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计算机辅助物理教学模式探讨朱峰 指导教师：熊天信摘要：当前，计算机技术的飞速发展，给我们的日常生活带来了巨大的影响。随着计算机技术不断的渗透到教学领域，将计算机与教育结合起来已成为当今世界教育发展的一大趋势。本文旨在探讨计算机技术与物理教学相结合的新型教学模式。关键字：计算机 物理 教学模式21世纪是计算机时代，为物理课堂教学提供了许多有利的资源，与此同时现代的建构主义理论的发展也为物理教学提供了新的理论视角，建构主义理论认为：知识是由个体主动建构获得的。现代计算机技术的迅猛发展以及知识理论的不断更新，已给传统的教学模式造成了不可小觑的挑战，但同时也为物理教学的发展提供了许多有利的条件：计算机现代教育技术，为建构主义理论在教学中的实施提供了可能。紧跟着时代步伐，在基础物理课程新一轮的改革标准中已明确提出，要将计算机现代教育技术引进物理课堂，提倡整合教育技术和学科课程。现在教育学理论认为教学的本质是教师的教和学生的学的双边互动、交流的过程，然而物理学科又不同于其他的学科，它具有较强科学性、抽象性等特点。怎样利用好计算机技术，发挥其不可比拟的优越性，服务于物理课堂教学，我们需要来探讨一下计算机技术辅助物理课堂的教学模式。第一章 计算机技术与教学模式1.1计算机技术1.1.1计算机技术的概念计算机技术主要是指以计算机为核心，融合现代网络通讯和传播技术，编辑、处理和储存并呈现多媒体信息的集成技术。其中多媒体信息通常包括文本(text）、图象(images)、声音(sound) 、视频（video）和动画(animation)等。现代计算机技术使集成的多媒体信息具有多样性和人机交互性等特点，在表现形式上具有新颖性和趣味性等特点，并且能够以一种全新的、形象生动、图文并茂的形式予以再现，充分发挥现代计算机技术的优越性，可以为学生提供丰富多彩的教育环境和有用的学习工具，能开阔学生的知识眼界，启发学生的形象逻辑思维，加深学生的理解记忆，激发学生的学习热情，改善其认知方式方法，大大提高其学习的效率。1.1.2计算机技术在物理教学中的功能计算机多媒体和Internet网络技术，可以将文本、图象、声音、动画、视频等多媒体信息在人机交互界面上整合，并且可以根据需要生成平面的或立体的场景。对信息的智能化处理、有机整合、高速传输以及人机交互等功能远远超出了传统的纸介传输信息的功能，在技术层面上突出了以下几大功能:利用现代计算机技术所具有的对声音、图文、视频动画等多媒体信息的综合处理能力，通过将多种媒体信息有机整合融为一体，实现可听、可看的表达效果，帮助学生创造发现问题、提出问题的良好学习情景。现代计算机技术可以将微观的物理过程实施宏观的形象模拟、将宏观场景进行缩微处理、将瞬变过程定格分解、分析，进而能为物理课堂教育提供变抽象为形象具体、变动态为静态、化枯燥无味为趣味生动等优势，有助于学生学会合作探求、自主学习，创设建立认知结构并主动探索解决问题方法的探究情景。利用现代计算机技术所具有的对教育信息的交互性、智能性处理能力，通过对教育信息的及时收集和反馈，能为调整物理教学过程的节奏和进程、实现因材施教提供有力的保障。利用现代计算机网络技术，通过对网络多媒体信息资源的共享，进一步丰富教学资源，能使物理教学过程从局限在课堂中的封闭性走向开放性，以达到最优化的教学效果。1.2教学模式1.2.1教学模式的概念教学模式可以定义为是在一定教学思想或教学理论指导下建立起来的较为稳定的教学活动结构框架和活动程序。作为结构框架，突出了教学模式从宏观上把握教学活动整体及各要素之间内部的关系和功能；作为活动程序则突出了教学模式的有序性和可操作性。1.2.2传统的物理教学模式近现代我们国家传统的教育又称“应试教育”，这种教育方式在知识的传授方面有着比较明显的优势，它可以让学生在较短的时间内习得系统的科学文化知识，但是对新时代学生的培养不只是单纯地传授知识，而应该知识，能力等各方面的，这样传统的教学模式就存在着一些不足，学生各方面素质的发展，与新课程标准的要求也相去甚远。传统的物理教学模式对学生的侄桔主要表现在以下几个方面:(1)把知识当成教条定论；(2)轻视学生已有的认知能力；(3)忽视学生之间的个体差异；(4)教学过程过于简单；(5)把学习过程简单的等同于知识的灌输过程。以上侄桔导致的后果是:学生对学习比较茫然、缺乏兴趣；学习不具有独立性和自主性；对所学的知识不会灵活迁移运用；逻辑思维能力比较薄弱。无疑，传统的物理教学模式已经不能适应现代教育信息化发展的步伐，不能达到新课程标准的要求。时代的要求，教育的进步时刻在呼吁计算机技术在物理教学中的应用。第二章 计算机辅助物理教学模式的构建2.1新型教学模式的提出2.1.1计算机技术在物理教学中的现状计算机辅助于物理教学确起对教学起到了一定的促进作用，但是在引入推广的过程中还是存在着一些问题。近些年来，随着教育经费的增加，有很多的学校在现代化教学设备的配置上有了非常巨大的改观，很多学校在每个教室都配置了整套的计算机多媒体系统，然而在实际使用的过程中，从绝大多数学科教学来看，计算机的应用只是停留于辅助教学的表层。例如所谓的“课件”还是仅仅以讲授型、展示型为主，没有从本质上改变教学的方式。CAI多媒体内容只是把抽象的形象化，让一些不生动的生动起来，比如在物理教学中通过简单模拟的方法让电子的运动可视、让波的传播过程以每个质点运动的方式呈现，如此等等，仅仅使得物理教学过程更加具体化、定格化，更有甚者仅是把原来黑板换成了“白板”、把手写换成了投影。这种方式并没有突破传统的教师讲、学生听的传递式教学，所以只是传统教育的一种补充、改进和完善。某些多媒体课件甚至使灌输式教学更高效，这样的现状使计算机技术在物理教学中走入了误区，从教育目标土看是方向的迷失，从教育成本上讲是资金的浪费。实际上计算机技术在物理教学中的应用，其本质是要改变教学中的呈现方式、教学方式、学习方式和师生互动方式。2.1.2中学物理学科特点及新课程标准2.1.2.1中学物理学科特点从物理学形式和发展的过程，以及它的严密科学理论体系可以分析出物理学具有以下的特点: 物理学是一门以观察和实验为基础的学科；物理学是一门普遍使用的基础学科；物理学是一门结构严谨的自然学科；物理学是一门具有方法论性的学科；2.1.2.2新课程标准基础教育课程改革纲要(试行)中指出，要逐步实现教学内容的呈现方式、学生学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥计算机技术的优势，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。物理学作为一门基础自然科学，物理实验是基础，物理概念系统(包括定律和原理)是主干，而物理教学则起着表述形式的作用。正是因为物理学找到了实验、逻辑形式和教学正确结合的途径，才得以逐渐发展成为推动科技发展乃至整个人类社会发展前进的重要动力。普通高中课程方案(实验)中指出，为实现高中培养目标，普通高中课程要“引导实践与创新，创造有利于学生主动学习的课堂实施环境，提高学生自主学习、合作学习、交流合以及分析问题和解决问题的能力”。根据这些要求，在高中物理教学过程中，自主学习、合作探究学习和研究性学习三种学习方式就显得尤为重要，这三种学习方式亦是此次基础教育课程改革中极力倡导的。华东师范大学庞维国教授在其著作自主学习一书中对这三种学习方式系统地阐述了它们之间的联系和区别，他认为学生在实际的学习情境中，这三种学习方式存在着一种相互支持、互为补充的关系。简单点说来就是首先鼓励学生对学习内容进行自主学习；如果自主学习过程产生了疑问，就鼓励开展个体研究性学习；如果个体研究性学习还不足以解决问题，那么就继续开展小组或集体合作的探究学习，直至把问题解决。图一 自主学习、研究性学习及合作学习之间的关系没有疑问掌握产生问题研究性学习自行探究解决掌握自行探究未解决合作探究解决图一自主学习以网络和多媒体为核心的现代计算机技术运用于物理教学，使得物理教育模式得到变革，不仅激发了学生的学习兴趣，提高了学习的主动性，改变了学生的学习方式，大大的提高了学生的学习效果和学习效率，扩展了学生的逻辑思维空间和增强了灵活运用知识的能力，这些都是传统物理教学模式难以达到的。传统的物理教育模式已经不能适应计算机时代的教学，中学物理教学要取得更大的进步，务必就需要建立再计算机技术辅助下的新型的物理教学模式。2.2计算机辅助物理教学的新型教学模式2.2.1新型的自主学习模式自主学习是与传统的接受学习相对应的一种现代化学习方式。以学生作为学习的主体，通过学生独立的分析、探索、实践、质疑、创造等方法来实现学习目标。庞维国教授将“自主学习”概括为:建立在自我意识发展基础上的“能学”；建立在学生具有内在学习动机基础上的“想学”；建立在学生掌握了一定的学习策略基础上的“会学”；建立在意志努力基础上的“会学”。由此可见，自主学习应在激发学习积极性、发挥学习的能动性及促进学生的自我认识和调控能力等方面体现学习的主体意识和自主意识。此种教学模式利用计算机技术进行创设发现问题的学习情境，有效地激发学生的学习兴趣和学习自主性；利用计算机技术创设具有开放性、交互性、智能性等特点探究问题情境；利用计算机技术为学习者构建 “及时评价”的学习情景，使学生能对学习及时进行评价，促使学生对自己的学习过程和学习结果进行自主反思，并且通过重新调整自己的学习节奏和进程来纠正错误认识，保持学习的进取性和持续性。这要求教师在教学设计时，根据学生的认知特点，通过计算机来精心设计、选择、组合相关的信息，传递的形式和内容，使学生不断基于新信息和原有经验进行综合、概括、解释，从而达成有效的知识建构，完成自主学习。图二 自主学习模式流程图设疑激趣，确定目标。创设情境，自主学习。及时反馈，评价学习。实际应用，教师总结。图二 该模式通常利用Dreamweaver、FrontPage或Myeclipse等网页制作软件把教学内容设计成网页形式，并共享发布在校园网上，这相对于传统的教学模式在充分发挥教师主导作用的同时更为突出学生的主体地位，由此教师、学生、教学媒体等教学要素地位发生了改变。首先在这种教学模式中，教师一般是作为组织者、引导者、促进者，教师的主导作用主要地体现在资源的组织和设计上，在学生学习的过程中教师主要是来促进学生的学，而对学生的控制和支配变得比较少。其次，学生处于主体地位，学习的主动权掌握在学生手中，学生通过教师提供的物理课程资源，其中包括计算机的仿真模拟以及互联网信息来开展自主探究和学习，完成学习任务。最后，根据物理学科的特点，在该模式中更多使用了通过Flash、Authorware、Java、几何画板等软件编制的物理互动课件。学生通过改变课件参数来控制模拟的内容和展现的时序，通过信息双向传输与课件进行互动。互动课件可以创设在不同条件下的现象和并输出不同的结果，有利于学生在比较中发现物理现象和探究物理定律、原理，是学生学习的有力工具。计算机丰富了物理教学内容，突破了知识内容来源单一的限制，与其相关的资源也丰富了封闭的、孤立的课堂教学，大大扩充了教学知识的容量。学生之间、师生之间的双向地讨论和交流也成了物理课堂教学的资源，促进学生了的自我反思。2.2.2新型的合作探究模式在物理学习的过程中，若采取个人自主学习方式时，对于抽象的概念和复杂的规律，以学生个人的能力完成学习任务就会显得比较苦难，此时比较适合采用合作探究模式。合作探究模式的流程与自主学习相比，多出了一个合作环节，目的是充分利用集体的智慧和力量来顺利完成学习任务。图三 合作探究模式流程图设疑激趣，引入新课。引导讨论，明确任务。分组讨论，合作探究。成果交流，归纳演绎。图三应用训练，巩固认知。1、设疑激趣，引入新课:在引入新课时一定要设疑激趣，营造良好的学习氛围和创设问题情境，使学生形成稳定的、强烈的学习动机。2、引导讨论，明确任务:教师应从多角度、多方位引导学生对所要探究的问题进行交流讨论，设法提出初步的研究方案。师生再对这些方案进行分析论证，结合运用的计算机互动课件或实验器材，确定可行的研究方案。根据学生情况，安排研究小组，各组承担相应的探究任务。3、分组讨论，合作探究:学生以研究小组为单位，根据预设方案，利用计算机模拟演绎等开展探究活动。4、成果交流，归纳演绎:由于各小组探究任务的整合性，只有充分交流各小组的探究成果，才能形成对问题的完整认识。所以在各小组探究活动结束后，通过“人机结合演示”的方式进行成果交流。5、应用训练，巩固认知:学生通过做思考题、练习题的方式进行训练，亦可再使用计算机进行更深层次的拓展探究，巩固促进对物理现象和规律的理解。合作探究模式与前者相比，在培养学生的自主学习、探究学习能力的同时，注重培养学生的合作能力和意识，它更适用于探究任务较多、较复杂的情况。教师、学生、教学媒体等教学要素地位也都发生了变化：教师不仅要完成教学设计，而且在过程中还要起到组织、协调、监督、指导的作用，对教师的要求更高。在该模式中学生学习主动性得到充分的调动，培养学生合作交流的技巧，锻炼学生组织、协调的能力。在教学媒体这一要素上，把计算机技术作为物理教学的资源平台、交流平台和认知平台，不仅将计算机技术作为演示工具，还要让它成为创设情境的工具、成为学生自主学习、协作学习的资源认知工具、情感激励工具和评价工具。2.2.3新型的研究性学习模式基于计算机技术的研究性学习就要发挥计算机强大的信息资源和便捷多样的交流方式，将其合理的整合到研究性学习中来。计算机为物理教学探究提供了丰富的物质材料基础，学生不但接触到各种信息资源，而且可以深入学习内容中去。日常物理教学中，教师可不定期在校园网上公布一些具有探索价值的课题，鼓励学生试着去自行设计实验、解决问题，例如: “城市的热岛效应”、“噪声的污染防治” 等，使物理课堂的探究性学习得到延伸。学生围绕选题，通过计算机网络资源，查找相关的资料，整理归纳自己的成果，可以以小论文的形式发布到校园网上；也可利用E-mail，BBS等，围绕选题进行交流讨论，表达自己对问题的理解，分享解决问题的不同思路，相互解疑、辩论和点评。在计算机网络上提出和设计物理研究课题，指导学生进行研究性学习，然后再利用网络进行跨时空交流，综合各方面的信息资源，能极大地提高学生在计算机信息时代的学习与研究能力。目前国外比较流行的WebQuest是一种将计算机网络资源和网络交流方式整合到研究性学习中的优秀模式，本人借鉴该模式提出在物理教学中开展基于计算机的研究性学习模式，这种模式比较适合于学生在课堂外开展物理研究性学习，一般适用于难度较大、内容比较宽泛的研究主题。课题内容通常取材于实际生活的一些物理问题，涉及的知识可以是以前学过的知识，亦可是以前没有涉及的内容，可以是物理知识，也可以打破学科隔墙的综合学科知识，这使得物理课堂的探究性学习得到补充、延伸。图四 研究性学习模式流程图情境体验阶段课题准备阶段研究实施阶段总结反思阶段图四 基于计算机技术的研究性学习模式，学生可以通过研究性学习，活化了物理课堂的知识内容，加深了对教材知识的理解。学生在搜集整理材料和相互协作学习的过程中，对信息的检索、整理能力可以得到较大程度的提高。这种模式不局限于物理课堂教学，有利于培养学生适应未来生存和发展所必备的用新技术和处理信息的能力、与人合作交往的能力、终身学习的能力。教师是课程的参与者、组织者，同时又是咨询者。教师需要更为主动地介入活动，随时了解课题研究的进展、深入了解学生，在学习共同体中更好地协调利用各种智慧资源，为学生提供各种信息咨询，引导拓展学生解决问题的途径。学生则需要更为主动地学习，其中包括主动寻找导师，主动与人交流、寻求合作伙伴，主动地寻求各种帮助，主动检索、查阅各种资料，积极自主地发布、展示研究过程及成果。学生是学习的主体，具有更大的能动作用，师生之间的地位逐渐趋于平等。计算机网络媒体的介入使之成为信息浏览、寻求专题资源，寻求智慧资源、充分交流对话的平台，成为