（教育技术学专业论文）应用几何画板促进中学物理新课程标准实施的试验研究.pdf

摘要 在新课程标准实施过程中，物理新课程注重培养学生科学素养，侧重自主学 习、探究学习和协作学习。如何利用信息技术有效地体现新课程标准的理念并促 进课程改革，如何让计算机辅助教学真正走进课堂教学，如何让物理教学软件成 为教学和学习的有力工具，是广大物理教师面临的迫切需要解决的问题。 本研究以建构主义思想为指导，以先进教育理论和教育技术学指导开发物理 教学软件，选择几何画板作为制作物理教学软件的主要平台，采用行动研究、文 献调查、调查问卷等方法，针对接受式学习、自主性学习和探究性学习开展三轮 教学试验研究，探讨利用几何画板制作的物理教学软件在实施新课程标准的应 用，对教学类型、教学特点、操作方法和可实施的教学评价进行了研究。 试验研究的结果表明，用几何画板制作物理教学软件具有不用编程便能完成 编程工作的优势，尤其利于制作和维护物理定量类课件。这类教学软件不但适合 教师用于辅助物理教学，也是学生用于自主性学习的有利工具和丰富资源。借助 于几何画板，以认知理论和教育技术学指导开发物理课件，在物理教学中创设各 种理想的教学情景，能明显地提高物理教学效果，是一种行之有效的学习方式。 此外，用物理教学软件开展科学探究，能有效地引导中学生逐步熟悉科学探究的 过程，丰富初中科学探究活动内容。 本研究提出、设计并试验了一种可操作的利用软件进行探究教学的方式，并 取得了比较好的试验结果。本研究认为，利用几何画板制作物理教学软件在网络 环境下进行教学能有效地体现新课程标准的理念，网络技术与几何画板制作的物 理教学软件相结合，在开放式教学和开展探究性教学活动方面有广阔的应用前 景。 关键词：新课程标准物理教学几何画板网络物理教学软件 a b s t r a c t i nt h ei m p l e m e n t i n gp r o c e s so fn e w c u r r i c u l u ms t a n d a r d ，p h y s i c sn e w c u r r i c u l u ms t a n d a r d p a ya t t e n t i o nt os t u d e n ts c i e n c el i t e r a c y ，e m p h a s i z ep a r t i c u l a r l yo ni n d e p e n d e n t l e a r n i n g ，i n q u i r y l e a r n i n ga n dc o l l a b o r a t i o nl e a r n i n gm a n y t e a c h e r sf a c e dw i t hal o to fp r o b l e m s ，s u c ha sh o w t o u s er rr e f l e c te f f e c t i v e l yn e wc u r r i c u l u ms t a n d a r d si d e a s ，h o wt o m a k ec a lw a l ki n t o t r a d i t i o n a l t e a c h i n g i n d e e d ，h o w t o m a k e p h y s i c s t e a c h i n g s o f t w a r e b e c o m e t h e t o o l o f t e a c h i n g a n dl e a r n i n g g u i d e db ya d v a n c e de d u c a t i o nt h e o r ya n de d u c a t i o nt e c h n o l o g y , e s p e c i a l l yc o n s t r u c t i v i s m ， t h i sr e s e a r c hc h o s eg e o m e t e r ss k e t c h p a da sam a i np l a t f o r m ，u s ea c t i o nr e s e a r c h ，l i t e r a t u r e s e a r c h ，i n v e s t i g a t i o nq u e s t i o n n a i r e a sr e s e a r c hm e t h o d ，a i ma t a c c e p t l e a r n i n g ，i n d e p e n d e n t l e a r n i n g ，i n q u i r yl e a r n i n g ，t h ea u t h o rh a dd o n e t h r e et e a c h i n ge x p e r i m e n t a t i o n ，e x p l o r e dh o wt o u s et h es o f t w a r em a d eb yg e o m e t e r ss k e t c h p a di m p l e m e n t i n gn e wc u r r i c u l u ms t a n d a r d ， e x p m r e dt e a c h i n gm o d e l sa n d i t sm a i nf e a t u r e ，o p e r a t i o nm e t h o da n de v a l u a t i o nm e t h o d t h er e s e a r c hi n d i c a t e dt h a tt h et e a c h i n gs o f t w a r em a d eb yg e o m e t e r ss k e t c h p a dh a s a d v a n t a g et h a ti tc a np r o g r a m b u tn e e d n tu s ep r o g r a ml a n g u a g e ，e s p e c i a l l yf i tf o rm a k i n ga n d m a i n t a i n i n gp h y s i c sq u a n t i t a t i v ec o u r s e w a i t h i ss o f i w a r en o to n l yh e l pt e t h e r st e a c h i n g ，b u t a l s oh e l ps t u d e n t si n p e n d e n t l e a r n i n ga n dc a nn s ea st e a c h i n gr e s o u r c e i nv j n o f g e o m e t e r s s k e t c h p a d ，t h et e a c h i n gs c e n em a d e b yc o u r s e w a r ec a ni m p r o v et e a c h i n ge f f e c to b v i o u s l y i t s a ne f f e c t i v em o d e lo fs e l f - d e t e r m i n a t i o nl e a r n i n g m o r e o v e r , u s i n gt h i ss o f t w a r ei m p l e m e n t i n g s c i e n c ei n q u i r yc a l li n d u c ts t u d e n tg r a d u a l l yk n o ww e l lt h ep r o c e s so fs c i e n c ei n q u i r y , e n r i c ht h e a c t i v i t yc o n t e n to f s c i e n c ei n q u i r yo f j u n i o rh i i g hs c h 0 0 1 t h er a r c hd e s i g na n dt r yo m o p e r a b l ei n q u i r yt e a c h i n gm o d e l a n dg a i nac o n t e n tr e s u l t t h es e a r c hc o n s i d e rt h a tt h es o f t w a r em a d eb yg e o m e t e r ss k e t c h p a db a s e do ni n t e r n e tc a n m a t e r i a l i z et h ei d e ao fn e wc u r r i c u l u ms t a n d a r d ，t h ei d e ac o m b i n i n gi n t e r n e tt e c h n o l o g ya n d p h y s i c ss o f t w a r em a d eb yg e o m e t e r ss k e t c h p a dw i l lh a v ew i d ea p p l i c a t i o np m s p e c t k e yw o r d s ：n e wc u r r i c u l u ms t a n d a r d ，p h y s i c st e a c h i n g ，g e o m e t e r ss k e t c h p a d ，i n t e r n e t ， p h y s i c st e a c h i n gs o f t w a r e 第一章前言 第一节研究背景、现状及问题 一、研究背景 随着人类社会加快步伐向知识经济迈进，人类的生存环境和生活质量越来越 依赖于科学技术的发展及其恰当的应用，如何有效地提高全民的科学素质是科学 教育的重任，基础教育课程改革变成一种国际趋势。美国2 0 0 0 年：教育战略主 张科学主义和人文主义并重，“文化脱盲”与“科学脱盲”并重，科技教育不但适 应现实科技革命的需要，而且要适应2 l 世纪科技发展的要求，科学教育的目的重 在提高全民的科学素养和科技能力，而不是仅仅局限于培养尖端的科技人才。在 2 0 0 1 年6 月基础教育课程改革纲要( 试行) 明确了“建构符合素质教育要求的 基础教育课程体系”的任务，标志我国新一轮基础教育课程改革正式启动，教育 部于2 0 0 1 年制定并公布了全日制义务教育物理课程标准，2 0 0 3 年制定公布普 通高中物理课程标准，义务教育阶段的课程改革实验正在全国大规模展开，高中 阶段的课程改革实验也很快会展开。 从美国和英国有关教育纲领性文件可了解到国际教育改革的发展趋势。从全 日制义务教育物理课程标准( 实验稿) 、普通高中物理课程标准( 实验稿) 、教 育部基础教育司主持编写有湖北教育出版社出版的全日制义务教育物理课程标 准( 实验稿) 解读、人民教育出版社和上海科学技术出版社出版的有关教科书、 教师用书和学生用书可了解国内教学改革新趋势。课程标准要求物理教学在课程 目标上注重提高全体性、基础性、选择性，在课程实施上注重自主学习，提倡教 学方式多样化，在课程评价上强调更新观念，促进学生发展。课程标准对物理教 学提出了更高的要求。 “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 互动的教学方式的变革，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。”物理课程标准对开发和利用信息化、 多媒体课程资源提出了具体的要求和说明。物理教学信息化有利于学生学习物理 知识和技能，又有利于发展学生收集信息、处理信息和传递信息的能力，而这种 能力是课程标准所要求的。通过对国内外有关学术刊物( 如电化教育研究、中 国电化教育、( e d u c a t i o n a l t e c h n o l o g y ) ) 等) 、教育网站和国际国内有关学术会议 ( g c c c e 、i c c e 、c b e 等) 的论文集进行分析，对选用什么平台制作物理课件， 如何有效地使用物理课件辅助开放式物理教学，如何将物理课件制作与科学探究 活动结合，如何将物理课件制作与网络有效的结合等方面的研究极少，对利用物 理课件在课程标准实施过程中的教学设计、教学评价、和教学研究等方面则很少 涉及，缺乏系统的应用研究。 二、现状及问题 传统物理教学重视知识的传授，忽略了对学生学习过程和运用物理知识能力 的培养。在新课程标准实施过程中，物理新教材全面推广使用、物理课程注重培 养学生科学素养，在教学过程中侧重自主学习、探究学习和协作学习，对教师的 教学和学生的学习提出了越来越高的要求。如何有效地制作、选择、收集、分类、 整合、使用和改进多媒体辅助教学用资料，如何使信息技术有效地促进课程改革， 如何让计算机辅助教学真正走进课堂教学，如何让物理教学软件成为教学和学习 的有力工具，成为广大物理教师面临的迫切需要解决的问题。 目前，在教育信息化过程中存在着若干观念上的误区。校园网的功能仅仅是 实现教学管理信息化和信息资源的共享，而忽略了校园网在教学信息化方面的重 要功能。在软件开发和使用方面，特别是物理教学方面，将教育信息化理解成为 计算机取代教师的角色，而忽略了教师在信息加工，使信息形成知识和进一步转 化为智能所起的作用。其原因与广大教师还不能适应迅猛发展的信息技术有关， 只有在大多数教师参与的前提下，教学信息化才能得到充分的体现。 随着信息技术的飞速发展，人们也越来越清醒地认识到，从某种意义上来说， 基础教育课程改革纲要( 试行) 2 0 0 1 年6 月 互联网和教育决定着一个民族整体素质的未来，这两个因素已逐步成为推动社会 经济文化的两个核心动力。在课程标准实施过程中，物理教学过程如何有效地利 用网络教学手段存在一系列需要研究和解决的问题：如何确定教师和学生的地位， 从根本上改变了传统教学中教师的中心地位；如何突出自主性学习的特点，调动 学生学习的自主性，从被动听讲的接受者，转变为主动参与的学习主体；如何利 用网络教学手段将媒体从原来作为教师的演示工具，转变为学生的认知工具；如 何用好网络教学手段真正落实因人旌教的教学原则。用几何画板制作物理课件辅 助物理教学、在物理学科实施自主性学习和开展科学探究活动等方面，具有效果 好并能普及推广的优势。 第二节研究内容 一、用几何画板制作物理课件促进课程标准的实施 目前，人们努力尝试信息技术与物理课程的整合工作。但是，真正能够用于 实际操作、被广大物理教师普遍接受的成熟物理课件并不多，特别是用于自主性 学习、考试复习和科学探究活动方面的课件更是处于严重缺乏状态。我们在对中 学教师进行继续教育的培训实践中也充分体会到这方面的需求越来越强烈、问题 亟待解决。 选择几何画板作为制作物理课件的主要平台是基于以下三个方面的考虑。首 先，在物理教学上如何借助于信息技术更好地建立抽象物理情景，如何提高教学 效率和效果，如何在各种教学环节体现科学探究的各个过程，如何强调以学生的 经验、社会实际和社会需要的问题为核心，如何着重培养和发展学生解决问题的 能力，这些都是当今没有很好解决或处于研究起步阶段的热点问题。其次，课程 标准主张采用多种教学方式，特别是自主性学习方式，强调培养学生的科学素养， 设计可供学生自主选择的物理课程模块，使学生能够自主地、富有个性地学习。 也就是说当前教学改革提倡教学方式多样化，让学生积极参与科学探究过程，通 过多样化的教学方式，使学生能更有效地学习、掌握物理知识与技能。最后，多 媒体电脑、大屏幕投影构成电子黑板和网络技术的逐渐普及，为克服传统封闭式 教学的种种弊端提供了必要的条件。教师在学习、使用、开发、维护、更新现代 教学资源等各环节上，如何利用好现代教学手段和教学资源，更好运用到各个教 学环节上。 本课题研究课件制作如何适应物理课程标准实施，如何有效地和新教材配套 使用，如何满足科学探究活动的要求。利用几何画板制作的物理课件，用动态方 法研究物理过程，用数和形相结合的方法研究物理问题，用虚拟方式模拟和演示 实验仪器和实验本身，能很好的促进物理学科自主性学习和科学探究活动等教学 环节。 用几何画板制作的物理课件不但供教师上课使用，还着重开发供学生自主学 习的课件，针对物理新教材和对科学探究教学活动需要，研制和开发相关的课件， 寻找利用计算机技术和网络技术实现学生自主学习的教学设计和技术解决方案。 另一方面，利用几何画板制作的物理课件构成教学资源库，使资源库不但作 为教学资源的来源，还具备良好的资源的整合功能。如果资源库仅仅提供搜索功 能，教师不能根据具体的教学情况对教学资源进行必要的编辑和修改，会造成使 用者的工作负担，影响他们的使用积极性，从而降低教学资源库的使用效率。在 使用方面，用几何画板制作的物理课件的特性决定了只要求使用者具备普通的 o f f i c e s 软件的使用经验，如熟悉使用p o w e r p o i n t 、w o r d 、f r o n t p a g e 、e x c e l 等通 用教学平台，便可以很好地使用这些物理课件，并能很快掌握物理课件制作的方 法和技能。教学资源库的课件可以让使用者不断地修改和更新，才会有更强的生 命力，才能能够很自然地发挥教学资源库的应有功能。不同的教师，不同的教学 对象，不同的使用时间，选用不同的教学平台，设计不同的教案，具体设计的格 式不同，都会体现出突出个性化的时代特征。此外，通过网络环境下的教学资源 库的使用，可以充分体现学生自主学习的优势，并逐步探索发挥网络环境下协作 学习的优势。 二、网络环境下利用物理课件教学，促进教学改革 课程标准的实施要求物理学科教学更广泛地采用开放式教学方式，更多地进 行科学探究活动，更重视学习过程而不是学习的结果，对物理教学提出了新的和 更高的要求。近年来，为了适应课程改革的需要，在物理教学过程中越来越多地 运用以计算机技术手段和网络通讯手段，现代教育技术已过渡到网络教学( w e b - - b a s e di n s t r u c t i o n ，即w b i ) 阶段，物理教学的网络化体现了现代教育的一大特 征，网络教学代表了现代教育的一个重要发展方向。在物理网络教学中，教师的 角色发生了变化，从封闭式教学模式的知识灌输者，转变为学习指导者。以网络 为依托，由教师、主机、服务器、软件、个人计算机和学生组成一个学习系统， 通过主机控制整个网络的每一个终端，与学生进行教学信息交流，学生在个人算 机前接受教师的指导进行学习，或进行自主性学习。教学活动中，学生利用网络 的交互功能，首先在局域网( 如校园网) 与教师、其他学生进行交流，还能进入 i n t e m e t 网，以寻求更多的教学资源或可利用的信息。 网络教学与传统课堂教学存在着很大的差异，也与单纯的电化教学、和单纯 的c a i 存在本质的区别。网络教学突出学生的主体性，从根本上改变了传统教学 中教师的中心地位；网络教学突出学生学习的自主性，从被动知识和技能的接受 者，转变为主动参与的学习主体；网络教学把媒体从原来作为教师的演示t 具， 转变为学生的认知工具；网络教学更能体现个性化教学，有可能真正落实因人施 教的教学原则。 与传统方法比较，物理网络教学能极大地提高了知识更新速度，能够突破教 育环境的时空限制，能够为学生创设一种更有利于学生对所学知识意义建构的情 景，使学生在特定的接近现实的情景中，主动地获取知识和技能。网络技术与多 媒体技术的成功结合，正在迅速地改变着我们传统的物理教学模式、教学内容、 教学手段和教学方法，并且已经引起了教育思想、教学理论甚至教学体制的深刻 变革。大量电子教材的出版，特别是利用几何画板制作各种针对性的物理课件， 互联网使得大量优秀的教学资源能够做到共享。物理网络教学模式可以是课堂式 的，也可以是个体式的或协作式的；学习模式可以是探究式的，也可以是渐进式 的或跳跃式的。课堂教学可以按照创设网络情境、学生自主探究、学生删上讨论、 学生在线练习和师生共同总结几个环节进行。物理网络教学还有可能更经济和更 有效地应用一对一的教学模式，使因材施教的教学原则得以实现。学生能够按照 自己的计划和目标选择教学内容、台理安排学习时间、有效搜集资料、及时复习 检查、更方便地获得评价和矫正。物理网络教学能极大地调动学生获取知识的主 动性和积极性，同时还能够培养学生的创新精神和实践能力。 三、论文研究的基本内容 本论文是在参与三项科研课题基础上完成的。在参与全国教育科学“十五” 规划教育部重点课题“网络教学的设计与评价研究”子课题的研究工作中，主要 实验学校是广州市恒福中学，研究的问题是“在网络环境下使用几何画板促进物 理教学”。在参与广东省教育科学“十五”规划项目资助课题“中学物理微型课 件及其应用研究”和参与2 0 0 3 - 2 6 全国物理教育科研资助课题“微型物理课件 制作与应用研究”中，主要实验学校是广州市第四中学，其重点关心的问题是。用 几何画板辅助物理教学”。通过教育试验，研究和探讨用几何画板教初中或高中物 理的理论性和实践性问题，探索用几何画板教物理的优势、方法、存在问题、解 决问题策略和给出具体的建议。 本试验研究目标： 1 探索利用几何画板制作物理课件进行教学的各种方式和方法，以促进课程 标准的实施； ( 1 ) 试验用几何画板辅助物理课堂教学，属于较低级层次应用研究； ( 2 ) 网络环境下设计并研究用几何画板制作物理课件在自主性学习上的应 用，属于较高层次应用研究； ( 3 ) 网络环境下设计并研究用几何画板制作的课件开展科学探究活动，是更 高层次的专题性研究。 2 在建构主义指导下，探索用几何画板制作物理课件的教学设计思想； 本试验解决的难点： ( 1 ) 探讨制作物理课件的教学设计方式，以适应课程标准实施的需要； 7 ( 2 ) 探讨用几何画板教物理的各种教学策略和方法； ( 3 ) 解决信息技术与物理教学整合的关键问题如何有效推广和普及物理 课件制作及使用； ( 4 ) 探讨通过网络或教学信息库特别是利用几何画板制作的物理课件促进多 种形式的物理教学，提高自主学习的效率，并推动科学探究活动的开展。 第三节研究步骤与方法 本试验研究分五个阶段进行，第一阶段为准备阶段。第- - n 第四阶段为试验 阶段，采取行动研究方法，“强调教育实践与科研的动态结合，强调专家学者和教 育一线实际工作者的合作，在实践过程中解决实际问题，一改善教育环境，提高 教师和教育管理人员的教育实践及其对自己实践工作的认识。”f “。第五阶段是总 结阶段。 第一阶段： 作为广东省教育科学“十五”规划项目( j y a 0 2 0 5 8 ) “中学物理微型课件及 其应用研究”主要成员，作者通过“文献调查法”和“下中学调查”全面了解物 理课件制作和应用上的实际情况。2 0 0 2 年3 月一l o 月，到南海一中，广州四中， 花成中学等若干中学开展调查，了解物理课件制作和信息技术与物理教学整合的 现状和需要解决的问题。 在调查中发现，普及物理课件制作和应用物理课件都存明显的不足，物理课 件制作似乎更具有参与教学比赛和公开课的意味。由于物理课件涉及大量定量编 程技巧，教师制作课件难于普及。在维护、使用和修改物理课件环节也缺乏第一 线任课教师的参与。是否能够做到不编程或少编程便能实现制作物理课件，选择 几何画板作为物理课件制作平台，采用现代编程的基本思路，利用草稿纸加计算 器的编程方法，有望解决由于物理课件制作而难于大规模普及的问题。在这一阶 2 】李克东教育技术研究方法论2 0 0 3 年4 月 段，还重点探讨用几何画板制作物理作课件基本方法和技巧，系统解决高中阶段 主要教学内容课件制作的方法。 第二阶段： 在解决物理课件制作方法的基础上，探讨在短时期内培训教师掌握用几何画 板制作及使用物理课件的方法。在这一阶段重点解决用几何画板辅助物理课堂教 学，2 0 0 3 年2 月一5 月广州市第四中学教学试验，也是行动研究的第一阶段。 依据现代教育思想和建构主义学习理论，深刻理解用几何画板制作的物理课 件在课堂教学的基本特征，从理论上确立物理课堂教学所需要的教学策略与存在 问题，加深对用几何域板制作物理课件和用几何画板教物理规律性的认识。 设计教师的调查问卷，向有关教师发放问卷，并通过召开学生座谈会，收集 对用几何画板制作物理课件在辅助课堂教学的基本态度。 第三阶段： 在李克东教授的指导下，参与全国教育科学“十五”规划教育部重点课题“网 络教学的设计与评价研究”子课题的研究工作，尝试用几何画板制作物理课件与 网络技术相结合，进行高中物理课堂教学和研究性学习的试验研究。2 0 0 3 年5 月 一7 月在广州恒福中学和广州四中教学试验，也是行动研究的第二阶段。 以高中物理平抛运动复习课为教学试验内容，设计用于复习课和研究性学习 的专门网页，用自主性学习方式完成该单元的复习课教学内容，并让部分学有余 力的学生自主选择研究性学习的内容。 设计教师和学生的调查问卷，向有关教师和学生发放问卷，收集对用几何画 板制作物理课件在自主性学习中教师和学生的基本态度。利用调查评议法归纳出 他们对该种教学策略设计的评价，并进行分析和探讨。 第四阶段： 为了促进课程标准的实旌，以初中物理新教材长度测量为教学试验内容， 2 0 0 3 年7 月9 月广州恒福中学和广州四中教学试验，也是行动研究的第三阶段。 采用在教师指导下利用课件开展有关长度测量的科学探究活动方式，由试验 9 者和教师一起设计网络环境下自主探究式学习个案，制作相关课件和专用网页， 设计教师和学生的调查问卷，向有关教师和学生发放问卷，收集对用几何画板制 作物理课件在开展探究性教学活动中教师和学生的基本态度。利用调查评议法归 纳出他们对该种教学策略设计的评价，并进行分析和探讨。 第五阶段： 综合前四阶段的研究结果，得出研究结论和建议2 0 0 3 年7 月一1 0 月，分析 和总结教学试验，得出相关的研究结论，给出建议，并完成论文初稿。 行动研究三个阶段的要点表述： 阶段时间目的与内容行动观察思考 第0 3 年2用几何画板辅助教学设计课堂行为观察学生、相关 一阶段月一5“简谐振动”课 制定策略问卷调查 教师和研 月堂教学究者反思 教学试验教师教学日记 和总结 第 0 3 网络环境下自主教学设计课堂行为观察学生、相关 二阶段年5 月性学习 制定新教学问卷调查 教师和研 究者反思一7 月 用几何画板教学方式和教案 教师教学日记 和总结 平抛运动复习课教学试验 第 0 3 网络环境下科学教学设计课堂行为观察学生、相关 三阶段年7 月探究性活动 制定探究性闯卷调查 教师和研 究者反思叫月 用几何画扳教学活动方案 教师教学日记 和总结 长度测量教学试验 第二章理论分析 第一节建构主义理论 1 0 建构主义是认知学习理论的一个重要分支。由于信息技术的有效性，信息技 术与教学整合特别适合于实现建构主义学习环境，因此建构主义已经成为教育改 革的主流理论。 建构主义强调设计学习环境，而不是说教性的教学顺序，也就是认为学生学 习科学知识是不能用权威的方式传授的，应该经过一个自我建构的过程。这一点 对于课程、教材、教学模式和教学资源的设计和选择有重要的指导意义。 在建构主义思想指导下可以形成一套新的比较有效的认知学习理论。学习是 学习者根据自身经验去建构有关知识主动建构知识的过程，而不是将课本和教师 的知识装入学生头脑中的过程，或者说不取决于学习者记忆和背诵教师讲授内容 的能力。所谓建构知识不是一个简单的信息的输入、存储和提取过程，而是在具 体情境下新旧经验之间的双向相互作用过程。在学习过程中，教师是学生完成知 识建构的指导者、帮助者、促进者，而不是按传统意义理解的知识的传授者与灌 输者。 根据建构主义理论，在学生在学习过程中强调对所学习的内容要提出各种问 题和假设，主动去搜集并分析有关的信息和资料，并努力加以验证，把当前学习 的内容尽可能和已有个人经验相联系，并对这种联系加以认真的思考。强调学生 对知识的在发现和事物规律的探究。教师的角色更多地表现在如何激发学生的学 习兴趣，如何帮助学生形成学习动机，如何通过创设符合教学内容要求的情境， 如何在适当的时机提示学生完成新旧知识之间联系，如何帮助学生建构当前所学 知识的意义。 从建构主义理论出发，可以对学生学习结果得出新的理解。教师和学生不是 知识装载关系，由于学习者的原有经验不同，知识建构方式也因人而异，从而导 致了同一学习情境中接受同样的新信息，不同学生也会获得不同意义知识建构， 也就是取得不同的学习结果。因此，传统教学沿用可以通过文字或语言准确无误 地将知识传递给学生便是一种误解。承认由于不同学生理解同一教学内容的不同 这一事实，不但为教学设计提供了重要的依据，还为学生之间的讨论和交流，形 成合作学习气氛提供了理论依据。 在现代教学过程中包含教师、学生、教材和媒体四个基本要素，如何使这四 个要素在教学过程中彼此相互联系、相互作用形成一个有机的整体，如何在建构 主义学习理论提倡的学习方法指导下，完美体现教师指导作用和以学生为中心的 学习，出现了各种成功的“教学模式”，其中包括“支架式教学”、“抛锚式教学” 和“随机进入教学”等。 传统教学模式存在种种弊病，将教师的主导作用任意夸大并绝对化是问题的 关键。当前采用建构主义理论指导下的若干新型教学模式，其核心是强调学习的 自主性、社会性和情境性，采用探究学习和合作学习方式，强调探究问题而不是 了解问题的答案；是在情境中理解而不是追求记忆；是促进学习的合作、互动和 分享思想而不是无益的竞争。 第二节中学物理课程标准 “传统的科学教育以传授自然科学知识为主，即向学生讲授自然科学的一般 规律，把大量的知识灌输给学生。而现代科学教育观点认为，科学教育除了科学 知识的传授和技能的训练外，还应重视学生探索兴趣、能力、良好思维习惯与创 新意识等的培养，使其树立正确的科学观，即从强调科学知识内容获取向理解科 学过程转变，从强调单纯积累知识向探求知识转变的科学观。”1 2 0 0 1 年制定并 公布的全日制义务教育物理课程标准体现了学科本位向学生本位转变趋势， 改变了传统过于注重知识传授的倾向，使获得双基的过程同时成为学会学习和形 成正确价值观的过程。过去课改的重点在表现在学科内容本身，强调前沿、新、 难，繁、偏，其目标是培养少数精英，课程标准注重提高国民素质，强调全民教 育和终身教育。 在规定课程内容方面，标准由科学本位向科学与人文整合转变，不过分 追求逻辑体系的完整性和知识的严密性，不以物理学本身的内容、结构为出发点， 而是首先考虑公民科学素质的提高，引进新的前沿，保持最基本根基，精选终身 学习必备的基础知识和技能。标准以物理学的内容作为素材，强调从生活走 【3 】物理课程标准研制组，物理课程标准解读，湖北教育出版社，2 0 0 2 年6 月 1 2 向物理，从物理走向社会，使学生获得终身学习的兴趣、习惯及一定的学习能力， 帮助学生树立科学的价值观：而不是向学生全面地介绍物理学。 在课程内容方面，标准强调科学探究过程，注重学生经历科学探究过程 学习科学探究的方法，从而培养学生的科学探究精神、实践能力、创新意识；改 变以书本为主、实验为辅的传统教学模式，提倡多样化的教学方式和学习方式。 引导学生利用已有的知识和经验，积极利用并开发信息化课程资源，主动探索知 识的发生与发展，同时也应有利于教师创造性地进行教学。 在义务教育阶段的物理课程中，不但要使学生学习科学知识，还必须使学生 学到获取知识的方法、增强探究未知世界的兴趣和能力，树立对于科学本质的理 解和科学价值观。标准十分强调科学探究的学习，将科学探究和科学内容并列 的，提出了科学探究的主要环节、探究能力的表现，以及探究教学的形式。 注意学科之间的相互渗透，关心科技发展，注重科学技术与社会的关系，是 当今世界科学教育的一个大趋势，标准在规定教学内容和活动建议时在这方面 有充分考虑。 在评价方面，标准不以甄别和选拔为评价的主要目的，在新的评价观念的 指导下，构建多元化、发展性的评价体系，以促进学生的全面发展。标准小赞 成以知识考查为核心，不赞成把书面考试作为惟一的评价方式，倡导对学生学习 的各方面进行档案式的评价，重视学生在活动、实验、制作、讨论等方面表现的 评价：主张终结性评价和形成性评价并重。 第三节以先进教育理论和教育技术学指导开发物理教学软件 目前，物理教育理论已经从过去的行为主义向认知主义过渡，相应的物理教 学软件开发也必须以在先进的认知学习理论，特别是建构主义学习理论来指导， 其最突出的特点是不仅强调学习内容，而且关心学习的过程；不仅是传授知识， 更关心学生的知识建构；不仅要辅助老师教学，还要指导老师如何进行教学。不 仅要涉及书本已有的教学内容，还要提供书本以外的教学内容，强调多种教学形 式，给教师和学生提供足够的发挥的余地，达到“教无定法、学无定式”的效果， 充分体现信息时代个性化教学特点。 追究以往物理教学软件教学效果不好、质量不高的原因，突出表现在以下几 点： 1 还是以应试教育为主，习惯于封闭式教学模式，不重视以学生为主体的学 习方法； 2 不重视在物理教学软件上如何体现先进教育理论； 3 滥用多媒体，形成一种似乎媒体越多越好的趋势，而忽略了物理教学抽象 思维的麻用； 4 仅仅把机器的智能纳入到传统教学中去，而不是把人和机器看成是一个系 统工程，对解决人脑与机器智能的结合的研究注意不够。 设计理想的教学环境，物理课件制作必须充分注意体现新教育技术的交互性、 多样性、超文本特性和网络特性。 所谓交互性是利用人机交互性激发学生的学习兴趣。物理课件充分利用视听 合一与交互功能结合在一起，产生出一种新的图文并茂的、丰富多彩的人机交互 方式。能有效地激发学生的学习兴趣，形成较强的学习欲望，从而形成学习动机。 利用交互性有利于发挥学生的认知主体作用。传统的教学过程是以教师为中心， 教师采取满堂灌的方式教学，学生只能被动地参与整个学习过程。在交互式学习 环境中学生可以按照自己的实际情况和学习兴趣来选择所要学习的内容。此外， 交互性还有利于发挥教师形成适当的教学策略。物理教学软件如果设计更周到， 应考虑到教学策略选择空间，为教师提供诸如教学策略、探究性教学策略、提问 式教学策略。 所谓多样性是通过物理课件向学生提供多种外部刺激，而不是单一的刺激。 对人类获取的信息主要信息来源视觉来说，针对同一个教学内容可以设计不同颜 色、不同形态、不同动作效果、不同角度、不同显示比例的画面，使看得见的形 象思维过程变得多样化。不但能看得见，还能听得见，还能通过教师的讲解和学 生自己动手操作，达到人脑与机器智能的完美结合。这样通过多样化的感官刺激 所获取的信息量，是对传统教学方式极大变革，以利于学生用来完成知识的建构。 所谓超文本特性是一种模仿人脑的联想思维方式，采用网络系统结构、以非 线性方式进行信息和知识管理。物理课件通过超文本方式展现在学习者面前，传 统的线性式阅读发生了重大的变革，学习过程再也不是从头到尾按部就班的学习 过程，学生可以不依据顺序，也可以不依据索引，而是依据课件中的内容和要点 形成学习先后的联系。物理课件的使用和管理除了按习惯的物理课本的章节顺序 管理外，还可以用超文本中的节点( n o d e ) 和连接( 1 i n k ) 方式辅助甚至替代管理。从 认知心理学观点考虑，从一个主题或概念转移到另一个相关的主题或概念，这种 方式是符合人类思维习惯的，与人脑具有所具有的联想特征相符合。不论是学生 选择学习内容还是教师选择教学策略，以非线性、网状结构组织管理信息要优于 按传统线性的、顺序结构组织管理信息。 所谓网络特性是通过校园网以物理课件的形式向学生提供大容量、大密度的 有用信息和知识，在发挥教师指导作用的前提下，引导学生适应自主性学习和开 展探究性活动等教学方式。如何利用网络这个世界上最大的知识库、资源库，培 养学生的信息能力( 包括信息获取、信息分析与信息加工能力) ，那是更高层次上 的开放式教学和研究性活动。 第三章“用几何画板辅助简谐振动课堂教学”个案试验研究 “几何画板”是人民教育出版社和全国中小学计算机教育研究中心于i 9 9 3 年联合从国外引进的工具平台类优秀教学软件。该软件功能强大，能方便地用动 态图形方式表现对象之间的关系，采用现代草稿纸加计算器的编程思想，可以不 做传统编程工作便能完成编程。由于该软件具有易于学习和掌握，使用和维护方 便，不但适合制作数学课件，还是制作和使用物理课件优秀的工具平台。教师利 用几何画板既可根据自己的教学需要修改、编制和开发物理课件，还便于学生进 行自主性学习。由于几何画板既能创设建构物理知识的理想情境，又能让学生主 动参与，能有效地激发学生的学习兴趣，能用形象的方式表达抽象的物理规律， 从形象物理过程很好地过渡到抽象的思维过程，使相当部分学生从害怕、厌恶抽 象物理问题变成喜爱。此外，让学生通过做虚拟实验学习物理学，不仅使学生的 逻辑思维能力、空间想象能力和运算能力得到较好的训练，还能有效地培养了发 散性思维和创造性思维。为了检验用几何画板教物理的教学效果，并试图探索出 用几何画板教物理的一般方法，作者在广卅i 市第四中学开展了用几何画板辅助物 理课堂教学的试验研究。 第一节实验研究概述 一、研究目的 本阶段研究主要目的是如何用几何画板辅助物理课堂教学，即如何借助于几 何画板，以认知理论和教育技术学指导开发物理课件，在物理课堂上创设理想的 教学情景，提高物理课堂教学效果。判断改善课堂教学的效果有必要从学生和教 师两种角度来判别，从教师角度看，关键问题是利用几何画板制作物理课件是否 容易普及；从学生角度看，关键问题是几何画板制作的课件是否有利于学生知识 的建构和素质能力的培养。 二、研究样本的选择 1 选择学生对象，熏点了解用几何画板辅助物理教学的教学效果。所选择的 学生为广州市第四中学高一( 5 ) 班，学生共4 9 人。该学校是省一级学校，不但 属于信息化程度比较高的地区，而且在信息化教学上做得比较出色。但是，该学 校物理教学信息化方面与大多数相同类型学校一样，面临硬件解决后软件和物理 教学设计整体相对落后的状态。 2 选择物理教师对象，重点是了解用几何画板辅助物理教学能否解决课堂教 学中的重点、难点问题，用几何画板辅助物理教学是否能普及的问题。所选择的 教师对象为广东教育学院o o 物理函授本科班6 9 人。该班学生是目前在广东省各 地区在职的高中或初中教师，有来自信息化程度高的发达地区，也有来自基本信 息化程度相当低水平的地区。该批教师通过3 6 学时培训，在学习由彭哲方编著电 1 6 子工业出版社出版的用几何画板制作微型物理课件后，进行有针对性的问卷 调查。 三、研究方法与设计 根据中小学教学研究的实际特点，在实验研究过程中采用行动研究、问卷调 查、访谈等研究方法。本试验研究是行动研究的第一阶段，时间为2 0 0 3 年2 月一 5 月进行。 在广州第四中学进行的试验，选择对信息技术比较了解的任课教师，参加广 东教育学院o o 物理函授本科班用几何画板制作微型物理课件课程的学习，使 具备能够利用用几何画板制作微型物理课件一书介绍的一般方法制作和修改 物理课件，选择高一物理“简谐振动”一节的教学内容，教师根据教学大纲选择 适当几何画板课件，进行必要的知识结构设计，与其他电子文本一起构成“堂件” 用于课堂教学。在完成课堂教学后并组织相关教师和学生座谈，了解试验结果。 在广东教育学院进行调查研究，接受调查的教师在试验前基本不了解几何画 板制作物理课件的方法，经过3 6 学时的培训后，马上进行问卷调查，并组织部分 教师座谈，了解试验结果。 第二节教学试验研究 一、简谐运动教学设计要点 1 。目的要求 知道什么是机械运动，简谐运动 掌握简谐运动中的位移，速度，回复力和加速度的变化规律 掌握简谐运动中回复力的特点 2 重点难点 重点： 简谐运动中有关物理量的变化规律 简谐运动回复力的特点 难点： 区分简谐运动中位移，速度，加速度的变化规律 如何证明一个物体的振动是简谐运动 3 教学法 实验观察法，启发式教学法 4 课堂教学实施设计 4 1 引入课题 4 2 讲授新课 ( 1 ) 机械振动的概念： 几种生活现象的短片演示。思考：物体的运动有什么特点呢? 演示实验：弹簧振子的运动，摆球的运动。 帆械振动的定义：物体在平衡位置附近所做的往复运动，叫做机械振动，简 称振动。 机械振动的条件：受到回复力的作用 归纳出：小球做往复运动是有一个力的作用，这个总是指向平衡位置的，我 们称之为回复力。回复力是效果力。 ( 2 ) 简谐运动 演示实验 用电脑演示虚拟弹簧振子( 通过按钮，可以显示和隐藏位移、速度、加速度、 力、一个振动周期、1 4 振动周期和振动曲线等，如图1 所示) 。 振子的平衡位置 取齐孵矛 做往复运动 受力分析：重力和拉力弹力对物体的运动的影响，弹力的方向是怎样的 总是指向平衡位置。 弹簧振子受到的回复力f k x( 胡克定律) 定义：物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回 复力的作用下振动，叫做简谐运动。 用表格来分析简谐运动。 课后练习 二、问卷调查表 关于用几何画板制作微型物理课件课程调查问卷参见附录一。 第三节个案评析 一、对学生和教师的调查结果 本次试验的目的仅仅要求用几何画板辅助物理教学，仅仅关注在课堂教学中 较好地讲授物理知识。有关调查结果统计分析如下： 1 学生调查结果 根据座谈会调查得到的结论：学生普遍存在的对几何画板辅助物理教学持赞 许态度，多数人认为用几何画板制作的物理课件辅助高中物理教学，从形式上易 于接受，从教学效果上能解决课堂教学中的重点及难点问题，用课件形式表示的 物理规律或物理过程易于理解，与流行使用f l a s h 后a u t h e r w a r e 为平台制作的课件 无本质上区别。 2 教师调查统汁结果 根据调查统计得到的结论：教师多数人认为学校信息化教学设备是迟早要解 决的问题，甚至感受到了信息化教学对现代教师提出了更高的要求迫切性，普遍 存在的对几何画板辅助物理教学寄予极大的期望，通过短期培训增强了开展物理 信息化教学的信心，对用几何画板制作物理课件