基于“数字仿真实验”变革物理实验教学模式的探索.doc

。基于“数字仿真实验”变革物理实验教学模式的探索 摘 要：将信息技术有机融入到物理教学过程中，将仿真实验直接用于学生学习过程中，以支持物理的教与学，实现有效整合，使得物理课堂更加丰富活泼，可以引导学生利用软件进行课后自主学习，并收到良好的效果。 关键词：仿真实验；优势措施；方法探索 中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1671-7503（2014）09-0018-03 随着计算机在教学领域中的普及，计算机辅助教学日益得到重视。其中，以“仿真物理实验室”为代表的虚拟实验以其无可比拟的优势为物理教学带来了新的变革。以多媒体技术和网络技术为核心的现代信息技术成为最理想、最实用的认知工具。课程整合中，强调信息技术服务于具体的学习任务，学生以一种自然的方式对待信息技术，把信息技术作为获取信息、探索问题、协作解决问题的认知工具，并且要像使用铅笔、橡皮那样顺手、自然。要培养学生学会把信息技术作为获取信息、探索问题、协作讨论、解决问题和知识构建的认知工具，将信息技术作为演示工具、交流工具、个别辅导工具、情境探究和发现学习工具、信息加工与知识构建工具、协作工具、研发工具、情感激励工具等。 我们在过去的教学实践中更多地考虑如何将信息技术与教学过程结合起来，改变传统“教”的方式，这对于推动新课改，提高物理教学方法和手段起到了极大的促进作用。但我们也往往忽略了学生“学”的过程是否也需要这种改变。我们往往重视在课堂上如何实现这种转变，而忽略了课后如何使学生保持探究的热情。正是基于这些出发点，我们尝试在以往将信息技术有机地融入到物理教学过程中的基础上，将仿真实验直接用于学生学习过程中，支持物理的教与学，实现有效整合。把提高学生的学科素养作为整合的主要目标之一，在整合中让学生的信息素养及其它能力自然得到提升作为探索目标。创造一种符合现有国情的虚拟实验和数字化实验室有机结合的现代物理教育的创新之路。 我校自去年使用仿真物理实验室后，受到了学生的普遍喜爱。利用它来制作课件并用于课堂，使得物理课堂更加丰富活泼，还可以引导学生利用软件进行课后自主学习。仿真物理实验室正在成为中学物理学科的专业化、标准化的教学平台。 一、仿真物理实验的优势 物理是自然科学、生活现象、自然规律等经过归纳、提炼、总结上升到理论高度的一门学科，在物理的学习中学生由于无法理解一些抽象的理论，而对物理产生一种畏惧心理，降低了他们学习物理的积极性。要真正理解这些知识，学生需要一个从形象认识到知识获取的过程。应用仿真实验教学，可以直观地解释一些物理现象和规律，可以化抽象为形象、化微观为宏观、化静态为动态、化不可操作过程为可操作过程，化解知识难点，从而激发学生的兴趣，提高学习的效率。例如：八年级第三章演示凸透镜成像规律的时候，往往会出现由于环境的光线影响或者蜡烛光线不够而影响学生观察现象，而且教师在演示过程中，坐在后面的学生会对实验现象观察不清，此时如果适当结合“仿真物理实验室”，建立如图1的透镜成像光路图，通过投影向学生展示实验过程。例如：用鼠标拖动蜡烛的位置，可以在光屏上形成不同的像，让学生感觉到更直观、科学的实验现象，从而大大提高了学习效果。 现代教学理念认为，教学活动应当以课堂为主体，但课堂不是教学过程的全部而是教学活动的开始。对于物理教学也是这样，真正有效的教学活动可以把教学过程一直延伸到课后，使学生在动手动脑的过程中产生对学习物理课程的兴趣。因此，我们应当有计划地引导学生在课后有意识地对教学内容作进一步的思考和讨论。其中，一种行之有效的手段就是给学生提供一个可以利用的平台，并且这个平台应具有便捷、易用、有趣味性等特点。而仿真实验为我们所提供开放性的教学实践平台，从某种意义上说，可以借助学科性多媒体辅助教学网站，数字化学习资源库、智能化模拟演示库、互动交流协作学习网络的形成，擦去课内课外的分界线。所以，学生的学习过程已不再是与只是以掌握知识为目的，而是要在学习过程中受到科学素养的培养并掌握科学的学习方法。教师可以通过任务发布的形式完成对物理问题的提出，利用任务驱动机制，给学生布置一些能力范围内的学习任务，例如：让学生自己设计场景、通过虚拟实验得出数据、分析结论、讨论结果。真正激发学生内在的学习兴趣，使他们能够感受到学习物理的兴趣。学生也不再仅仅局限于课堂进行学习，可以通过网络在学校和家庭利用仿真实验的手段对问题进行学生间的协作交流，也可进行师生间的理论探讨。在这个过程中，学生的主体地位得到充分肯定，学生的学习时间也不再仅仅局限于课堂，可以有足够的时间和空间进行思考。这种学习方式改变了以往作业只是单纯做习题的简单模式，同时，也摒弃了传统实验需要设备多、在家庭环境中无法实现的矛盾，有利于帮助学生形成物理场景，以及对各种物理定律和数学的推导。由于物理的学习是以探索为学习手段，如果学生能通过软件来探索和研究物理，那么，这对于学生能力和思维培养的益处不言而喻。 二、采用虚拟实验变革学生学习方式的具体措施 随着信息化技术的发展，现在已经有了许多现成可用的专业化软件。值得一提的是采用专业软件实现课件制作的便捷性和科学性。并且随着教学方式的发展，现在已经有较多专业教育教学平台。我们并不需要从零起点设计一个课件，只需要在专业平台上搭建我们的教学内容，就可以很容易地形成一个我们所需要的课件。比如：在仿真物理实验室中有一些物理学中常用的实验工具，例如：木块、平板、小球、电场、磁场、斜面、弹簧等。在做一个课件时，首先，在大脑中构想出这个物理模型是什么样的，然后，用这些工具搭建出大脑中的模型并给这些工具以适当的物理参数就可以了。软件会自动计算出物理过程且整个过程简单明了。教师和学生不用花太多的时间和精力，就可以把想法实现，而且能得到一个十分专业的课件。 经过实验班和普通班的对比实验，笔者发现这种教学手段有利于激发学生的学习兴趣，在不同层次的学生身上都有较好的表现，所表现出来的学习热情和讨论结果的丰富性明显优于传统在学校实验室的学生。利用软件不仅可以仿真真实的实验，还能完成一些理想实验和带有危险性的实验。例如：在八年级电学教学过程中，由于短路实验具有一定的危险性，往往受到实验条件和安全性等因素的限制，一般的教学设计都采用教师做演示实验与讲述相结合的方式，学生不能亲身体验。学生对短路问题的认识基本处于一种模糊状态，面临变式问题和真实情境问题往往一筹莫展。利用“仿真物理实验室”的虚拟实验，学生不但可以体验生动的短路现象，而且还可以开展物理探究学习，从而优化课堂教学的组织形式，提高课堂教学效率（如图2）。 三、采用新实验方法需要解决的问题和解决方法 传统的多媒体教学方式局限于只是将动画课件整合到一起，仍然以教师讲、学生听为主的授课方式，学生在学习过程中缺乏交流和实践。采用虚拟实验，教师教学时往往只作为一种演示，并没有真正意义上用于实际教学活动中。究其原因，很大程度上在于学生缺乏相应的信息素养，学习效果不佳。一些教师反映在教学活动中，教学进程往往很难控制，由于学生不熟悉学习环境，对于教师安排的任务无法完成。比如：像仿真实验室这一类软件虽然操作简单，可能对于设计好的实验，学生通过观看他们能够完成学习任务，而如果让学生设计个类似的实验，由于对软件比较陌生就不太容易实现了。 所以，我们通过课题研究，试图探索出如何在课程整合中为学生构建一个自主学习和探究性学习的环境，让其在课程整合中提高信息素养、创新能力、自主学习能力、探究性学习能力、以及协作精神和合作意识。 任何实验方案必须具有可操作性，缺乏可操作性的整合方案注定是无源之水，无本之木。所以，物理课程与信息技术整合的方案必须与实际教学联系起来，可供操作是提出整合方案的前提。通过实践我们发现解决这种问题的方法和途径也很简单，即对学生进行适当的培训使他们能够在短期内有针对性地提高相应的信息技术能力。在我校开设有信息技术课程，学生对于一般简单的计算机操作都有一定的基础。所以，对于特定的软件，只需要经过短期的培训就可以使他们学会基本的运用。在以后的实际操作过程中，通过完成课后难度逐层递进的任务，逐渐加深对软件的理解和掌握。正所谓“磨刀不误砍柴功”，经过一段时间学生对软件使用的适应，学生基本上都能够熟练运用软件来解决实际物理问题。既提高了他们的信息素养，又培养了他们的学科素养和学习物理的兴趣。最终解决了物理学科和信息技术在学生学习方式转变上的整合矛盾。笔者认为这实际上也正是目前物理学科和信息技术整合中容易忽视的问题。 参考文献： 1 范伟.虚拟实验在实验教学中的地位和作用研究J.佳木斯大学学报（自然科学版），2006，（02）：204-205. 2 范淑红.基于VRML的实验教学辅助系统研究D.