运用现代教育技术培养抽象思维能力研究初探

1、运用现代教育技术培养抽象思维能力研究初探武进市洛阳中学耿宜宏一、研究背景古往今来的大量事实表明，人们认识世界、发现和掌握事物的本质往往是从形象思维开始的。心理学表明，思维发展的特点是以具体形象思维为主要形式逐步过渡到以抽象逻辑思维为主要形式。物理是高中基础学科，培养思维素质是其中的目标之一。形象思维是用具体、典型的形象来认识事物的基本形式之一，在中学生的学习中起着主要的作用。长期以来，高中物理课堂教学偏重于逻辑思维能力的培养，这种用抽象的理性思考认识事物的方式还不能适合高中学生思维特别是高一新生，学生难以获得抽象思维表象的支撑。这样致使大多数学生学习抽象的物理知识感到困难，加上应试教学思想的束

2、缚，教师填鸭式的教法，造成了学生左半脑负担过重，而右半脑开发不够，严重影响了学生物理思维的全面发展。运用现代教育技术，充分发挥电教媒体的优势，为学生提供具体、形象、直观的图像或图示，展示物理概念的形成过程和数量关系的变化特征，能够促进学生左、右脑的协调和不同思维形式的结合，最大限度地增强教学的整体功能。这不仅能促进学生形象思维能力的培养，而且为向逻辑思维过渡奠定扎实的发展基础。因此本课题的实验研究对大面积提高物理课堂教学效率，全面发展学生思维，促进物理教学由应试教育转向素质教育，具有十分深远的理论价值和实际指导意义。本课题从1999年9月立题以来根据建构主义理论，运用现代教育技术，采用理论学习

3、实际操作理性认识进行研究及实践探索，寻求中学物理教学中现代教育技术运用的最佳作用点，以培养学生的抽象思维能力，取得了一定的教学效果。二、研究过程2.1理论研究建构主义的学习观认为学习过程不是由教师把知识简单地传递给学生，而是由学生自己建构知识的过程，学生不是简单被动地接收信息，而是主动地建构知识的意义；建构主义教师观认为教师是意义建构的帮助者和促进者。教师的作用是学生学习的辅导者，成为学生学习的高级伙伴或合作者，教师必须为学生创设一种良好的学习环境，学生在这种环境中可以通过实验、独立探究、合作学习等方式来展开他们的学习。因此教师要充分发挥其主导作用，成为学生建构知识的积极帮助者和引导者，通过创

4、设符合教学内容要求的情境和揭示新旧知识之间联系的线索，帮助学生建构当前所学知识的意义。2.2调查现状2.2.1学习兴趣现状调查学生的兴趣是影响学生学习的重要因素。为了能更准确地了解学生对物理学科的学习兴趣，先对学生进行有目的的调查，让学生列举出感兴趣或不感兴趣的学习行为和心理、情绪体验感受若干条。在统计综合的基础上制作出学习兴趣测量表，对学生进行调查。调查表明，实验前实验班和对比班的物理学习兴趣差异较小，大部分学生对物理学科还是感兴趣的，但总体上感到物理较难，特别是物理概念较初中复杂抽象，不容易理解，在解题时感觉到物理模型太抽象，物理过程太复杂，经常出现物理课上老师讲的还能听到懂，自己做题一做

5、就错。2.2.2教学方法现状调查现行的教学方法大多数为讲授知识型、识记型。学生只是被动的接受老师课上所教的内容，成为知识的容器，教学方式自然是“填鸭式”。这种带着教材走向学生的教学方式很不适应新世纪需要。在由应试教育向素质教育的今天，这种教育令人担扰。2.3实验操作遵循两个原则2.3.1系统有序原则根据物理教学系统的整体性和动态性特点，科学地分离可电教实验点，正确处理各实验点教学结构和媒体之间的相互关系，依照物理知识发生过程和学生认知规律编制实验程序，避免操作走样。2.3.2因材施教原则学生思维发展的个性特点和差异表现出形象思维发展的不均匀性和阶段性，决定了物理课堂教学必须从学生实际出发，电教

6、媒体形象画面的设计和教育技术的应用必须适应学生的个性差异，实现分层教学。2.4现代教育技术特殊功能在教学中运用对培养抽象思维能力作用2.4.1激发学生学习兴趣，发挥学生的主体作用。“兴趣是最好的老师” 爱因斯坦的这句名言深刻地揭示出了兴趣对学习的重要性。浓厚的兴趣能有效地诱发学生学习动机，调动学习积极性 。而现代教育技术的充分运用，能够很大程度地激发人的内在潜能，通过声音、图画、色彩、形状和动画等多种教学媒体的刺激，调动学生的多种感觉器官，使大脑皮层的信号活动全面进行，处于最活泼状态；发动和强化了学习的内在动力，促使学生积极主动、自强不懈地进行学习。2.4.2增加课堂容量，提高课堂效率。现代教

7、育技术采用了先进的技术，向学生提供了当时当地无法看到的事物、现象和过程，或者无法听到的各种音响，所以有人说：光学媒体是人眼的延伸，声像结合的媒体相当于人眼和人耳的延伸，电子计算机是人脑的延伸。这一特性使课堂教学不受时间、空间，宏观、微观的限制，大大增强了教学的功能，增加了课堂教学容量。2.4.3变抽象为形象教学，增加学生直观认识。多媒体教学具有多视点、可变时空的蒙太奇表现手法，能够充分表现宏观、微观、瞬间和漫长的过程与事物，不受时空条件限制，有利于在教学中让学生深入观察、认识、理解和思考。利用这一特点可以展示一些比较难以理解清楚的物理现象和物理定律。2.5实验研究的初步尝试课题组在理论指导和教

8、学情况、学生学习情况调查研究的基础上认真分析教材，建立合理的教学模式，寻求物理教学中现代教育技术运用的最佳作用点，从而达到培养抽象思维能力的目标，本实验研究从以下几个方面进行初步尝试。2.5.1运用在显示过程、形成表象、建立概念之处物理概念是客观事物的物理共同属性和本质特征在人们头脑中的反映，是物理事物的抽象，是观察、实验和物理思维的产物。物理学中有些概念比较抽象，不易理解，中学生的思维认识处于形象思维，逐步过渡到逻辑思维的阶段。他们对新知识还依赖于通过感知，形成表象，建立概念而获取知识的阶段。物理学中有些知识无法用语言叙述清楚，又不能提供真实事例展示在学生面前，而这时若借助于电教手段，通过类

9、比、模拟建立一个声、光、色、形于一体的形象化模型，则便于学生形成表象，建立概念。例如在高一第一学期的力学中学习了两个力的合成遵循平行四边形规律后，讨论两个分力与其合力大小的关系时，由于高一学生对三角函数中的正、余弦定理掌握不牢，很难理解“两分力大小一定时，其合力大小随两分力的夹角增大而减小”。教学过程中设计了这一知识点的课件，从图1开始，拖动F1从而改变F1与F2之间的夹角的大小，如图2直到图3位置结束。这样通过一个连续的拖动动画，展示出从0增大到180过程中其合力F的变化特点，使学生一目了然，再通过数学推导就很容易理解这一知识点。2.5.2运用在强化重点、突破难点之处一节课上得好坏、成功与否

10、，重要的一个方面就是看有无突出教学重点、突破教学难点。而物理课中有些教学重点、难点若仅借助于传统的教学手段，很难在一节课内完成教学任务，在以后的教学过程中，必须反复强调，学生才能真正掌握。但通过电教媒体，运用色彩反差、播放录像、模拟过程、化静为动、缩微扩宏等手法会事半功倍，帮助学生掌握学习重点、突破难点。如讲解高二物理电磁振荡一节，该课的教学重点是讲清LC振荡回路中，电流（i）、磁场（B）、电量（q）、电场（E）四者之间的相互关系。教学难点是如何理解抽象的电场、磁场、电量、电流之间随时间变化关系。为了帮助学生理解“电量减少到零时电流却达到最大”。做演示实验时，先用实物投影仪放大电流表和电压表指

11、针偏转情况，使每一个学生都能很清楚的观察到实验现象。再用电脑反复播放两表的指针的慢速偏转过程，让学生观察LC振荡电路中的电流表、电压表指针变化特点，引导学生分析得出回路中的电流大小和方向、电容器极板上的电量和电性都随时间作周期性变化，通过示波器进一步观察表明这种电流为交变电流。同时通过电脑点动播放两表指针偏转，让学生观察到电流表指针的变化与电压表的变化不同步：当电压表的指针到达零时，电流表的指针到达最大；电流表的指针到达零时，电压表的指针到达最大。然后通过计算机展示这一振荡过程，如图所示，用箭头表示电流的大小和方向，用“、”的多少表示电量的多少，先展示动态过程，后展示点动过程，从而使抽象的过程

12、直观化，使学生疑点得到了解释。2.5.3运用在思维转折、陷入困境之处高中物理习题对学生的抽象思维能力要求很高。在教学过程中教师要善于把握好学生的思维导向，要有一定的预见性，在学生思维转折处采用恰当的方法及时点拔揭示，尽可能地使学生产生发散思维，少走弯路。尤其在学生的思维陷入困境时，要帮助学生唤醒思维，这时若介入空间想象，提高他们分析问题、解决问题的能力。如在习题课教学中讲解“轻杆、钢性绳一端系一小球在竖直平面内做圆周运动”这一类习题时，我先讲钢性绳系小球的情况，分析完之后，自然地追问学生若将钢性绳换成轻杆如何？这时我通过日常生活中的事例，播放编制好的动画，让学生自己分析杆与绳的区别。杆既可以提

13、供拉力、也可以提供支持力，而绳只能提供拉力，学生自然得出杆不同于绳，球在这两种情况下能到达最高点的速度不同。为进一步加深学生的这种认识，我及时播放“爬山车”、“水流星”等录象，帮助学生建立“杆等同于双环轨道”模型，“绳等同于单环内轨”模型，这样一来，学生对这一类题型，不但理解了表象，更认识了实质。既培养了逻辑思维，又启发了发散思维，使得学生的抽象思维能力得到了很好的培养。2.5.4运用在模拟实验之处物理学是一门以实验为基础的科学，一切概念、规律都是建立在实验的基础之上，而有些实验在中学实验室中无法演示，从而成为学生思维障碍。为了帮助学生理解，可通过运用电教手段播放模拟实验，让学生获得感性认识，

14、从而达到建立概念、理解规律的目的。在探索原子微观结构时，为了帮助学生理解卢瑟福的粒子散射实验现象，在讲解实验装置后通过计算机模拟用粒子轰击金箔的过程，从中选择几条比较典型的轨迹如图所示中的几条，然后逐条分析产生的原因，从而解释“绝大多数粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数粒子却发生了较大的偏转，并且有极少数粒子偏转角超过了90，有的甚至被弹回。”这样动画展示既形象又直观，学生便于理解。2.6通过CAI范例演示，授以抽象思维的方法物理学中抽象思维的方法主要包括分析与综合的方法、抽象与概括的方法、归纳与演绎的方法，比较与分类的方法、科学推理的方法。在教学过程中，结合物理学中各部分的特点，借助于现

15、代教育技术特有的演示功能，化抽象为形象，教给学生物理抽象思维的方法。例如，在研究LC电磁振荡电流、电量随时间变化规律时，由于LC电磁振荡演示器中的电流表和电压表的指针较小，学生不易观察其变化规律，我们充分利用实物投影放大两表让学生通过屏幕观察，通过观察到的实验现象引导学生分析、归纳，进一步进行科学推理。如现象1：电流表、电压表指针在零点左右来回摆动。分析1：电压表的指针在不停地偏转说明电容器上的电量在不停地变化，而且偏转方向不同，表明两极板上所带的电性在不停地改变。同样，电流表的指针在不停的偏转说明电流的大小在不停地变化，指针偏转方向不同表明电流的方向也在不停地变化。像这种LC电路中所产生的电

16、流，大小和方向都作周期性变化。我们把这种电流叫做振荡电流，产生振荡电流的电路叫做振荡电路。现象2:电流表、电压表指针摆幅越来越小。现象2分析：问：造成电流表指针摆幅减少的原因是什么？分析2：电路中伴随着能量损耗。问：指针的这种来回往复的摆动是不是能想到我们以前研究过的单摆的振动过程相比，空气中的单摆会不会一直摆动下去呢？生：不会。问：为什么不能一直摆动下去呢？（学生思考、后进一步追问）问：克服阻力做功消耗的是什么？引导学生从能量的角度去分析，问：我们把这种振动叫做什么振动？同样，电容器储存了电量，带电的电容器两极板之间就有了电场，也就有储存了电场能。由于电流渡过电阻发热等原因，振荡电路中的能量

17、越来越少，最终将停止工作，所以实验中的振荡称为阻尼振荡。为了便于研究，我们突出线圈电感、电容的作用，而忽略能量损耗，得到理想的振荡电路模型纯LC回路。为达到这一要求采用晶体管补偿法，即电容器在振荡过程损失多少能量，通过晶体管补充多少能量，这样就能保持LC回路中的总能量不变，所以这种振荡叫做无阻尼振荡，又叫做等幅振荡。下面大家观察到的就是等幅振荡。（先通过实验让学生观察等幅振荡过程中两表的偏转规律，再用电脑展示。）现象3问：下面再请大家进一步观察等幅振荡过程中两表的指针的变化还有什么规律？（电脑展示过程中先正常速度展示，后慢速展示，再点动展示，让学生体会偏动过程中两表指针位置关系。）现象3：电流

18、表、电压表示数变化不同步：当电流表的指针到达最大时，电压表的指针到达零，当电流表的指针到达零时，电压表的指针到达最大。从观察到的现象表明：当电容器充电后能够产生周期性变化的电流。再通过示波器观察验证分析所得出的结论。在教学过程中，要充分利用CAI教学过程的交互性功能、直观动态的表象，创设解决问题的情境，激发学生想象，进而培养探索问题和解决问题的能力，使学生的抽象思维的得到培养。三、初步结论通过一年多的研究，在培养学生抽象思维能力方面已取得一定的成效，达到了既定的目标。3.1转变了观念，提高了自身素质通过研究，教师的理论水平有了一定的提高，树立了“学生为主体，教师为主导”教育观，素质教育在课堂上有所体现，教师能根据课堂教学内容努力运用现代教育技术为学生创设一种良好的认知环境，以提高学生的思维素质。教学过程中逐步实现由知识结论型教学向探究过程型教学转变，由识记型教学向思维型教学转变。3.2学生学业水平、思维