理实验教学存在许多问题。 在寿千里的高中物理实验教学现状及思考中指出：当前的中学物理实验教 学现状主要有三点：一、演示实验和学生实验的作用被轻视，二、过分强调知识本 位，缺失设计性实验，三、实验教学评价体系亟待建立和完善n 引。而在蔡志凌的中 学物理实验教学现状分析与策略研究中指出：然而，长期以来我国中学物理实验教 学存在很多弊病，导致学生对物理实验缺乏吸引力，严重挫伤了学生学习物理的积 极性和主动性，限制了学生的未知激情和创造性n 矾。我国在利用网络资源进行实验 教学方面更是问题多多。 当前我国物理实验网络电子资源，相对来说还处于比较贫乏的阶段。据了解， 当前比较受欢迎的软件是仿真物理实验室。金龙仿真物理实验室是一个面向中学物 理课堂、物理教师和学生的一个全开放性的物理实验仿真软件。与常规的物理教学 软件不同，仿真物理实验室不是单纯的演示几个现成的实验。而是一个实验器具完 一 备的综合性实验室，使用者可以利用它仿真许多实验。仿真物理实验室向实验者提 供了全方面的实验器材；同时提供了各种物理情境：如失重、超重、完全弹性碰撞、 不完全弹性碰撞、弹簧振子的并联串联等等。实验者可以在不同的实验环境中，体 验不同的实验情境，组合不同的实验。其可操作的实验面积非常广泛，不仅涉及到 7 普通的力、热、光、电方面的常规实验，而且写可咀模拟大到天体运动，小到粒子 在电场中的加速与偏转、粒子加速器等前沿实验。仿真物理实验室不但可以演示逼 真的实验动画，还可以在演示的同时向您提供相关的实验实时数据”。如下图卜2 一l 所示，是仿真物理实验室的版面示例之一。 仿真物理实验室，是我们实验教学的大便利工具。然而，其实验过程太理想 化，数据与过程全部都是在理想情况下产生的。这将舍与实际情况存在很大差距， 不利于学生了解真正的实验状况，更不能了解误差的产生。这些对于学生的发展是 单方面的，是不利的。 另外，可以用来制作课件的还有金牌物理画板。这是一个在w 0 r d 文档的基础 上，嵌入了物体的简单模型图。在作图时候十分方便。例如。图卜22 ，展示的是 该画板中，热学模块使用范例。图卜23 展示的是电学部分。红线所框下部分，即 为该部分的所有模块。 j o h 川i t 6 ，tj ；雀誉喾篓誊辫 圣耵 一u 围l _ 2 2钎理画扳电学槿扳 三l 圉l 一2 3 物理i 板热学模板 使用这个画板，用来做普通的文档文件十分方便，对于物理实验教学来说，也 带来了一定的帮助。我们可以很方便的画出物理实验原理图。这对于辅助实验教学 来说，有一定的方便之处。然而，这只有作为一种基本的辅助工具。正如我们现在 离开了手机也能有其他的鞋系方式一样。这个工具在实验教学中，不占有主导地位。 也很容易被其他更先进的工具所取代。 实验教学，讲究的是郧时准确，让学生从视昕中，最大限度的激发感观，加深 对所学知识的印象，甚至是加强对所学学科的兴趣。 联合国教科文组织国际2 l 世纪教育委员会指出，新技术的产生和应用，正在 引发一场真正意义上的革命，它不仅影响着生产和工作领域，还对教育学活动产生 了不可估量的的影响“”。教育是根据一定初值要求所进行的培养人的活动“”。在经 济全球化、科技日新月异的趋势下，教育信息化也必将顺应社会发展不断引入更多 的新技术。实践证明，成功的技术应用中，教师所发挥的作用相对要更大。越高级 的技术被引入教育，就越需要有高素质的教师去掌握与应用。虽然不是所有人都喜 欢瞬息万变的社会，但我们只能选择适应而不是逃避。培养高素质的队伍，特别是 走教师教育信息化发展道路，是教育事业永葆昌盛的必由之路”。 事物的发展通常不会一帆风顺。物理教育是有别于其他专业的特殊学科。在这 门学科中，实验占据着不可替代的地位。物理实验信息化教学，也是在物理教学中 实现教育信息化的一个基本方面。 虽然我国教育信息化已经得到了长足的发展，但问题依然还很严竣。实现教育 信息化的目标与任务，确实需要对我国教育信息化发展思路作出必要调整。 问题类型誊件与现象对教育信息化的影响与募求 经济趋势教育成本上升远程教育强调使教育更具成本微益优势 政治趋势要求降低教育成本。呼唤全民教育更多依靠远程教育和其他技术扩大教育范围 信息素养的重要性计簿机威为学习的必需吕 日益便捷、高效的通讯方式严重影响个人隐私教育信息化也存在此翔司题 社会社会风气 越来越多的民众不信任技术教育信息化也存在此翔司题 对互联网依璇程度日益增强。导致信息剽窃现教育看胥责任监督学生e 网 象大置出现 经济辰蕨收较低的学生难以获得技术低收学生必须有平等获得技术的机会 文化j性别当前技术颁域仍以男性为主加强女性在教育中使用计苒机 公平 特殊需要通过特殊装置可以让有特殊需要的学生平等不管成本多高。残疾学生部应得弱平等使用技 地使用技术，但成本很高 术的机会 利用技术进行教学技术( 训练、补习) 已被证被认为是有效的技术使用方法可能会被抛弃 行为主义割学方式v ，明是有效的。但往往被认为已过时 建构主义观点建构主义的观点听起来非常台理，但很少有语需要更多关于建构主义指导下的新技术应用研 教育气证明其有效性究 过去强调过分科科学亥。提高学生能力继续强调使用对单一技能有用的软件 分科数学v s 多学科 当前的趋势是强调多学科绿台越来越多地使用多攥体等技术支持更复杂的多 薮学学科综合活动 技术更新太快。教师跟不上发展教育中采用最新技术是很有隈的 技术迅速变化 数育往往无法承担最新科技的费用学校中有很多“过时”的设备和资源 师资培训不跟上技术发展多数教师没有得到应有的技术培训 复杂蛀 学校没有跟上新技术的条件学校无法获得最新技术所带来的强大功能 表2 1 当前问题和趋势以教育信息化的影响与要求冽 我们批评最多的“只注重硬件建设问题”，目前情况还是非常严峻的。除了东 西部的差距，各地区内的差距也很大。以浙江省为例，2 0 0 5 年全省中小学平均生机 比达1 1 ：l ，但一些经济欠发达县3 0 4 0 个学生才有l 台计算机，而且绝大多数集 中在县城的中小学校尤其是重点高中里，不少农村中小学连一台也没有拉。这或许 验证了一句话教育无小事。 信息技术与信息资源的应用是教育信息化的目的。当前我国教育信息化已经进 入了提升应用能力的发展阶段。分析与应对当前教育信息化应用现状，并寻求解决 思路已成为今后一段时间的重要课题9 1 。对于物理教学来说，开发物理实验电子资 源也是迫在眉睫的事情。而如何开发? 利用什么器材，什么工具开发电子资源，这 也是我们需要考虑的问题。笔者所采用的是朗威d i s l a b 实验系统。这一系统，采 用先进的数据采集技术，可以将物理实验中的力、热、光、电等各种信号通过传感 器采集，并使之转化为电信号，而将实验数据采集到电脑中，实现了对物理实验的 数字化进程。 1 0 1 2 2 数据采集器应用现状 正如张家全所说，现在，教育研究的全过程，从课题设计到数据分析，再到结 果表达，很多教育研究工作者和教育部门的干部、教师、几乎已无法离开计算机了 瞳引。在我国，数据采集器在中学中的使用，尚处于初级阶段。目前仅有华师一附中， 华南，华东地区的学校，采用了数据采集器。粤教版教材已经把传感器编入了实验 部分中。关于这个系统的介绍，在本文第二章正文中会有详细阐述，在此不在累述。 1 2 3 国外物理实验课与网络结合现状 在钟焦庄的国外远程教育中提到：“美国是目前远程教育规模最大的国家。 美国高校远程教育采用的媒体手段多种多样。美国联邦教育部国家教育统计中心 1 9 9 9 年的调查显示，最常用的是异步或非即时的技术，如e - m a i l 和网上信息粘贴， 5 8 的高校用这一方法，这种传递方式对远程教育的提供和接受都而言都最易于获 得。处于第二位的是双向交互电视，利用率为5 4 。第三位是单向预先录制的电视， 为4 7 。第四位是同步的基于网络的计算机会议系统或聊天系统，占1 9 旧1 。远 程教育，除即时的信息以外，其他的都要靠网络做媒体，达到传送知识的目的。由 以上介绍可以看出，美国利用网络资源的比例非常大。 关于远程教育，英国是其示范的例子中最成功的一例。在亚洲，属日本的远程 教育做得比较好。众所周知，印度的i t 产业非常发达，这方面的技术也为远程教 育提供了强大的技术。印度的英迪拉甘地国立开放大学是唯一的国家级开放大学。 它的大多数课程是通过多媒体学习包来提供的。以印刷教材为主，此外还有音像带、 广播、电子会议等媒体，以及面对面辅导。英迪拉甘地国立开放大学的教学体系 分三个层次；总部、地区中心及学习中心。在课程教学中，地区中心和学习中心发 挥着关键作用，它们负责为学生组织面授辅导和提供咨询，并且处理学生每门课程 必须完成的最少作业量。在条件允许的情况下，有些地方还采用单向视频和双向音 频会议为学生提供支持服务。 国外能实现网络教学，一方面是因为资源数量繁多，品种丰富，二是因为其技 术强大。不仅如此，而且网站视频演示精细。如下图卜2 4 所示， 图l _ 24 光的汇聚实验演示 围中的实验，演示的是把几束激光打到一个凸透镜上，光线汇聚效果图。这种 实验演示的光路图，比起理论的阐述要生动具体的多。其精细的实验设计及展示方 法可见一斑。 也有专人发表论文，论文内容则是全面介绍某方面的网络资源的网址等。许多 国家的学校，已经利用了触摸屏来上课。如图卜2 5 所示。这充分体现了先进的教 学思路。 国外教学资源，尤其足视频资源的画面精细、演示性强、内容丰富、简洁明了 等特征，是值得我们学习借鉴的地方。利用触摸屏进行教学，是教学技术的一个强 大进步。然而触摸屏其成本太高，并不有广泛使用。从实用角度考虑，我们应该 从软件技术手段考虑，达到触摸屏教学的同等效果。 在传感器利用方面，国外的p a s c o 传感器实验系统利用先进的技术手段，可以 独立完成许多实验。当前国内也有许多学校，尤其是人学引进了这套实验系统进行 宴验。中学中也有少数在使用。这套传感器设备先进，应用方便，然而由于其由国外 丌发出来，其成本相对较高，且越是由高端技术制造出来的产品，其损坏后可再利用 率就极低。而且一般老师无法对其进行修复。这些都给引进这套器材提出了挑战。 图2l 5 使用触摸屏t 课实录 i _ 3 同络教学的策略 网络教学，当前有许多值得考虑因素。本文所关心的是：如何组织利用网络资 源，激发学生学习兴趣。前面我们已经分析了当前高中生学习物理的心理特点，学 习物理实验的特点。我们已经知道，物理学习程度的好坏，很大程度取决于学生学 习物理的动机。如果能激发学生兴趣，则学习物理会事半功倍。 本节讨论能激发学生学习动机，引起学生学习物理兴趣的教学资源的制作策略。 引起学习必趣的资源，有以下特点： 新颖：内容或者展示形式新颖，教学方法新颖。学习内容新颖，则容易引起学 生兴趣。然而，也不能一味的追求新颖，而忽视学生的需要。我们所说的新颖，足 在内容符合学生需要的前提下而提出的。展示形式新颖，是指呈现的资源形式能多 位一体，其方式不能太单一。除了有一般的文档、幻灯片、f l a s h 动画显示外，若 有相应的视频展示，也会令学生印象深刻。视频展示的呈现方式也有一定要求，这 在本节后面会提到。教学方法新颖，是指教师在课堂中要善于设置情景，提问既具 有引导性，又有趣味性。这与教师个人素质相关，本文不多述。 切合实际：物理知识来源于生活实践。在实验中还原物理现象的真实面貌，从物 理现象中找出本质，这是学习物理的一种基本方法。也是物理实验存在的意义之一。 难易程度相当：在学生原有基础水平止，稍稍拔高一点。这样既形成了挑战， 又不可太难，使多数学生能够在学生水平之内，依靠自己将问题解决，从而激发更 大的学习欲望与更强的学习动力。兴趣的形成和发展总是和成功联系起来的，常成 功的活动，人们对它感兴趣，而常失败的活动对兴趣起消极作用，经常给学习以成 功的体验，帮助它们获得积极的情感，使之形成正确的学习态度，对物理学习也将 起到很大的促进作用。 内容丰富：网络知识的一大特点就是知识面全面丰富。然而，这样的一个负面 影响是：由于知识面太广，造成许多学生在学习的时候无法正确做出选择。教师的 功能就是，在丰富的网络资源中挑选合适的资源，供学生参考使用。使学生不至于 浪费大量时间去寻找学习资源。 结合以上三点，我们总结出当前网络资源可以在以下方面有所发展 1 在素材方面，应该多一些视频材料，贴近学生的生活激发学生感观需要， 使他们在课后也可有素材进行自学。 2 多收集传感器实验方面的视频材料。与传统实验实验相比，传感器更方面 直接的显示实验结果，而且更新颖。利用传感器做实验目前也是一种尝试。从另外 一方面来讲，利用传感器也可以激发学生的探究实验，现在就有许多利用传感器来 做探究性实验的。当前有许多文章，都写利的是利用传感器进行的实验。 3 传统实验在存在着一些问题，例如最小量程有限，利用相应的特殊传感器 则可以解决这个问题。在d i s l a b 实验器材中，就有微电流传感器。这个传感器可 以测量量程：一1ua _ 斗1ua ；分度：0 0 1ua ；这种微小量程，是传统实验根本不 可能达到的数量级。利用这种传感器，可以做非常的精确的实验。例如，可以探测 到普通的小磁铁通过闭合线圈时产生的电流。利用与之相应的软件，可以在电脑上 以图示的形式显示。从图示中可以清楚看出电流变化规律，得到定性结论。在图形 中可以利用相应的工具读数，做到定量分析。而把实验过程与数据采集过程同时录 下，并编辑在同一窗口展示，则可以使同学们在有如身临其境的感觉。这样的视频 材料可以激发学生探索的愿望。 4 在技术方面，加强多媒体教学的功能。多媒体教学，无疑能更好的激发学 生的学习兴趣。其技术的提高，既可以在硬件上下功夫，也可以在软件上改进。硬 件的提高需要更多的物力的投入，只有更大限度的降低成本，才能被更广泛的使用。 软件技术的开发，则可以在不更新硬件的基础上，实验某些新技术的推广。从成本 方面考虑，软件方面的开发，更值得我们探究。 1 4 问题的提出 中学物理网络化课堂教学模式，十分强调学习者熟练地运用多种媒体( 特别是 计算机网络媒体) ，创建多样化的学习情景，并经过建立在协作交流基础上的自主 学习，完成学习过程的意义建构，从而达到学习的最终目标。这种网络的课堂学习 1 4 模式，由于强调学习过程中的自主性，学习者获得了按照自己的学习方式进行学习、 探索的更大的学习自主权，从而不仅满足了学习者个性化的要求，而且有助于培养 学生的学习能力和创新能力。此外，贯穿于学习始终的多元化学习情景，不仅能最 大限度地激发学习者个性化的要求，而且也能最大限度地满足具有不同认知水平学 习者的建构需求。再次，由于学习者在自主学习过程中要从大量的信息资料中选择 有用的信息进行分析、抽象、归纳等一系列思维。所以，这种教学模式有助于学生 科学素质的整体培养和发展。模式中强调的协作式学习，对于深入理解掌握知识和 培养高难认知能力、合作精神、良好的人际关系都有十分积极的促进作用瞳4 l 。 大家知道，学习动机的好坏关系到学习成效的好坏。如何激发学生的学习动机， 如何让学生在学习中形成良好的学习动机，教师的作用必不可少。而人们常常忽视 了教学资源在引发学生学习动机的重要作用。事实证明，良好的学习资源可以有效 激发学生的学习动机。在2 l 世纪的今天，以至今后的发展道路中，利用多媒体教 学是一个必不可少的的环节。而我国的多媒体教学资源相对贫乏。而目前所拥有的 资源，也是良莠不齐。有明确目的性的学习资源更加少。如何在物理实验教学中， 开发良好的教学资源? 按照怎样的标准开发出的实验教学资源可以符合学生的学 习动机? 笔者希望通过以激发学生学习物理的动机为目的，制作出一系列物理实验 电子资源。并联系相关理论，对现有资源进行了理论分析，以期给实践提出指导经 验，希望能在制作电子资源的道路上有更进一步的发展。 1 5 第二章物理实验电子资源制作实践 2 1 试实践策略和步骤 2 1 1 实验器材统计 我们现有的实验仪器为朗威d i s l a b 实验系统。有关这个系统，在此仅以配置 表格和图示的形式展示。 如下表2 - i 所示，为我们现有实验器材配置情况。 n o 名称型号技术参数数鼍 1 数据采集器l w - 0 6四通道并行采集，不区分数字 与模拟通道；与计算机u s b 接口 通讯，最大采样率1 0 0 k ；无须外 接电源；可接插液晶显示装置( p d a ) ， 供野外使用。 2 电流传感器 c s 0 6 量程：1 a - 一+ i a ；分度：o o i a ； 3 微电流传感器m c s 0 6 量程：11 ta - - a - 1ua ；分 度：0 0 l 肛a ； 4 电压传感器 v s 一0 6 量程：1 2 v 斗1 2 v ； 分度：0 0 1 v ； 5 磁传感器 m s 一0 6 量程：1 5 m t , - - , + 1 5r o t ： 分度：0 0 1m t ： 6 力传感器 f s 0 6量程：- 2 0 n 一- + 2 0 n ；分度： o 0 1 n ；可用于测拉力( 显示正值) 和 压力( 显示负值) ；附件：同定螺钉。 7 位移传感器位移发射供电电源1 5 v 7 # 屯池；易与现 有实验装置( 运动d l s 0 6 小车、 弹簧振子等) 组合 位移接收d r s 0 6 虽程：0 m 1 5 m ；分度：l m m ； 无测量盲区；可赢接测量显示y t 图线。 8 光电门传感器p g s 一0 6分度lu s ；用丁测量挡光片 ( u 型、i 弛) 的挡光时间。 9 声传感器a s - 0 6能测量声强并显示和研究声音的波形、 频率：声强量程：4 0 1 2 0 d b ；频率 量程：10 0 h z n 2 0 0 0 0h z 。 1 0 温度传感器t s - 0 6量程：1 0 - - + 11