（教育技术学专业论文）信息技术环境下初中物理探究教学模式研究.pdfVIP

摘要 摘要 随着基础教育课程改革的不断深入和初中物理新课程的开展，有效激发学生的学习 兴趣和主动性，提高学生的科学探究能力，充分体现物理课程标准的理念，是当前初中 物理教学中一个亟待解决的问题。本文立足于物理课程改革的需要，将探究教学作为实 施新课程的有力途径，通过对信息技术环境下初中物理探究教学模式的研究，旨在将信 息技术融入到初中物理探究教学之中，为初中物理新课程的开展和实施提供参考。 本文先简要分析了科学探究的涵义，对初中物理课程中的科学探究从课程目标、课 程内容、学习方式三个方面进行了初步的总结。通过对初中物理课程标准中适于探究教 学的内容进行总结和分类，提出了“实验探究”和“主题探究”两种基本的探究教学方 式，并对探究教学实施中出现的问题进行了归纳概括。然后将信息技术引入到物理探究 教学中，建构了信息技术环境下物理实验探究教学模式和主题探究教学模式，并分别通 过案例设计与实旆对两个模式的有效性进行了验证。 关键词信息技术环境初中物理探究教学实验探究主题探究 a b s t r a c t w i t ht h eo n g o i n gr e f o r mo f c u r r i c u l u mi nt h eb a s i ce d u c a t i o na n dt h ed e v e l o p m e n to f t h e n e wc u r r i c u l u mo fj u n i o rp h y s i c s ，i th a sb e c o m ea n u r g e n tp r o b l e mt h a th o wt os t i m u l a t e s t u d e n t s i n t e r e s ta n di n i t i a t i v et os t u d ya n dt oi m p r o v et h e i ra b i l i t i e so fs c i e n c e i n q u i r yt h u s r e f l e c tt h en o t i o no fp h y s i c sc u r r i c u l u ms t a n d a r d s t h i sp a p e ri sb a s e do nt h en e e do ft h e p h y s i c sc u r r i c u l u mr e f o r ma n dr e g a r d st h ei n q u i r yt e a c h i n ga st h ee f f e c t i v ew a yt ot h en e w c u r r i c u l u m t h r o u g hr e s e a r c ho ni n q u i r yt e a c h i n gm o d e lf o rj u n i o rp h y s i c si nt h ei n f o r m a t i o n t e c h n o l o g ye n v i r o n m e n t ，t h i sp a p e ra i m st oi n t e g r a t ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi n t oi n q u i r y t e a c h i n g a n dt oo f f e raf a v o r a b l e w a yf o ri m p l e m e n t a t i o n o ft h en e wj u n i o rp h y s i c s c u r r i c u i 砌 b e s i d e sac o n c i s ea n a l y s i so ft h em e a n i n go fs c i e n c ei n q u i r y , t h i sp a p e rc o m p l e t e sa p r e l i m i n a r ys u m m a r yo ft h er e s e a r c hi n t op h y s i c sc u r r i c u l u ms t a n d a r d si nt h r e ea s p e c t s - - t h e o b j e c t i v e ，t h ec o n t e n ta n dt h ew a yo fl e a r n i n g t h r o u g hs u m m a r i z i n ga n dc l a s s i f y i n gt h e c o n t e n t si np h y s i c sc u r r i c u l u ms t a n d a r d st h a ta r ef i tf o ri n q u i r yt e a c h i n g ，t h i sp a p e rp r e s e n t s t w ow a y s - - - e x p e r i m e n ti n q u i r ya n dt h e m a t i ci n q u i r ya n ds l n n su pt h ep r o b l e m si nt h e p r a c t i c e t h e ni ti n t e g r a t e st h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi n t ot h ep h y s i c si n q u i r yt e a c h i n g ，a n d p u t sf o r w a r dt h ep h y s i c se x p e r i m e n ti n q u i r yt e a c h i n gm o d e la n dt h e m a t i ci n q u i r yt e a c h i n g m o d e li ni te n v i r o n m e n t ，a n de v a l u a t e st h e i re f f e c t i v e n e s st h r o u g ht e a c h i n gc a s ed e s i g na n d p r a c t i c e k e y w o r d s i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ye n v i r o n m e n t j u n i o rp h y s i c si n q u i r yt e a c h i n g e x p e r i m e n ti n q u i r y t h e m a t i ci n q u i r y 河北大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北大学或其他教育机构的学位或证书所使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了致谢。 作者签名：e 2 垫：日期：壁年j 二月二l 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解河北大学有关保留、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。学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年月日解密后适用本授权声明。 2 、不保密e 。 ( 请在以上相应方格内打“4 ”) 作者签名： 导师签名： 匆照、 日期：! ! 年l 月二l 日 日期： n 年月上l 日 第一章引言 一、问题的提出 第一章引言 随着基础教育课程改革的开展和义务教育物理课程标准的颁布，新课程的实施给物 理教学带来了新气象、新变化，然而新课程促进学生全面发展与实践中教学方式、学习 方式落后的矛盾也成为初中物理教学中不容回避的问题。 ( 一) 信息时代课程改革 当前，人类已经步入了以多媒体计算机技术和网络通信技术为主要标志的信息社会。 信息技术渗透到了社会生活与工作的方方面面，信息素养已经成为信息社会每个公民必 须具备的一种基本素质，是信息社会对新型人才培养提出的最基本要求。同时，信息技 术的普及也为教育、教学带来了巨大变化，并将促进教学模式、教学内容、教学方法、 教学手段直至教育思想、教育理论和教育体制的根本变革。为了适应信息时代的发展， 大力推进基础教育课程改革，调整和改革基础教育的课程体系、结构和内容，构建符合 素质教育要求的新的基础教育课程体系，已经成为素质教育实施的核心。 2 0 0 t 年6 月，国家教育部颁发的基础教育课程改革纲要中明确提出：“大力推 进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进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，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。”“1 这为新课程的教学改革提出了要求并指明了方向。其中对信息技术环境下的教学模式研 究是当前课程改革的一项重要任务。 ( 二) 物理新课程的实旋 基础教育课程改革纲要( 试行) 强调改变课程实施过于强调死记硬背、机械训练 的现状，倡导学生的主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、 获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。初中物理作为基础 教育的重要课程，它的改革注重让学生经历从自然到物理、从生活到物理的认识过程， 提倡学习方式多样化，注重物理学科与其它学科的融合，使学生得到全面发展。全目 制义务教育物理课程标准( 实验稿) 中明确指出“在义务教育阶段，物理课程不仅应 该注重科学知识的传授和技能的训练，注重将物理科学的新成就及其对人类文明的影响 等纳入课程，而且还应重视对学生终身学习愿望、科学探究能力、创新意识以及科学精 神的培养。”1 2 物理课程改革需要培养生动活泼、主动发展的个体，提倡学生自己探索 和发现知识。如何能更有效地激发学生的学习兴趣和学习主动性，创建良好的学习氛围， 让学生通过自主、探究学习的方式去发现问题、解决问题，体现基础教育课程改革的要 求和物理新课标的理念，是当前物理教学研究应该解决的问题和努力的方向。 ( 三) 现行教学存在问题 就中学物理教学模式而言，在教学实践中已经形成了“传递一接受式”教学模式、 “导学一讨论式”教学模式以及“目标一掌握式”教学模式等成熟的物理教学模式。但 是在传统的课堂教学组织中，教师往往把课堂当成是“表演的舞台”，“传授知识的场所”， 使课堂教学教条化、单一化、静态化。这些模式以知识传承为主要目标，忽视学生主体 地位的建立，不利于学生建立对物理学科的兴趣，也不利于学生实践能力和创新精神的 培养。调查发现，学生对课堂教学产生了不同程度的排斥和厌倦，感到学习物理很困难， 学习物理的兴趣也随年级的升高而下降。0 1 笔者通过对保定市部分中学物理教师的访谈和对物理新课程的观摩，发现在新课程 的实旄中存在着以下问题：教师缺乏对新课程实施中教学模式的思考，课堂上还是以 教师为中心，学生主体性学习体现不够，导致学生对物理学习缺乏热情，难以体现新课 程标准的理念：教学活动设计重物理基本概念和基本规律的传授，对新课标中的过程 与方法、情感与态度等方面思考不足；教学中较多缝把信息技术作为教的工具，甚至 只局限在信息技术的演示功能，教学方法、手段单一，缺乏对信息技术作为学习工具的 探讨。 为了研究和解决当前教学实践中存在的问题，推动基础教育课程改革顺利开展和物 理新课程的有效实施，本文提出了构建信息技术环境下初中物理探究教学模式的设想， 利用信息技术的优势创设能充分发挥学习者的主动性、积极性和创造性的探究学习环 境，使学生掌握物理知识与技能。经历基本的科学探究过程。受到科学态度和科学精神 的熏陶，初步提高科学探究能力。 ， 二、研究现状 ( 一) 物理探究教学 2 0 世纪五六十年代，探究作为科学教育的一种方式，开始为人们所关注。七十年代 初，在施瓦布、杜威、布鲁纳和皮亚杰等人的影响下，科学教学转向强调科学过程的学 习和科学知识的掌握同样重要的趋势，于是“帮助学生发展探究技能以及理解科学探究” 的教育理念逐步得到广泛的认同。经过近4 0 年的研究和实践，到1 9 9 6 年美国国家科学 院制定的美国科学教育标准的公布，科学教育中的探究教学已经形成了一套完整的 科学教育理论体系，并积累了丰富的实践经验。 我国2 0 0 1 年颁布的义务教育阶段物理课程标准( 实验稿) 全方位构建了初中物 理新的课程理念、课程目标、课程内容、教学实施和评价建议等。由于其突出了科学探 究的重要意义，探究教学在义务教育阶段物理课程中的研究和实践受到了我国学者和一 线教师的广泛关注，对于初中物理探究教学的研究涌现了部分专门的著作和学术论文。 主要是对探究教学相关理论的探讨，包括探究教学的目标、特点、实旗和评价等。如： 李远蓉等编著物理探究式教学设计与案例分析( 高等教育出版社，2 0 0 3 年版) ；朱兴 国，“台作探究”教学模式在初中物理教学中的应用( 中学物理教学参考，2 0 0 3 1 0 ) ； 邓磊，初中物理揉究性教学模式研究( 西南师范大学2 0 0 2 届硕士论文) 等。可以说， 对于初中物理探究教学的研究在理论和实践中，都已经有了突破性的进展，这为本研究 提供了重要的参考。 ( 二) 信息技术环境下的物理教学 对于信息技术环境下物理教学的研究，主要包括以下几类： 第一，从宏观上探讨信息技术与物理课程整合，提出整合的原则、层次和方式。如： 李增蔚，信息技术与物理课程教学整合的几个层面( 中国电化教育，2 0 0 4 5 ) ；陈建， 对信息技术与物理课程整合的认识( 教育科学研究，2 0 0 2 9 ) 。 第二，从物理学科知识的组成部分一一概念、规律、实验出发，研究信息技术在其 中发挥的作用以及教与学方式的转变，这部分的内容主要集中在实验教学方面。如：沈 亦红，论物理虚拟实验与真实实验的互补作用( 中国电化教育，2 0 0 4 7 ) 。 第三，从信息技术的角度出发，研究技术在物理教学中的应用。如：求师得教育实 第三，从信息技术的角度出发，研究技术在物理教学中的应用。如：求师得教育实 3 验室把以i n s p i r a t i o n 软件为代表的思维导图工具引入到了物理教学之中，研究了其对物 理教与学方式的影响。 第四，探讨信息技术环境下物理教学模式的转变。如：王邦平、任伟然的信息技 术与物理课程整合的教学模式初探和吴娟的信息技术与物理整合的信息加工型教学 模式研究都从分析信息技术在物理教学中的具体作用入手，对信息技术环境下的物理 教学模式进行了探讨。 从国外来看，( ( c o m p u t e r si np h y s i c se d u c a t i o n ) ) 一文从2 l 世纪物理教育面临的问题 和转变入手，分析了计算机在物理教育中的各种使用方式以及在课堂教学和实验教学中 的用途，包括：获得和使用数据的工具，微观世界和仿真工具，信息通讯和互联网工具。 ”国外的研究主要是针对数理互动课程的开发与应用，利用计算机的模拟、仿真以及互 联网开展自主探究和学习，用j a v a 等计算机语言编制的互动课件，在虚拟现实的世界 中让学生自由探索。这些课程具有在线、交互、多媒体等特点，既可用于基于项目的探 究性学习活动，也作为学习支架和工具应用于物理教学中。 综述已往研究，目前的研究主要集中在初中物理探究教学和信息技术与物理课程整 合方面，缺乏对信息技术的优势与物理探究教学统一起来的探讨。因此，本研究将立足 初中物理新课程标准，依托信息技术环境，构建适合物理教学内容和教学活动的探究教 学模式，为初中物理新课程的开展和实施提供参考。 三、研究内容和方法 ( 一) 研究目的和内容 本研究的目的是构建适应新课程发展需要的信息技术环境下初中物理探究教学模 式，并根据模式进行实证研究，促进教师教的方式和学生学的方式的改进，从而满足学 生在物理知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观方面的发展，提高全体学生的科 学素质，促进学生的全面发展。 研究的内容和总体思路是： 1 分析信息技术在初中物理探究教学中的优势和作用。依据物理新课程标准，结合 物理学科教学特点、探究教学的理论和初中生物理学习心理，探讨初中物理探究教学中 信息技术发挥的优势，为构建信息技术环境下的物理探究教学模式提供依据。 吐 第一章引言 2 在论述、分析的基础上构建信息技术环境下的初中物理探究教学模式，并设计相 应的案例，检验模式的有效性。构建的教学模式既要发挥信息技术优势，又必须结合物 理学科特点，并体现初中物理新课程的理念与思想。 ( 二) 研究方法 1 采用文献法分析探究教学的内容和初中物理新课标中的科学探究、信息技术在初 中物理探究教学中的作用等内容，从理论上初步构建教学模式； 2 选择保定某中学作为实验学校，通过参观、听课、访问等手段完善信息技术环境 下的初中物理教学模式，根据模式设计教学案例； 3 通过对案例的实施，通过访谈和问卷调查教师的教与学生学的情况，检验构建的 信息技术环境下物理探究教学模式的效果。 第二章初中物理探究教学 2 0 0 1 年1 0 月，中国科协公布了我国公众科学素养状况及其影晌因素的第四次调查 结果。我国公众具备科学素养的比例为l ，4 ，即：每千人中仅有1 4 人具备基本公众科 学素养。调查包括国际上公认的三个部分的内容：对科学知识的基本了解程度；对科学 方法的基本了解程度；对科学技术对社会和个人产生的影响的基本了解程度。这三个方 面包含着“科学素养”的基本内容。1 9 9 0 年美国公众基本科学素养的比例已经达到6 9 。这一点不仅提示必须提高公众科学素养，而且也说明在基础教育中必须对学生进行 完整的科学教育，培养学生全面的“科学素养”。m 物理新课程标准把义务教育阶段的物理教学定位于“提高全体学生的科学素养”。 发展学生的科学素养离不开科学的学习过程。倡导科学探究学习是当前国际科学教育的 发展趋势，它要求通过设置有利于学生主动探究学习的环境，并提供适当的指导与帮助， 让学生从提出问题出发，通过系统观察，搜集、分析、解释信息，做出结论，表达与交 流等过程进行学习。我国基础教育新课程标准明确提出了“科学探究是科学学习的核 心”，科学学习必须以“科学探究”为主要方式。 一、科学探究 ( 一) 科学探究的内涵 在当今国际科学教育改革的热潮中，i n q u i r y 是出现频率最高的几个关键词之一。按 照牛津英语词典中的定义，探究是“求索知识或信息特别是求真的活动；是搜寻、 研究、调查、检验的活动；是提问和质疑的活动。”与“研究”比较，在科学领域人们 普遍接受的“探究”一词和英文原意更为贴切。就语义而言，“研究”指“用科学的方 法探求事物的本质和规律”，“探究”则指“深入探讨，反复研究”。从语感来说，“研 究”一词似乎多了几分严谨、稳重，而“探究”则更有生气，更有动感，也更符合青少 年学生的身心特点。 美国国家科学教育标准中对科学探究是这样表述的：“科学探究指的是科学家 们用来研究自然界并根据研究所获事实证据做出解释的各种方式。科学探究也指的是学 生构建知识、形成科学观念、领悟科学研究方法的各种活动。”1 实际上，学生探究科 学知识的过程和科学家所从事的研究活动和思维过程在本质上是相同的，学习者和科学 家都是通过正视新的问题和新的现象，通过收集资料，提出并验证假设来构建科学的知 识，获取科学的方法和养成科学的态度。所不同的是，科学家寻求的是人类未知的知识， 而学生获取的是对人类来讲是已知的，但对他们来讲是未知的知识。 要全面理解科学探究的涵义，必须把握以下内容： 首先，科学探究的本质是科学家用来解决自然领域或科学问题的一种思维方式，它 追求知识的确凿性，即对任何理论不轻信盲从，不迷信权威，而是用证据来证明。与其 他形式的思维相比，科学思维具有广阔性、深刻性、独立性和敏捷性等特点； 其次，科学探究是一种过程，有一定的活动程序或阶段。尽管科学有许多门类，科 学家有各自的研究领域，但各门学科的科学探究大体上都是这样一些类似的活动或阶 段：形成问题，建立假设，制定研究方案，检验假设，作结论： 最后，科学探究还要采用一定的方法即科学方法，这是科学活动必备的心理素质。 美国科学教育促进会在制定以过程为中心的s a p a 课程时，从各种科学研究活动中抽取 出来以下几种技能：观察、分类、应用数字、测量、交流、预测、推理、下定义、形成 假设、解释数据、控制变量、实验等。”1 当今，科技正向社会大力渗透，学会科学思考，掌握科学方法正成为社会对个人的 客观要求。尽管科学探究只是人们观察和了解世界的方式中的一种，但要揭示自然的奥 秘，发现科学真理，就必须坚持科学的态度和科学的思维方式，遵循科学探究程序，使 用科学方法。所以，要大力提倡科学探究，并把它引入物理教育中来。 ( 二) 新课标中的科学探究 首先，全日制义务教育物理课程标准( 实验稿) 明确规定，科学探究是课程目 标之一，要使“学生经历基本的科学探究过程，具有初步的科学探究能力”，即通过物 理课程的学习，达到对科学探究的理解，并具体体现在了过程与方法的目标维度上。课 程标准中对科学探究过程中观察能力、提出问题能力、信息收集能力、信息处理能力、 分析概括能力以及信息交流能力都提出了具体的要求。 其次，科学探究是义务教育物理课程内容的重要部分，在物理课程标准及相应的教 材中均把科学探究作为其内容之一单独设立主题，明确提出发展科学探究能力所包含的 7 型盔兰墼查堂鎏主兰垡鲨奎 内容和培养目标。作为学习内容的科学探究，应该包括：让学生理解科学探究的涵义、 科学探究的一般过程、科学探究过程中所用的基本方法；让学生亲历科学探究的过程， 学会用科学探究的方法学习物理，体验科学探究的乐趣，领悟科学的思想和精神。 最后，科学探究也是教师教物理和学生学物理的重要方法。标准明确指出：“科 学探究是重要的学习方式之一”，其目的旨在将学习重心过分强调知识的传承和积累向 知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学 探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探究精神。 新课程标准分别从课程目标、课程内容、学习方式三个方面对科学探究进行了阐述， 提出“物理课程应改变过分强调知识传承的倾向，让学生经历科学探究过程，学习科学 研究方法，培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识”，这同时也体现了新课标中 程董科芎i 藻尧，捷稽擎习芳武参释范“带警苯建念。 = 、物理探究教学 ( 一) 探究教学 传统教学强调教师讲授，教材使用，对重要概念进行反复、深入的讲解，面对新课 程的要求显然力不从心；科学探究虽然能够确保学生旺盛的求知欲和强烈的好奇心，但 是却难以把握和管理。于是教师在这种以科学探究为核心的教学活动中的组织、引导、 监控和管理作用就显得相当重要。探究教学就是在教师的引导下，学生从各种学科领域 或现实生活的问题或任务出发，通过多种形式的探究性活动，以获得知识和技能、培养 探究能力和应用能力、获得情感体验为目的的教学方式。与传统教学相比，探究教学具 有以下特点： 表2 1 探究教学与传统教学比较9 项舀探究教学传统教学 强调了解科学的结构和过程：强调事实性、规则性和理论性知 将实验和学习内容讨论结合起来； 识： 学习活动 强调高层次的认知技巧：利用实验来做验证性的练习； 学生亲自参与探究。在过程中建构强调知识的运用； 知识 学生接受教师教授的知识 第二章初中物理探究教学 问题解决能力、自主学习能力、协 培养能力 作学习能力、人际交往能力、创新记忆能力、解题能力 能力等等 学科知识 强调学科之间的整合各学科之间相互隔离 教师角色 指导者、合作者、研究着等等知识的传授者 学生角色 研究者、意义的建构者知识的接受者 评价内容：作品、学生行为表现， 评价内容：作业、考试、学生问 评价形式 壶表现，强调结果评价、教师和 强调过程评价、学生自我评价 家长的评价 鼓励课堂资源、社区资源和社会资 资源利用 教科书、部分参考书 源的广泛利用 对于物理教学来说，探究教学是一个比较理想的载体。好的探究活动，通过富有启 发性的问题，或者用能激起问题的事物或现象，驱动学生积极主动地进行观察和实验等 收集证据的活动，提出和求证假设以及做出解释等积极建构知识的活动；通过交流甚至 辩论，使学生得以评判自己和他人的解释，不仅能扩展自己对知识的理解，而且能提高 置疑、推理和批判性地思考科学现象的能力。通过真正的“做”科学，学生既学到知识 内容，又能更深入地运用和探究所必须的思维方法，使探究能力得以提高，同时形成正 确对待科学问题的态度。 ( = ) 物理课程中适合开展探究教学的内容“1 结合物理学科特点和探究教学的特点，对物理课程中适合探究学习的内容总结如下： 1 物理学基本概念和规律 物理学基本概念和规律既是探究学习的基础，又可作为探究的对象。学生在学习某 个物理概念或规律时，必须以探究的思维方式研究它，才能抓住其实质。探究教学不应 该仅仅局限于课外的活动课程中，而将物理概念和规律轻描淡写地一带而过。教师只有 在基本概念和规律的教学中渗透探究思想，才能使探究的基础更加巩固，使学生的认知 结构更趋于合理化和系统化。在探究过程中，学生不单是记住某些知识点，而是要感悟 知识产生的原因和发展过程，以利于对知识点的深刻把握。 2 物理学探索性实验 传统的学生物理实验大致可以分为两类：验证性实验和应用性实验。这两类实验都 9 是在学生掌握有关的知识后进行的，因此，学生对两类实验缺乏兴趣，难以激发他们的 创造潜能。探索性实验的实质是让学生自主进行实验，学生在实验前对实验结果无真正 的了解。该实验特点是只给出课题探究的要求，其活动由学生根据教师的适时组织引导， 来确定实验方案。如“研究影响滑动摩擦力的因素”时，学生根据具体的实验来探索活 动摩擦力与接触面积间的压力、接触面的性质、接触面积及其它可能因素的关系。 3 与物理有关的多学科综合性问题 培养学生的融合意识和知识整合能力是中学教学的重要使命，物理新课标提出了“注 意不同学科间知识与研究方法的联系与渗透”的基本思想。物理学是自然科学的基础学 科，它与化学、生物学、数学等学科的联系相当密切。为了培养学生的发散思维能力， 在探究内容的选择方面，可以涉及其他学科与物理学相联系的综合性问题。如选取“从 冰箱到臭氧层”为主题开展课题探究，它涉及电冰箱的工作原理，氟利昂的物理性质与 化学成分，氟利昂中某些物质与臭氧的作用，臭氧层与人类的关系，人类应该采取的对 策，无氟冰箱的制冷机理等。这些涉及了物理学知识、化学知识以及环保科学知识。 4 现实生活中的物理学问题 物理学是一门密切联系生活实际的科学，善于从现代日常生活和工农业生产中寻找 探究性课题，是学好物理的关键。正如物理新课标所强调的“从生活走向物理，从物理 走向社会”。在课堂教学或课外活动中选择这些实际问题进行探究，如“生活中发生的 用电事故的调查”、“自行车上用到的物理原理”等，可激发学生学习物理的兴趣，培 养学生的观察能力、发现问题能力和应用物理知识解决实际问题的能力。 5 科学前沿中的物理问题 在物理教学中，选取一些与现代科学和技术发展的前沿问题相近的内容作为探究方 向，可解决物理课程内容的陈旧性问题，激发学生学习自然科学的兴趣，开拓学生的视 野。如通过对有关航天飞机的资料查阅，可以探究飞船发射和返回的物理原理、进入轨 道后的运动情况、宇航员的失重和超重情况等。通过对这些问题的探究，能起到巩固所 学物理知识的目的，从而强化学生“学以致用”的意识，对学生树立远大的发展目标极 为有利。 ( 三) 初中物理探究类型 对于探究教学的类型，有着不同的划分标准。根据学习者在活动中自主探究的程度 - l o - 分为不同水平的探究；根据探究活动包含的要素，分为部分探究和完全探究：根据自主 获取信息的现成程度，分为接受式探究和发现式探究。笔者尝试将初中物理探究活动进 行归纳，从物理教学的角度对探究教学进行分类。探究活动的确定要遵循以下原则： 1 以课程标准为依据 全日制义务教育物理课程标准( 实验稿) 中的“科学内容”有物质，运动和相互 作用、能量三个主题，每个主题又是由“内容标准”和“活动建议”组成。在“内容标 准”中明确规定了一些探究的方式，比如“通过实验探究，学习压强的概念”，“通过实 验探究，认识浮力”，“通过实验探究，初步认识声产生和传播的条件”等；在活动建议 中，也提供了一些可以参考的任务和活动，比如“调查社区中噪声污染的情况和已经采 取的措施，提出进一步预防噪声的建议”等。这些都为确定探究活动提供了借鉴和参考。 2 挑战性 探究主题必须带有一定的挑战性，挑战性是学生学习和维持兴趣的关键。 根据维果茨基的“最近发展区”概念，“要使教育对学生的发展起主导和促进作用， 必须确立学生发展的两种水平，一是他己经达到的发展水平，表现为学生能够独立解决 问题的能力水平；二是他可能达到的发展水平，但要借成人的帮助，在集体活动中，通 过模仿，才能达到解决问题的水平。”“”把探究主题设置在学生认知的“最近发展区”， 即“跳一跳才能摘到的桃子”，就会有效地调动学生的内部动机。 3 趣昧性 主题的确定必须围绕着学生的兴趣展开，要与学生密切相关，激发学生的兴趣，才 能调动学生的最大积极性。每个学生的兴趣不同，他们的主题可能也不同，教师应充分 考虑学生的个性差异，根据学生的特点给学生提供帮助，使主题时更具目的性和针对性。 4 体现综合性、生活性、前沿性 综合性是指要有目的将物理学科和其他学科中学到的知识综合起来运用，来解决现 实中的真实问题；生活性与前沿性指根据初中生的年龄等特点，寻找相适应的生活、时 代主题，关注与学生生活密切相关的环境。 依据以上原则，笔者与保定市东方双语学校的初中物理教师，共同找出下列初中物 理探究主题( 物质部分) ，见表2 3 。 实施条件是实现探究教学所需的探究环境，包括时间、空间、资源三个部分。在这 里用来表示所需程度，如下表所示。 1 i 塑j i 盔堂墼窒主堡圭堂堡笙苎， 表2 - 2 实旌条件的类别 泳芝 时间空间资源 l 2 课时相对封闭较少 一周左右实验室、教室和家需要查找部分资源 一周以上各种各样的环境， 开放性的资源。 比如工厂、自然界、 图书馆等 表2 - 3 初中物理探究主题( 物质部分) 科学 实施条件 探究主题( 活动) 内容 时间空间资源 1 讨论塑料、化肥、清洁剂、灭蚊片和农 药等物质对人和环境的影响。 2 调查生活中各类温度计的工作原理，解 释液体温度计中的液体不同的原因。 3 通过实验探究物态变化的过程。 4 运用物态变化的知识，了解高压锅的原 物质的 理。 形态和 5 观察并探究电冰箱中的物态变化，写出 变化 探究报告。 6 通过观察，探究自然界中的霜、雪、雨、 露等天气现象。 7 探究航天技术中的物态变化。 8 当地水资源的利用情况怎样，通过调查 提出自己的见解。 物质的 9 实验探究常用金属和塑料的弹性、硬度。 属性 1 0 实验探究物质的导电性，比较导体、半 导体、绝缘体的不同。 1 1 实验探究理解密度的概念。 一1 2 - 1 2 设计方案，测量常见固体( 香皂等) 和 液体( 牛奶、油) 的密度。 1 3 探究磁性材料都有哪些用途。 物质的 1 4 探究人类探索微观世界、太阳系及宇宙 结构与 的历程。 物质的 1 5 设计实验方案，探究分子间的引力和斥 尺度力。 1 6 收集有关信息，了解半导体材料、纳米 材料、超导体等新材料的应用和发展前景。 新材料 1 7 参观某种材料工厂，了解材料的生产过 及其应 程和应用情况调查这些材料可能造成的环 用 境污染，提出治理设想。 1 8 调查生活生产中都应用了哪些新材料， 弄清它们的名称、用途、特点和属性。 学 分为以下两种方式： 1 实验探究 实验探究是围绕着物理核心概念和规律，根据科学探究的一般规范和步骤，学习者 为获得物理知识和实验技能而展开的一系列探究活动。这类探究主要在教室和实验室进 行，探究目的是初步认识物理基本概念和基本规律，初步掌握实验操作技能，经历观察 现象，提出问题、设计实验，从物理现象和实验中归纳科学规律，激发学生对科学的求 知欲，体验战胜困难，解决物理问题的喜悦，逐步养成实事求是、尊重自然规律的科学 态度。教学组织形式以班级集体教学和班内小组教学为主。所需环境相对封闭，主要由 教师提供相应的资源，实施时间较短。 2 主题探究 主题探究是围绕着一个主题，遵循科学研究的一般规范和步骤，学习者为获得问题 解决能力和创新能力而展开的一系列探究活动。在这一学习过程中，学生在教师的指导 下自主地发现问题、探究问题，从而获得解决问题的方案。在主题学习过程中，重点强 调学生探究闯题、获取问题的解决方法的活动过程。这类探究的空间不确定，探究目的 是尝试用科学规律去解释某些具体问题，能从不同的渠道获取信息，培养初步的信息收 i3 河北大学教育学硕士学位论文 集能力，勇于探索日常生活中的物理学原理，激发将科学技术应用于日常生活、社会实 践的意识，初步认识科学及其相关技术对社会发展、自然环境及人类社会的影响。教学 组织形式不固定，既可以是个别学习，也可以开展班级、校际等多种方式的学习。环境 相对开放，所学资源由教师、学生、家长、专家等共同完成，实施时间视课题而定。 表2 - 4 两种探究类型的比较 泌 实验探究 主题探究 物理核心内容一一物理概念、 与物理有关的生活问题、跨学 适合内容 物理规律科知识、物理前沿问题等主题 经历观察现象，提出问题、设培养初步的信息收集能力，勇 计实验，从物理现象和实验中 于探索日常生活中的物理学 教学目标 归纳科学规律。激发学生对科原理，激发将科学技术应用于 学的求知欲，养成实事求是、日常生活、社会实践的意识 尊重自然规律的科学态度 时间l 2 课时不固定 地点 教室和实验室不固定 资源相对较少开放性资源 组织形式教师指导、学生小组探究不固定 ( 四) 物理探究教学存在问题 通过对保定市部分中学物理新课程的观摩和对物理教师的访谈，发现探究教学在教 学实践过程中存在着学生探究热情不高，教师实施起来难度大等问题，总结原因为以下 几点： 第一，时间问题。探究教学要求学生自己通过探究来理解科学知识，发展探究能力， 它比机械记忆学习或直接传授知识更加费时，学生需要充足的时间来进行探究学习。学 生需要有时间去实验自己的新想法，要给他们留出错误和耽搁的时间，要有时间作沉思 默想，有时间开展讨论。此外，还要给学生留出时间以便他们以不同的方式一一或个人， 或结对，或小组，或全部，去做阅读、实验、思考、记述和讨论等多种多样的活动。传 统的课堂教学只有4 5 分钟，对于教师来说，如何在有限的时间内组织完整有效的探究 教学，是迫切需要解决的问题。面如何将物理探究教学扩展到课外时间，还没有形成一 个统一的思路。 第二，空间问题。教师在安排探究空间时，要确保学生不论如何分组、不论从事哪 种活动都能安全地进行下去，以展示自己的活动成果。而在传统的课堂教学中，教室和 实验室几乎成了实施探究教学的全部阵地。封闭的探究空间不利于激发学生的探究热 情，阻碍了探究教学的顺利开展。 第三，探究资源问题。有效的探究教学离不开必须的学习资源的支持。教师必须设 法支配这些资源，使自己不仅能够选择出最适合的材料，也能决定什么时候、什么场所 和用什么方式来利用这些资源。同时，在探究过程中，学生也要收集资料并对科学现象 作出解释。而在实际教学中，无论是教师和学生都普遍感到现有探究资源匮乏。传统课 堂教学中，作为课本、实验器材的物质资源远远不能满足学生探究的需求，导致一些学 生在探究过程中不求甚解，不能达到提高探究能力的要求。 第四，交流问题。学生之间、师生之间的交流贯穿于探究过程的始终。从提出问题 并对问题进行猜想和假设，到制定计划设计实验，进行数据的收集、分析和论证，到最 后的交流与合作，学生在探究学习的过程中离不开相互交流。 现实中所看到的教学往往是教师作为课堂上的主角来安排好一切，对于学生的失误 冷言冷语，经常造成课堂气氛紧张，挫伤学生的自尊心，打击学生探究的积极性，甚至 导致学生与教师产生敌对情绪。此外，传统课堂上，由于技术条件的限制，交流的方式 以口头表述为主，不能灵活地根据学生能力和学习内容等具体情况采用灵活多样的交流 方式。 通过以上对当前初中物理探究教学现状的分析，可以看出，在传统教学中，教师创 设一个有利于探究教学顺利开展的环境还是力不从心。导致教师对探究教学望而却步。 第三章建构信息技术环境下物理探究教学模式的指导思想 信息技术是关于信息的产生、发送、传输、接受、交换、识别、控制等应用技术的 总称，是在信息科学的基本原理和方法的指导下扩展人类信息处理功能的技术。现代信 息技术主要指以计算机为核心，以数字技术为基础，融合通讯技术和传播技术、能处理、 编辑、存储和呈现多种媒体信息的集成技术。在教育领域，以多媒体技术和网络技术为 核心的现代信息技术已有了长足发展，它在支持学习和教学方面的潜在优势越来越大， 已经成为了教学中一个重要组成部分。信息技术环境下的物理探究教学模式就是在探究 教学思想、理论的指导下，在信息技术环境的支持下，教师在进行物理探究教学的过程 中展开稳定的、具体的教学框架结构，是为发展学生的探究能力、培养其科学态度及精 神，建构起来的一种活动结构和策略体系。构建信息技术环境下初中物理探究教学模式， 应当遵循以下几点： 一、发挥信息技术在物理探究教学中的优势 构建的模式要既能充分体现信息技术的优势，又能解决传统物理探究教学中存在的 问题，不能为了使用而使用技术。信息技术在物理探究教学中有以下作用”1 ： ( 一) 提供丰富开放的内容资源 信息技术作为媒体可以承载和传输各种内容资源，提高了信息资源的丰富性、交互 性、灵活性和开放性。具体形式包括课件、教学资源库、教学素材库、电子教材、电子 书刊、学生自建数据库、数字图书馆、数字博物馆、虚拟科技馆等等。这样的教学资源 能有效克服传统物理教学内容缺乏鲜活时代气息、脱离现实生活的弊端，教学内容更具 时代气息、更贴近生活和现代科技，学生可以很容易获得丰富的、多样化的教育资源， 纳米技术、能源的革命、全息照相等新科技随时可能进入学生的视野。在这一全新的教 学环境中，知识内容呈现开放性，学生能选择不同的内容来构建自己的知识结构，以形 成个体独特的知识体系。 ( 二) 进行及时有效的管理与监控 初中学生思维的独立性还很不成熟，很容易产生片面性和表面性，要积极地引导和 培养学生的学习。信息技术的一项重要功能是支持对学习活动的监控。它可以支持对学 习活动的规划设计，搜集和保留关于学习者学习情况的信息，为学习者提供有效的测评、 反馈和建议，并在必要时进行有针对性的干预和控制。 在新的学习环境中，基于计算机的各种工具可以为初中物理学习的监控提供有力的 支持，包括学习管理系统、电子学档、计算机辅助测验等等，而且信息技术环境更多强 调通过提供关于学习状况的信息和学习建议来促进学习者对学习过程的自我计划、自我 监视和自我调节。 ( 三) 支持学生自主的探究开发 信息技术具有智能性处理、仿真模拟功能和大批量数据存储处理的特性，这些特性 使信息技术作为学生的探究开发工具成为可能。 首先，信息技术作为探究的工具。学生可以运用一些工具软件来探究或解决物理问 题。例如，采用“仿真物理实验室2 0 ”虚拟电学实验，学生可以根据自己的需要随意 组合实验器材，如果组装的过程出现错误，实验现象会告诉学生实验的结果，加深学生 对物理实验的探索兴趣。 其次，信息技术作为开发工具。用于处理文字、数据或多媒体信息的应用软件，多 媒体与网页著作工具，模拟、建模与知识可视化工具等都可以作为学生的开发工具来呈 现学生的学习结果。比如学生可以运用w o r d 编辑实验报告、研究报告，运用f r o n t p a g e 编辑专题网站等。运用这些工具呈现学习作品、学习结果，不仅是对学习的提高与经验 总结的过程，而且是掌握信息技能、形成信息素养的良好途径。 ( 四) 促进灵活便捷的协作交流 信息技术缩短了人与人之间的时空距离，可以实现更便捷、更广阔、更灵活开放的 人际沟通互动。计算机媒介沟通( c o m p u t e r m e d i a t e dc o m m u n i c a t i o n ，简称c m c ) 7 - 具 可以有效地支持人际互动，扩展参与沟通的成员的范围，扩展理解与思想的广度，促进 学生与同伴、教师、专家等人士的跨越时空的沟通交流。通过同步交互( 如网上聊天室、 视频会议等) ，学生能够与身处远方的学生、教师和专家实时交流物理方面的问题，也 可以使用异步交互方式( 如e - m a i l ，b b s 等) 对某个专题展开讨论。根据教学活动的需 要，可以开展教师与学习者群体之间的交流( 即一对多方式) ，也可以开展教师与学习 者个体之间的交流( 即一对一方式) ，更可以开展学习者之间的交流( 即多对多方式) 。 各种方式的交流交互活动，使物理探究教学中的协作学习的广泛全面开展成为可能。 二、抓住探究教学的一般要素 目前一些帮助教师组织和实施探究学习的教学模式已经构建出来，它们都包含探究 的基本特征，旨在使学生参与研究重要的科学性问题，让学生有机会去探究和形成他们 自己的解释，给学生提供科学的解释以帮助他们把自己的解释与之联系。这些模式共有 的一般内容和阶段如下“： i 学生参与围绕科学问题、事件或现象展开探究活动，探究要与学生已有的知识相 联系，教师要设法造成他们的思维冲突，或者刺激他们学到更多知识： 2 学生通过动手做实验探究问题，形成假设并验证假设，解决问题，并为观察结果 提供解释； 3 学生分析、解读数据，并将他们的观点进行综合，构造模型，利用教师和其他来 源所提供的科学知识阐述概念及解释： 4 学生拓宽新的理解、发展新的能力，并将所学