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信息技术与高中物理教学整合信息技术与高中物理教学的整合探索 利用信息技术促进高水平思维 单位：北京第四十三中学 姓名：朱霞信息技术与高中物理教学的整合探索 利用信息技术促进高水平思维 摘要： 从口耳相传到现代教育媒体的产生，使得教育也步入了新时代。但无论如何都不能忽略信息技术与高中物理教学整合的目的，即促进学生的高水平的思维，有了活跃的思维才能把物理学得懂，学以致用。本文从理论及实践两个角度论述了信息技术怎样促进高水平思维，列举的课堂实践案例融合了建构主义学习理论，从而使信息技术真正落到实处而不是滥用。伴随着新课改的日益深入，对“利用信息技术促进学生的高水平思维”这一现代教育技术研究课题将不断地进行探索下去。 关键词：现代教育媒体 多媒体教学 高水平思维 信息技术 建构性学习 一、 从口耳相传到现代教育媒体在文字未出现之前，人类进行交流最早是使用口耳相传的方式，利用口头语语言将信息由一个人传给另一个人，这种传播由于不能将信息有效记录下来，最终导致信息无法准确的传承和保留，从而致使很多远古历史之谜至今仍然无法解开。文字和书写工具的出现是人类历史上一次重大的信息技术革命，它使人们不仅能将信息以符号的形式记录下来，而且给教育带来了一个真正脱离教学双方的独立存在“媒体”，为教学内容的丰富、教学规模的扩充打下了基础。随着社会的进步和科技的发展，电子化和数字化的现代媒体开始逐渐渗入各种教育和传播领域，现代媒体的社会使用使信息传播的更多、更快、更远，人类从此进入了信息化的时代，现代媒体在教育中的运用也带来了教育的又一次新的革命现代教育技术的产生。二、滥用多媒体出现的问题在高新技术密集时代借助高科技实行多媒体教学，不仅是一种教学趋势而且是一种新的教育理念。而时下运用多媒体进行教学俨然成了“时尚”，一旦有公开课、实验课、教研课、评比课等，非多媒体不能登“大雅之堂”。在这种“时尚”的影响下，有的教师缺乏现代教学思想和教学理论作指导，在教学过程中只是把教材的内容通过多媒体手段简单的再现出来，许多物理课堂演示实验也全部借助于课件、图片，多媒体仅仅起到“投影”、“幻灯”的作用，缺乏鲜活性、灵活性及知识的完整性。以下是我在近几年教学工作中总结的几点电教使用容易出现的问题：1、 忽视教学基本功的训练许多中青年教师利用其电脑知识的优势，不重视教学基本功的训练。比如有些教师依赖利用从互联网上下载下来的课件，在课前不再注重教学内容的演练，导致课堂上出现较多的教学错误或口误。有些教师一整节课只见鼠标在大屏幕上飞舞，学生坐在下面被指得云里雾里不知所谓，然而在物理教学中突然的解题灵感和心得往往是教学艺术的动人之处，它往往无法预先制作进课件，也绝不能在课堂上被一笔带过，此时板书就是必不可少的，它即时重现力强，随写随看，内容还可以方便的增删。实验技能也是物理教师的一项基本功，有些物理教师视电教手段为万能，完全摒弃了直观的课堂可操作实验，甚至一个学期不组织学生走进实验室进行实验。2、 喧宾夺主，掩盖教学内容片面追求课件漂亮的外观和动感的媒体表现形式是存在的另一个普遍问题。在课件中过多的使用不必要的音视频材料，对课件界面做过分的渲染这种将电教特点发挥到“极致”的作法过分强调了课件制作技巧和课件表面形式的浮华，其结果是形式掩盖了内容、喧宾夺主。经常会出现，学生上了一堂课好像是看了一部没有主体的娱乐片，有趣，但没有学到该学的东西。课件的制作也得讲究一切从实际出发，赵本山有句著名的广告词叫“不看广告看疗效”，我们在实际教学中也应该“不看花活看实效”，这样才能使多媒体教学健康的发展。3、 教师充当“解说员”，教学双方缺乏互动与交流很多教师使用电教媒体教学时，经常埋头操作电教设备，演示课件，口中念念有词，如同解说员，无暇顾及学生的反馈，学生只闻教师其声，不见教师其人。教学过程由于没有师生间的互动交流而变得枯燥乏味。三、 信息技术整合于高中物理教学的理论探索 步入新课改 ，我们拥有最先进的信息技术，我们不断深化建构主义的学习理论，但不可否认学校中的物理教学至今还没有因为使用技术而产生根本变革，一个最主要的原因是信息技术未能整合于物理教学之中。整合势在必行，且要注重实效。下面我就结合高中物理教学特点和自身的一些实践经验粗略谈谈如何利用信息技术的潜力，设计有效的学习环境，支持和促进学习者的思维尤其是高水平思维活动的。（一） 高水平思维活动物理教学的活力源于活跃的思维。许多学生抱怨物理太难理解，许多教师埋怨学生思维不够活跃。其实这是同一个问题，也是由于传统教学而必然体现的一个问题。如果你认为学生听了，记下了教师所讲的概念、规律和方法策略，便可以自然而然的理解这些内容了，那么你错了。例如，学生学习牛顿三定律以后能默写相应的概念公式，能运用公式演算简单书本例题，或能用这个定律揭示生活中的现象，亦或解决以前没有遇到过的问题。但是这些思维活动所体现的主动性和创新性是有一定差异的，因而表现出了不同的水平，从较低水平的思维到高水平的思维。我们可以参考布卢姆提出的教学目标分类学来分析思维活动的水平。布卢姆把认知领域的学习目标分为从低到高六个层次： 知道：指对所学材料的记忆，包括对具体事实、方法、过程、概念和原理的回忆。 领会：指把握所学材料的意义。可以借助三种形式来表明对内容的领会，一是转换，即用自己的话或用不同于原先表达方式的方式来表达自己的理解；二是理解，即对信息加以说明或概括；三是推断，即对事物之间的逻辑关系进行推理。领会超越了单纯的记忆，代表了最低水平的理解。 应用：指将所学材料应用于新的情境之中，包括对概念、规则、方法、规律和理论的迁移应用。解决例如：如何使用你已学过的惯性定律解释这个实验现象等问题。应用反映了较高水平的理解。 分析，指将整体材料分解成各个构成成分、并理解其组织结构，包括对要素的分析、关系的分析和组织原理的分析。分析代表了比应用更高的认知水平，因为它既要理解材料的内容，又要理解其结构。 综合：指将所学的零碎知识整合为知识系统。包括三个水平：用语言表达自己的意见时表现出的综合（如对章节知识系统的总结）；处理事物时表现的综合（如设计一个实验报告）；推演抽象关系时表现出的综合（如概括出概念间的抽象关系）。综合所强调的是创造能力，需要产生新的模式或结构。 评价：指对所学材料进行价值判断的能力，包括按材料的内在标准（如课文内在组织的逻辑性）或外在标准（如文章对目标的适用性）进行评价。解决例如：为什么这种方法更好？你如何评价普朗克对量子理论的贡献等问题。评价是最高水平的认知学习结果，因为它要求超越原先的学习内容，并需要给予明确标准做出价值判断。以上六个层次的认知学习目标包含了不同水平的思维活动，从简单的知识记忆一直到最高级的批判性评价。由此我们可以大致把知道、领会和应用三个层次所涉及到的思维活动称为较低水平的思维，而把分析、综合和评价三个层次所涉及的思维活动称为高水平思维。一些研究者对高水平思维的特征进行了概括分析。贝克（Baker,1990）认为，高水平思维可以简单的描述为“不仅仅需要进行信息提取的智力活动”，莱维和史密斯（Lewis&Smith,1993）,给出了一个更为详细的定义：“高水平思维是指人将新信息和记忆中储存的信息相互联系起来并（/或）对其进行重新组织，以达到一定的目的，或在一个复杂情境中找到可能的答案的过程”。传统物理教学的一个突出缺陷是过于强调对知识的记忆、领会和基本应用，而忽视了更高级的认识目标。换言之，高水平思维的欠缺是导致传统物理教学被动机械的症结。在教育技术领域，只有为数很少的教育资源是为高水平思维活动而开发的，因此激发和促进学生的高水平思维是新型教学模式和教育技术的一个重要使命。（二） 信息技术作为认知工具 传统的教育技术研究是与传统教学模式一致的，教育技术研究中的主导观点是把技术看作是承载和传播信息的媒体，看作是教授学生的工具。在教育传播过程中，制作者（包括教学设计者、学科专家、媒体制作者、媒体管理者等）首先以教学设计的系统方法为基础，对学生的学习进行因果分析，而后以视觉或符号的方式对各种信息或智力技能进行编码，体现在各种技术产品中。在教学过程中，学生感知到媒体中的编码内容，与技术进行一些交互，即输入信息，进而引发技术系统的判断和反馈，而这些判断和反馈信息都是预先封装好的。技术作为信息的载体，向学习者呈现那些要求他们学习的信息，完成“教”的任务。例如：为了让学生学习自由落体运动，有的教师的制作了类似的flash课件，学生只需要输入下落的时间，然后点击开始就可以获得下落高度，瞬时速度的大小。右侧的动画也会相应的进行演示。然而为了利用技术促进学生的高水平思维，我们需要重新审视信息技术在学习中的作用。在这个方面，著名教育技术专家乔纳森（D.H.Jonassen）提出了信息技术作为认知工具的观点。乔纳森认为，我们不应该简单把计算机等信息技术用作传递知识的教学媒体，而是应该作为认知工具。在传统的教学技术中，教学媒体的设计者借助各种信息技术工具（如文字处理、图像处理、数据处理工具等）对希望学生掌握的知识进行编码、组织和表征，包装在教学媒体之中，而这种教学媒体在结果上往往会限制而不是促进学生的认知加工活动。研究表明，教学媒体设计过程的最大受益者是设计者而非学习者。因此，我们应该进行角色转换，让学生成为设计者，利用各种信息技术工具（而不只是教师预先制作好的课件）作为认知工具，进行知识建构活动。信息技术不再只是用来传递预先设计好的知识的媒体。学生可以用信息技术分析他们周围的世界，获取信息，解释、组织自己的知识，并通过有效的方式将自己的知识表达出来。所谓认知工具，就是用以激发和促进学生的认知加工活动的工具，它可以支持、引导和扩展学生的思维过程，促进学生的知识建构。典型的可以作为认知工具的计算机软件包括数据库、电子表格、网络软件、多媒体/超媒体（超媒体是超文本和多媒体在信息浏览环境下的结合，包含文字、图形、图像，动画、声音和电视片断，这些媒体之间用超级链接组织）制作工具、计算机会议系统、协作知识建构环境、微型世界学习环境（微型世界Microworld是利用计算机构造一种可供学习者自由探索的学习环境，大多数微型世界是借助计算机化建模技术构造的）等。这些工具可以作为学生的认知伙伴，引发、支持和促进他们的高水平思维活动。而且，学生也只有通过自己的高水平思维活动才能有效的利用这些工具，因为在这些工具中没有（或很少有）现成的知识。（三） 以信息技术促进高水平思维一旦信息技术作为认知工具进入到学习活动中，认知工具便与学生建立了一种认知伙伴关系，双方各自分担了一定的认知任务。比如我们在教学中曾尝试学生利用温度传感器及其支持软件来研究自行车车胎在打气和放气时的温度变化问题。学生将温度传感器连接到计算机上，启动DateStudio软件，就可以“让”传感器和计算机来采集温度变化数据，记录存储下来，并通过数据表格和曲线图表现出来。课堂效果相当好，给学生留下了深刻的印象。传感器和计算机作为认知工具分担了大量的繁琐、机械的任务，而这并不是减少了学生的责任，相反，他们要用更多的精力完成更多更高水平的认知任务：确定研究问题、规划研究思路、确定研究方法（如需要在何种条件下以何种方式采集何种数据）、洞察数据背后隐藏的模式和趋势、解释和评价研究结果等等。认知工具不会降低学生的认知加工任务，让学习变得更轻松，而是要让学生付出更高水平的努力，完成更高级、更核心、更富有挑战性的认知加工任务，对学科内容进行更活跃更有效的思维加工活动。如上所述，信息技术可以作为认知工具来支持和促进学生的问题解决和高水平思维活动。在实际教学中，教师可以灵活应用各种信息技术工具达到促进高水平思维的目的，比如通过视频、动画呈现情境性的实际问题；让学生借助网络教学资源库、多媒体百科全书、数字图书馆、数字博物馆、虚拟参观等获得丰富的相关资源，并进行深入的加工分析；让学生借助计算机辅助实验系统、模拟和建模软件等获得数据、发现规律；利用数据库、电子表格和统计软件等对通过调查、实验收集到的数据进行分析处理；用文字处理软件（如word）、演示文稿软件（如powerpoint）、多媒体和网页制作工具（如Flash和Frongtpage）等来制作和发布电子作品，表达自己对知识的理解；利用电子学档促进学生对探究过程的自我反思，等等。我在美国上中学-高中卷的小作者巩昂，在自己的书中描述了美国在中学生自主的构建知识体系和课程结构、培育科学素养和人文情怀方面所做的种种努力，使我从中充分感受美国中学生在主动探究协同性学习模式下对创新精神和实践能力的培育过程。他的强化物理老师安德森的教学哲学我极为认同：想真正学到物理学的精髓就要通过实验“一边做一边学”，在自我发现（self-discovery）和自我学习（self-learning）中学物理。当他的学生最初抱怨他不像别的老师那样什么都教时，他风趣地回答：你们都是未来的科学家了，我可没法指导你们什么，科学家可能遇到各种困难，你只有和你的同伴一起协作才能克服。书中大量介绍的问题互动合作性教学案例，丰富的课堂组织形式，对于探索新课标要求的探究性教学模式、培养符合时代潮流和社会需求方向的高分高能学生有很强的借鉴作用，更启发了我的教改思路，促使我进行了一系列的探索工作。四、 信息技术整合于高中物理教学的实践探索脱离了先进的信息技术，精彩的教学设计只能望洋兴叹，脱离了现代教学理论再新型的教育技术也只能是滥用，无法发挥其应有价值。因此利用学校的数字物理实验室，再结合建构主义学习理论，我进行了一些有益的尝试，有成功经验也有失败教训。希望能与大家分享。1、 对建构主义的通俗化理解建构主义学习理论主要是以皮亚杰、维果斯基等的思想为基础发展起来的，与客观主义相反，建构主义者认为对事物的理解不是简单由事物本身决定的，人在以原有的知识经验为基础来建构自己对现实世界的解释和理解。学习是一个积极的意义建构过程，教学并不是把知识经验从外部武装到学生的头脑中，而是要引导学生从原有的经验出发，建构起新的经验。学习者问题情境利用专业性资源探究活动实验、调查、设计建构性互动结果反思评价学习共同体反省性思维建构性学习的基本结构图这则寓言故事可以帮我们通俗的体会这一观点。李欧李奥尼（Leo Lionni）在鱼就是鱼（fish is fish）中描述了这样一个故事：在池塘中的小鱼和小蝌蚪是一对好朋友，它们一起聊天，一起觅食，也一起游戏。一天蝌蚪变成了青蛙告别了鱼到陆地上去旅行。在游历一番之后，青蛙回到了这个池塘。鱼一见到青蛙，便迫不及待的迎上去问到：“青蛙大哥，你都看到什么了？”青蛙说：“外面的世界真精彩！我看见了很多很新奇的东西。比如我看到了一种动物，它有两条腿，一对翅膀，身上、翅膀上和尾巴上都长着漂亮的羽毛，可在高空中飞翔。”鱼饶有趣味的听着青蛙的讲述，头脑中形成了有趣的形象。青蛙作为“教师”准确的讲出了鸟这种动物的特征，鱼作为“学生”，很有兴趣，而且很认真地听讲。但在结果上，鱼心中的鸟却是一种“鱼化”的鸟。因为它在意自己原有的经验为基础来建构对新知识的理解。虽然这是一则夸张化的寓言，但只要冷静反思一下现实的教学，我们不难发现这种语言的影子。知识建构成为教学的焦点，这不仅仅是要突出知识建构在教学中的重要性，而且意味着教学思路的转变。不能再像传统教学一样重点放在课业任务，让学生抄写或默写公式，完成大量习题，按照规定的程序操作实验仪器！学习作为一种知识建构活动，知识建构本身才是教学着眼点。教学活动应该直接关注学生面对的各种问题情境所进行的知识生成和持续改进过程而不只是关注活动的表面形式。建构主义的学习和教学要求学生通过高水平思维活动来学习，学生要不断的思考，不断地对各种信息和观念进行加工转换，基于新经验和旧经验进行综合和概括，解释有关现象，形成新的假设和推论，并通过一定的方式对此做出检验。“通过问题解决来学习”是一条核心思路。2、 基于建构性学习基本结构上的教学设计实例一：在高一新课改第一章第二节时间和位移中，对于时间间隔和时刻、位移和路程概念的理解我首先设计了一个物理情境：08年奥运会的召开吸引了大量的外国游客来北京参观，需要学生自主设计一个北京旅游线路图表。 要求是要准确地告诉游客到达每个景点的准确时间，行车路线，两个旅游景点间的距离。由于数字实验室是可以上网的，所以学生使用Google Earth相当方便。Google Earth是一款将地图、百科全书和飞行模拟器融为一体的软件，采用的3D地图定位技术能够把Google Map上的最新卫星图片推向一个新水平。用户可以在3D地图上搜索特定区域，放大缩小虚拟图片，然后形成行车指南。学生会结合以往学过的知识和生活中的体验利用先进的教育技术手段完成任务。在任务完成的过程中，到达的每一个景点代表位置，从初始位置到终止位置之间的有向线段为位移，所有行车路线长度总和为路程。到达每一个景点的准确时间代表时刻，从一个时刻到另一个时刻之间的时间就是时间间隔。有的学生以表格的形式列出了线路安排，有的则以图的形式进行展示，最终经过交流评比，大家选出自己最喜欢的设计。传统教学，在教学之初先讲所学的概念，而后再让学生去做一定的练习，尝试去解答有关习题，其潜在的假设是：学和做是两个过程，必须先学了，先知道了，才能去做，去解决有关的问题。而本节课则是以相反的思路来设计教学：“在问题解决中学习”。教师针对所要学习的内容设计出具有思考价值、有意义的问题，首先让学生去思考、去尝试解决，在此过程中教师可以提供一定的支持和引导，组织学生讨论、合作，但这都不应妨碍学生的独立思考，而应配合、促进他们的问题解决过程。在问题解决的过程中学生要综合运用原有的知识经验，查阅有关资料，从而做出合理的综合和分析，这个过程中学生便可以建构起与此相应的知识经验，在此基础上教师可以在进行提炼和概括使得学生所建构的知识更明确更系统。实例二：人教版高中物理第二册第九章的学生实验用单摆测定重力加速度。传统的实验设计用秒表测量单摆的振动周期，操作时至少要取30次全振动的时间然后求周期的平均值，虽然精确度也较高但是浪费了许多时间在数据的采集上，学生往往只能把处理数据和误差分析放在课后进行，不利于老师了解学生对原理公式的掌握情况。基于以上原因我将光电门传感器引入这个实验代替秒表测量单摆周期，不仅大大缩短了数据采集时间，同时可以测出多组数据练习利用T2-L图像求出g值。简化了实验数据的采集过程，就要求学生有更高的实验方案的设计能力和实验数据尤其是表格、图像的处理能力。本节课一开始为了能更好的激发学生的兴趣，并不直接说出实验题目，先透露给他们一个一直隐藏的“秘密”，除了海拔高度，纬度不同会影响重力加速度值以外，地下埋藏的矿藏不同也会导致g值的变化。并以一个故事调足学生的胃口：英国探险者通过家中的老摆钟在搬家之后总走快进而发现当地的重力加速度值偏大，从而预测地下必有矿藏。经过村民开采终于找到了黄铁矿。故事讲完了启发学生猜想这个探险家是通过什么原理得到结论的？通过学生对实验原理的分析，找到所需实验器材，并使4人一组设计讨论实验步骤及注意事项。利用局域网共享、交流设计结果。在进行完数据采集之后，最重要的就是处理数据以及进行误差分析。由于DIS实验的引入使用公式计算的传统方法得到简化。教师有时间进行图像法的教学内容。最后启发学生思考利用光电门还可以帮我们完成哪些实验，并演示如何验证机械能守恒。短短几秒钟就完成的数据采集使学生深刻体会到科技给我们带来的方便之处。在这节课的过程中，学生需要自主进行探究物理实验的设计过程，利用什么理论来指导设计，选择什么器材，为什么选择这些器材，实验过程中出现了问题怎么解决，如何说明自己的实验结果是正确的，或在哪些方面需要修正。在这一整套的过程中，学生把自己已经学习过的知识进行迁移，充分调动了他们各方面的积极性，实验的技能获得了提