金建刚doc信息技术与学科整合文档格式.docx

1、基于传感器技术，应用于课堂教学的实时研究；基于各种计算机科学软件的模拟实验探究；基于网络技术，应用于教学资源的开发和利用，并探索与课堂教学模式的整合和课堂教学结构改革的研究。信息技术与课堂教学的有机整合，对优化教学过程和提高课堂教学效果、促进学生学习方式的转变、完善课堂教学模式和课堂教学结构都有着积极的意义和功能效果，具体可从两个层面来加以分析。第一层面的功能：是浅层次的整合。是指在不改变原有课堂教学结构（即教师、学生和教材）和课堂教学模式（如讲授式教学）的前提下，将信息技术作为教学的辅助手段和认知工具，以此来提高课堂教学的效益、实现部分教学目标的功能。第二层面的功能：是高层次的整合，指信息技

2、术已成为课堂教学结构中一个要素，由此形成新的课堂教学模式，这种模式将较全面地体现新课程标准的教育理念。它将全方位支持学生的自主学习、主动探究和交流合作，在教学设计和实现教学目标中，它不再是单纯地用于创设情境和作为认知、交流、探究、演示、加工信息和处理信息的工具。这种整合真正体现了综合、融合、集成一体化的含义，在哲学意义上体现了一个新的统一整体的建构和序化过程。这是当前基于现代教育技术支持建构主义学习理论、多元智力论的前提下，结合学生的实际和已有的教学资源条件，所形成的一种崭新课堂教学模式。二、如何将信息技术运用于中学物理教学中1创设问题情景信息技术与学科课程的整合，应逐步实现教学内容的呈现方式

3、、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革。因此课件制作重在创设情景、揭示问题。现代教学重视学生的自主学习，要求在教学中能充分体现学生的主体地位，因此“问题探究法”得到了广泛应用。所谓“问题探究法”是指通过创设一定具有挑战性的问题情景，与学生原有的认知结构发生冲突，激起学生的探究意识，促使学生积极主动地学习的教学方法。因此在多媒体课件的设计与制作过程中，在追求艺术美感的同时，更应力求能展示问题情景，给学生以悬念，激发学生问题探究的动机和欲望。（1）展示问题情景，激发学生科学探究意识。以施韦尔为代表的现代教育家指出：学生天生就有探究的欲望，也具备一定的探究能力，这一能力将随探究实践的累

4、积而增强。同样，建构主义也认为，问题能否顺利解决的关键在于情景的创设（创设与当前学习主题相关的、尽可能真实的情景）。在教学中若能充分抓住学生这一心理特点，通过设计一些具有问题悬念的多媒体课件创设一些生动情景，或激起疑问、或产生认知冲突，使学生在情景中“受激”而进入一种好奇、渴望、急不可耐的求知境界，在头脑中形成“究竟为什么?”、“究竟是什么道理?”等欲望，促使学生积极主动地探究新知。一堂好的课，很重要的一点就是必须能激发学生学习的兴趣和动机，能充分发挥学生学习的主动性和积极性，促使学生主动地开展探究性学习。因此，教师在备课时，应把重点放在如何创新性地创设生动、富有挑战性、能激发学生兴趣的问题情

5、景，来调动学生思维的积极性，激发学生的科学探究意识。当然，我们可以借助现代教育技术，创设有关学习情境，展示问题，激发学生科学探究意识， “技术让思想和教学变得更完美”。例如在原子的核式结构的卢瑟福a散射实验教学中，如果用计算机模拟a散射的实验现象（如图1），画面展示高速飞行的a粒子去轰击金箔，根据a粒子飞行路径的改变，来探究靶原子（金原子）的构造情况，这个情景此前教师不给出中心原子核（如图2），让学生根据实验现象讨论汤姆逊模型及其假设的可能性，在否定假设的基础上，让学生根据实验现象充分发挥各自的“非凡”想象力，猜测原子内部应该具有什么样的模型结构（质量、电荷量如何分布），从而感悟物理模型建立的

6、过程。学生会提出多种原子核式结构模型，但经分析论证得出能满足实验结果唯有卢瑟福的原子模型才是合理的。这样的体验“科学实验科学假设推理论证”的科学探究过程，比单纯的给出画面后直接下结论的效果要好得多。（2）创设问题情景，让学生“亲历” 科学创新过程，感悟科学方法和科学思想。物理学不仅应教给学生一些广泛应用的原理，更重要的是传播科学思想，教给学生探索的方法。在物理教学中利用多媒体技术，可以再现物理学家科学探究的经历，让学生“亲历”科学探究过程，感悟科学方法和科学思想，培养学生的科学探究能力和科学创新精神。如在介绍牛顿发现万有引力定律过程时，通过课件向学生再现牛顿非凡想象力的几个情景（牛顿当时是否如

7、此思维不得而知，但通过整合后对学生科学探究能力的培养具有启迪作用）。情景一（可以用真实的视频）：牛顿坐在树下，发现苹果落地，思考“为什么熟透的苹果会向地面落下，而不向上运动（引导学生不要轻易放弃一些熟视的日常现象）?”肯定存在有某种力促使苹果落地（“萌芽”地球引力作用）的作用；情景二（可以制作动画如图3）：苹果树逐渐长高，一直长到月球那样高。熟透的苹果仍然要落向地面。“为什么月球不会落地（给学生一个悬念）?”情景三：在地面上任何平抛运动的物体终要落地（可展示运动场上的抛标枪，速度越大，射程越远），月球不管以多大的速度运动也终要“落地” （如果地球表面是个大平面，动画展示落地情形）；情景四：若地

8、球变成圆球状呢（提出假设问题）?动画再现月球要落地的情景（速度越大，射程越远，以致于落不了地）。学生经历上述思维冲突后，探究意识受到撞击激发，深刻体会牛顿卫星原理图，惊叹牛顿非凡想象力的同时坚信地球是个球状体。2揭示问题本质。突破教学难点。众所周知，物理概念及物理过程抽象，难以理解，尽管物理教师想方设法从不同角度，用不同方法讲述，学生领会起来仍感抽象、难懂；采用演示实验，可以有效地解决不形象、不具体的问题，但由于一些具体条件的限制，演示实验做得不是很到位，或演示效果观察度差等原因，给教师教学与学生学习带来一定的困难。而信息技术的发展及应用给物理教学带来很好的辅助工具，如实物投影仪、录像机、高速

9、摄像机以及多媒体课件，它们以其综合处理信息的能力，利用直接投影（可放大缩小，放慢加快）、视频、图形、图像、声音、三维动画等表现形式，将一些枯燥、抽象、难以理解的概念、复杂的变化过程、形态各异的运动形式、宏观或微观世界、时间的延长或缩短、空间的变大或缩小等直接地展示在学生面前，所呈现的内容真实、生动、极富表现力，很容易引起学生的兴趣和注意，从而能有效调动学生的各种感觉器官，增强学生的记忆能力与理解能力，提高教学质量。下面介绍几种行之有效、能突破学生疑惑点，化难为易的做法：（1）抽象概念、抽象规律“具体化” 。抽象概念、抽象规律“具体化” ：利用信息技术，如视频、Flash、几何画板等制作的动画等

10、，将学生认为抽象、难理解的物理概念、物理规律，通过动画、视频等方式把抽象的问题转化成一个个具体的实例。在物理教学中，只有将抽象的内容具体化，才可以帮助学生理解它们的真正涵义。例如，在进行摩擦力方向的教学时，学生容易将“滑动摩擦力的方向总是与物体相对运动的方向相反” ，误认为“滑动摩擦力的方向总是与物体运动的方向相反” ，这体现了他们对“相对运动”这概念的内涵理解不透彻。我们可以通过课件展示几种不同情况下物体相对滑动的动画或视频，并在动画或视频中显示摩擦力的方向、两物体相对滑动的位移方向和各物体相对地面运动的位移方向，这样就可把较抽象的摩擦力方向问题形象具体化处理，使学生易于理解“相对运动” 的

11、意义和摩擦力方向的特点和判断。（2）疑难问题“图景动态化” 。疑难问题“图景动态化” ：利用交互性较强的几何画板和Flash、编程等，将学生认为抽象、难理解的物理问题。通过可控制变量的方式，将物理图景有目的、有步骤、分层次动态展示出来。通过图示过程、形成表象，揭示问题本质，深化问题理解度。物理问题的难易，在于学生遇到物理问题时，大脑里面能否建立一幅清晰的物理图景，但由于中学生所处认知水平较低，思维认识仍处于形象思维，难以构建准确、清晰的物理图景。因此，我们借助信息技术的优势，将物理问题转化为物理图景，并将物理图景有目的、有步骤、分层次动态展示出来，从而达到揭示问题本质，使学生的认识逐步过渡到逻

12、辑思维的目的。例如在高一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”。几何画板看成是一块“动态的黑板” ，使用几何画板制作的物理课件使传统物理课堂教学的静止图形向动态图形过渡，使学生能够从过程的变化中把握不变的物理规律。几何画板本身不使用程序语言，但它有很好的交互性，可以由使用者操纵和控制。因此，我们可以用几何画板这一优势，设计可控动态课件，从图4开始，拖动F从而改变F与F2之间的夹角的大小，如图5直到图6位置结束。这样通过一个连续的拖动动画，展

13、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。 （3）不可见物理量的“可视化” 。不可见物理量的“可视化”：利用动态效果较好的Flash、编程、或编辑处理后的视频等，将某些“看不见、摸不着”的物理量的动态变化，借助于多媒体手段，通过类比、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。在物理教学中，经常牵涉到一些动态过程，而某些动态情景又难于在教室里形象展示。传统教学中更多是依靠教师不厌其烦地“磨破”嘴皮引导学生想象其动态过程，即使有些动态过程教师讲得“有声有色” ，可相当部分学生因缺乏基本的感性认识，想象能力

14、又受年龄和知识结构水平限制，确实难于理解其动态过程。使原本形象生动的物理教学变成老师的说教，以至教学效率低下，教学效果难于体现。利用现代多媒体技术，可以将动态过程做成课件展示给学生观看，学生通过亲自感受“实际”动态过程，弄清复杂物理过程。有了基本感性认识，物理知识、物理规律在学生面前不再显得那么抽象和枯燥，而是活生生的实际现象的总结和归纳。例如在物理的电磁振荡教学过程中，LC回路中通过线圈的电流强度、电容器两极板问的电压、电场能、磁场能都作周期性的变化，一般的演示实验只能让学生观察到串联在电路中的电流表指针左右摆动，不能观察到电流、电压、电场能、磁场能的具体变化特点及它们之间的关系。但利用计算

15、机就可以形象动态地展示出各量的变化过程，使学生看到电流、电压、电场能、磁场能是怎样逐渐变化的（如图7，图中的电场能、磁场能用条形长度表示其大小，会随电压的变化而变化），并可以同时用单摆作简谐振动时重力势能和动能的相互转化来类比电磁振荡中电场能和磁场能的相互转化，课后学生反映理解相当透彻，记忆牢固。课件充分运用各种信息传媒通道的作用，使学生的各种感官充分受到刺激，调动了各种非智力因素，强化了各种智力因素的有机结合，对学生发展的整体性带来良好的影响，教学效果非常好。3进行高质量实验探究、研究式学习。利用信息技术进行高质量实验探究，可以为学生学习方式的转变创造了条件，使学生从单一的接受性学习方式转变

16、为有效的接受与体验、研究、发现相结合的学习方式；改变单一的个体学习方式，倡导独立自主与合作交流相结合的学习方式，丰富的传感器可以增强学生的实践体验；信息化的实验手段可以拓展学生探究日常生活中物理现象的能力，从而激发学生探究的欲望。强大的数据处理能力和开放的平台有利于学生通过努力发现问题寻找规律，有利于学生将信息科技所学知识（如EXCEL、MathCAD处理数据方法、科学模拟等）引人物理实验，信息获取和处理的过程，对学生信息素养的提高有很大的帮助。（1）利用传感器技术及数字化信息实验系统探索物理规律，实践科学过程。传统的实验手段和方法已经跟不上信息时代发展的需求。物理实验手段也需更新和发展，利用

17、信息技术创建“信息化实验环境”势在必行。所谓“信息化实验环境”，指的是将现代实验技术和以计算机为核心的信息技术融为一体的实验平台或环境。信息技术具有强大的信息处理能力，可以实时、高效处理各种数据、实现连网互通和便捷的交互功能。由上海市中小学数字化实验系统研发中心开发的DISLab的推出，受到广泛的关注。DISLab是英文DigitalInformation System Laboratory的缩写，意为“数字化信息系统实验室”。DISLab运用不同的传感器进行实验数据采集并输入计算机加以实时处理，从而得出实验结果。DISLab的基本系统结构为“传感器+数据采集器+计算机”，一系列传感器替代了传

18、统的测量仪器，能够完成包括力、热、声、光、电、位移、磁感强度、辐射等多种物理量数据的采集。传感器数据通过四通道数据采集器处理后上传到计算机由教学软件进行实时的处理与分析。它不但能替代许多传统仪表，如打点计时器、弹簧秤、温度计、压强计等，而且还能直接测量瞬时速度（光电门）、磁感应强度（霍尔传感器）、微电流计（微电流传感器）等传统仪表无法测量的物理量。即使替代也不是简单的功能重复，而是大大提高了测量范围、精度、反应时间。许多原来不能做的实验可以做，许多原来只能定性的实验可以定量分析，许多“瞬时”的过程（如碰撞）我们通过高速扫描记录仔细分析， 因此学生利用DISLab可以探究的问题范围和深度都大大拓

19、展，这对提高学生的探究能力很有益处。例如，学生接触的第一个实验是“研究匀速直线运动”。在这个实验的专用软件界面中，首次展示了“物理量一时间”关系图线，即st图和vt图。此后的“从vt图求加速度” 、 “牛顿第二定律”等实验也多次出现了有关的实验图线。这些实验注重物理方法的导向，强调图线的功能和利用图线解决问题的能力，使学生对概念的理解在层次上不断递进和扩展。又如，在“动能大小的研究”专用软件中，实验装置利用小车克服摩擦力作功，表征小车动能的大小，然后根据所测数据，预测它们存在的趋势和规律（实际是对实验的猜想）。然后利用计算机提供的拟合功能作出判断。这样就可以将学生真正置身于实验数据的环境，促使

20、他们合理想象，自主探讨，达到培养和提高学生的思维品质的目标。DISlab教材专用软件除了能够实现特定功能以外，该软件同样具有很强的扩展性，使学生能进行自主探索研究的范围空前广泛。例如，就使用DISLab电流传感器而言，凡是能产生微小电流的实验都可实时显示，如单导线切割磁力线、大地导电、人体电流、水果电池、纯水导电、玻璃导电、地磁研究等多达数十个实验。（2）利用其他方式进行实验探究。由于DISLab“数字化信息系统实验室”价格昂贵，目前除上海等发达城市外，基本上仍未能普及使用该系统进行实验探究。在这种情况下，如何最大限度地利用现代教育技术，进行科学的实验探究呢? 利用TI技术开展研究性的学习TI

21、是美国德州仪器公司获得国际教育界公认的产品之一是以图形计算器为核心的手持式教学工具。这种手持式教学仪器工具包括“TI图形计算器” “以计算器为基础的实验室（CBL系统）” 、各种传感器（俗称探头）等。TI图形计算器具备涉及中等数学、微积分、数理统计的几乎所有计算功能，以及函数作图、几何作图（包括3D作图）。加上其它软件，如CBL与物理实验、CBL与化学实验等，还可使用获得其它功能，功能却能与一台计算机相媲美。利用这套TI工具和TI技术，可以方便而迅速地收集各种数据，如位移、速度、温度、声音、光、电、力、pH值等，并能方便而迅速地传输给图形计算器，进行形象直观的数学分析处理，得出实验的结论。TI

22、工具携带方便，可以带到实验现场；TI收集处理数据迅速，可以当场进行分析处理，验证不同的假设或结论；在资源共享与交换方面，图形计算器之间、图形计算器与计算机之间都可以进行数据、图像和程序等的传输；图形计算器使用稳定，不易死机，具备Flash功能的计算器还可以从互联网上下载最新研制的软件，可对计算器进行软件升级。总之，TI技术已使计算器从简单的数值计算提升到函数图形处理、实验数据采集处理、信息资源共享的高度，使实验省时省力，实验现象和结果更形象直观，使教学更具有研究性、更联系实际。它携带方便，在教室中与专用液晶屏合用，利用普通投影仪就可进行全班演示。通过利用TI数理技术，改变了传统教学模式，将原来

23、验证定律的方式改为探究物理规律，引出物理定律的新型的课堂教学模式。在课堂上以学生为主体开展研究性的学习，使学生手脑并用，对学生的认知结构和学习方式产生深远的影响。例如，我们可以用TI研究曰光灯光源。学生在用CBL、光探头研究不同光源发光原理时，发现目光灯光强的变化具有周期性，而且其周期竟然不是市电的50HZ，而是100HZ，经过讨论和思考，得出了交流电正反方向虽然作周期性改变，但光强却与正反方向无关的正确结论。而普通灯泡的光强基本不变，其发光原理是显然不同于日光灯，进而提出了电脑、电视屏幕的闪光情况和对人眼影响的课题。又如，用TI设计自动化控制系统。自动化控制对大部分中学生来说，非常神秘。但T

24、I技术提供的数字控制单元（即Dcu）却可以让一般学生实现自己的梦想。学生提出了模拟导弹跟踪系统的设想，只要用光探头、DCU、TI计算器及一个普通电动小车，再设计一个小程序就可以完成。当前面的手电筒移动时，光探头通过捕捉信号，送到计算器中分析作出反应，从而控制小车转向跟踪，其基本原理与导弹跟踪系统是完全一样的。当学生完成一整套设计，并通过反复实验，最后基本实现设计时，成功的愉悦超过了任何物质的奖励。而在整个研制过程中体现的协作精神、整体意识和解决突发问题的创造力，正是我们在多年教育改革中要寻找的、能够赋予学生最宝贵的东西。实践表明：使用TI技术作为传统教学的补充和拓展，可以极大地调动学生的参与研

25、究性学习和培养学生的创新思维、探索能力。利用计算机软件进行数据分析、科学模拟等Excel当前最为广泛流行的办公软件之一，其具备强大的数据计算、统计、分析功能，不仅能进行复杂的公式计算。又能把数据快捷准确地以图像的形式形象地描述出来；同时，它是一种非编程数据处理工具，操作简单、易学易用。最适合于中学生初步学会利用信息技术处理一些诸如实验数据等物理问题。MathCAD是美国Machsoft公司推出的一个交互式的数学软件。该软件定位于向广大教师、学生、工程人员提供一个兼备文字处理、数学和图形能力的集成工作环境。使他们能方便地准备教案、完成作业和准备科学分析报告。在输入一个数学公式、方程组、矩阵之后，

26、计算机能直接给出结果，而无须去考虑中间计算过程。在加入软件包自带的Maple件后能直接支持符号运算。你可以在计算机上输入数学公式、符号和等式等，很容易地算出代数、积分、三角以及很多科技领域中的复杂表达式的值，并可显示数学表格和图形，通过对图形结果的分析，使我们对问题的理解更加形象。用这两个软件处理中学物理实验的实验数据非常简单、方便、快捷。此外，利用MathCAD还可以进行“荧光屏上开展物理实验”和进行理论探究。如用MathCAD模拟两列简谐波的合成（如图8）后，若将这两列的频率改成比较接近的时候，意外地观察到拍频现象的出现（如图9）。这实际就是从计算机模拟探索到的“新发现” ，对提高学生应用信息技术技能也有很大的帮助。 由此可见，信息技术不管在课堂教学还是在实验探究都起着不可替代的作用；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方式的变革。如何才能使信息技术成为教师教学的辅助和学生的认知学习工具，这就必须充分发挥和挖掘信息技术的优势，结合课堂教学实际、结合探究的实际，用它来创设问题情景，用它来揭示问题本质，突破教学难点，用它来进行高质量的实验探究、研究式学习。