中學(xué)物理計算機輔助課堂教學(xué)模式初探

1、中學(xué)物理計算機輔助課堂教學(xué)模式初探舒信?。ㄈA東師范大學(xué)物理系 200062） 摘要 本文主要依據(jù)現(xiàn)代教育理論，就構(gòu)建中學(xué)物理計算機輔助課堂教學(xué)模式的意義、中學(xué)物理計算機輔助課堂教學(xué)模式的界定以及開展中學(xué)物理計算機輔助課堂教學(xué)模式的教學(xué)程序等問題進(jìn)行探討。 關(guān)鍵詞 計算機多媒體技術(shù)、教學(xué)模式、教學(xué)程序、教學(xué)案例。 一、中學(xué)物理計算機輔助課堂教學(xué)模式的界定高速發(fā)展的現(xiàn)代社會需要學(xué)校培養(yǎng)具有“創(chuàng)造型”、“綜合型”的人才。為此，現(xiàn)代教育理念十分強調(diào)通過學(xué)校教育來培養(yǎng)學(xué)生的“創(chuàng)新意識”和“實踐能力”，竭力倡導(dǎo)教育應(yīng)以“學(xué)生為本”，以“學(xué)生發(fā)展為本”，即現(xiàn)代教育過程應(yīng)努力為學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，使

2、學(xué)生通過建立在協(xié)作交流基礎(chǔ)上的自主學(xué)習(xí)，去發(fā)現(xiàn)知識、理解知識并通過意義建構(gòu)形成自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，進(jìn)而在獲取知識的同時發(fā)展學(xué)生多方面的能力。也就是說，情景、協(xié)作、會話和意義建構(gòu)是構(gòu)建現(xiàn)代教育過程十分重要的教學(xué)要素。隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的不斷發(fā)展，充分利用計算機多媒體技術(shù)的優(yōu)勢，構(gòu)建基于計算機多媒體技術(shù)的中學(xué)物理計算機輔助課堂教學(xué)模式，是實現(xiàn)具有上述教學(xué)要素的現(xiàn)代教育過程的有效途徑之一。所謂中學(xué)物理計算機輔助課堂教學(xué)模式，就是依據(jù)現(xiàn)代教學(xué)理念，通過綜合運用以計算機多媒體等技術(shù)為核心的現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)，使物理教學(xué)手段、教學(xué)資源多樣化，以此帶動物理教學(xué)組織形式、教學(xué)方法的多樣化，進(jìn)而促進(jìn)物理教學(xué)過程中信息交流、

3、認(rèn)知方式的多元化，最終實現(xiàn)物理教學(xué)目標(biāo)的多元化。二、中學(xué)物理計算機輔助課堂教學(xué)模式的教學(xué)程序符合現(xiàn)代教育理念的中學(xué)物理計算機輔助課堂教學(xué)模式的基本教學(xué)程序主要有以下幾個教學(xué)環(huán)節(jié)組成： 設(shè)疑激趣 討論猜想 探究發(fā)現(xiàn) 意義建構(gòu) 應(yīng)用創(chuàng)造 1、設(shè)疑激趣。 這一教學(xué)環(huán)節(jié)的主要任務(wù)是：通過營造具有“疑”“趣”“難”特征的問題情景，使學(xué)生在認(rèn)知結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生知與不知的矛盾，感到自己知識鎖鏈上的脫節(jié)，形成較為穩(wěn)定的學(xué)習(xí)動機。實施這一教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)采取的教學(xué)策略是：充分運用計算機多媒體技術(shù)，通過聯(lián)系生產(chǎn)、生活實際，選擇即貼近生活又具有時代氣息的事例，以圖文并茂、形象生動且有利于學(xué)生內(nèi)心體驗的表現(xiàn)手法，向?qū)W生展示具有“

4、疑”“趣”“難”特征的問題情景，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的興趣。衡量這一教學(xué)環(huán)節(jié)達(dá)標(biāo)的要求是：所創(chuàng)設(shè)的問題情景不僅應(yīng)符合認(rèn)知客體所具有的主要特征，同時也應(yīng)符合認(rèn)知主體的認(rèn)知水平，即應(yīng)能使學(xué)生心理亢奮，產(chǎn)生強烈的求知欲，并將這求知欲轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)的動力。2、討論猜想。這一教學(xué)環(huán)節(jié)的主要任務(wù)是：通過創(chuàng)設(shè)能多視角引發(fā)學(xué)生思維的學(xué)習(xí)情景，使學(xué)生在對學(xué)習(xí)材料進(jìn)行初步分析、整理后，運用有意義的猜想，提出初步的探究問題的方案（主要包括：研究思路、選材、建模和具體操作方法等）。實施這一教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)采取的教學(xué)策略是：通過多視角地為學(xué)生自主探索創(chuàng)設(shè)可引發(fā)發(fā)散性思維的學(xué)習(xí)情景，使之通過協(xié)作交流的方式進(jìn)行科學(xué)猜想，以制定出初

5、步的探究問題的方案。衡量這一教學(xué)環(huán)節(jié)達(dá)標(biāo)的要求是：所創(chuàng)設(shè)的學(xué)習(xí)情景，能為學(xué)生進(jìn)行發(fā)散思維提供盡可能寬暢的想象空間。此外，對探索方案的討論，應(yīng)充分體現(xiàn)“以學(xué)生為本”的教學(xué)策略，以此培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、想象力和初步的科學(xué)研究的思維方法。3、探究發(fā)現(xiàn)。這一教學(xué)環(huán)節(jié)的主要任務(wù)是：在前面討論猜想的基礎(chǔ)上，通過營造能按照不同方案進(jìn)行自主探索研究的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生經(jīng)過自主的或協(xié)作基礎(chǔ)上的操作、觀察，來感知現(xiàn)象、建立表象，并通過分析、判斷等思維過程，形成對物理現(xiàn)象和規(guī)律的初步認(rèn)識。實施這一教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)采取的教學(xué)策略是：在探究過程中，應(yīng)充分利用各種媒體手段（比如，計算機對多種媒體信息的智能化展示、計算機的網(wǎng)上

6、搜索、課堂演示實驗、學(xué)生隨堂實驗、實物展示等），并采用研究性教學(xué)方法，以實現(xiàn)重“過程”和重“能力”培養(yǎng)的現(xiàn)代教學(xué)理念。衡量這一教學(xué)環(huán)節(jié)達(dá)標(biāo)的要求是：所營造的探究問題的物理情景，應(yīng)有利于通過學(xué)生自主的觀察與操作去加深對物理現(xiàn)象和過程的理解，進(jìn)而形成初步的物理表象，培養(yǎng)學(xué)生初步的科學(xué)能力和體會科學(xué)方法和科學(xué)創(chuàng)新精神。4、意義建構(gòu)。 這一教學(xué)環(huán)節(jié)的主要任務(wù)是：針對在探究過程中以建立的物理表象，使學(xué)生通過與學(xué)習(xí)伙伴的協(xié)作交流，對研究對象進(jìn)行更深入的思維加工，以形成較為完整的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并領(lǐng)悟出其中所蘊藏的科學(xué)方法以及辨證唯物主義思想。 實施這一教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)采取的教學(xué)策略是：充分利用計算機的高超編輯和再現(xiàn)功

7、能，依據(jù)研究客體的主要特征，結(jié)合學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平，通過對相關(guān)媒體信息進(jìn)行微觀過程宏觀化、瞬變過程定格化等特技的處理，創(chuàng)設(shè)基于自主探究且有利于意義建構(gòu)的良好學(xué)習(xí)情景。讓學(xué)生在主動參與、內(nèi)心體驗的基礎(chǔ)上，對感知的物理現(xiàn)象，經(jīng)過科學(xué)的抽象，形成物理概念或物理規(guī)律。 衡量這一教學(xué)環(huán)節(jié)達(dá)標(biāo)的要求是：所選用的媒體能為意義建構(gòu)創(chuàng)設(shè)變抽象為具體、變靜態(tài)為動態(tài)的學(xué)習(xí)情景，且能進(jìn)一步深化學(xué)生在實踐探索中所獲得的內(nèi)心體驗。此外，所選用的教學(xué)方法，應(yīng)能充分體現(xiàn)“以學(xué)生發(fā)展為本”的現(xiàn)代教學(xué)理念。5、應(yīng)用創(chuàng)造。 這一教學(xué)環(huán)節(jié)的主要任務(wù)是：在以營造好的應(yīng)用知識、創(chuàng)新知識的學(xué)習(xí)情景中，使學(xué)生通過聯(lián)想、遷移等思維方式，促進(jìn)其認(rèn)

8、知結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步完善。此外，使學(xué)生通過創(chuàng)新思維，并經(jīng)歷創(chuàng)新設(shè)計等實踐活動，使其認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步的擴展。實施這一教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)采取的教學(xué)策略是：針對以創(chuàng)設(shè)好的需要解決問題的情景，通過對應(yīng)用對象結(jié)構(gòu)的合理解剖與展示以及仿真模擬，為進(jìn)一步深化、活化所學(xué)知識提供支撐。此外，還應(yīng)努力創(chuàng)設(shè)好將知識應(yīng)用于新情景的學(xué)習(xí)環(huán)境，使之借助于新問題情景的刺激，促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新思維。 衡量這一教學(xué)環(huán)節(jié)達(dá)標(biāo)的要求是：所選用的應(yīng)用性情景素材，應(yīng)體現(xiàn)出現(xiàn)代性和可遷移性等特征；所選用的創(chuàng)造性情景素材，也應(yīng)具有實用和開放等特性，進(jìn)而為激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其創(chuàng)新精神提供保障。 三、中學(xué)物理計算機輔助課堂教學(xué)模式的案例分析 1、電磁

9、感應(yīng)教學(xué)案例的設(shè)計。 充分發(fā)揮中學(xué)物理計算機輔助課堂教學(xué)模式所具有的多媒體、多手段、多情景、多資源等優(yōu)勢，結(jié)合電磁感應(yīng)教學(xué)課題所具有的知識特性與能力特性，通過以景設(shè)疑、以景激趣、以景質(zhì)疑、以景猜想、以景探索、以景建構(gòu)、以景應(yīng)用、以景創(chuàng)新的構(gòu)思來策劃其教學(xué)過程。具體設(shè)計如下（按箭頭所指順序）： 情景1 設(shè)疑激趣 情景2 質(zhì)疑提問 活動1 析疑猜想錄像展播：現(xiàn)代生活與 演示：手搖發(fā)電機發(fā)電 討論、交流“磁能否生電電能（主要包括萬家燈 及奧斯特實驗；多媒體 ”課題的研究方案（主要火、各類發(fā)電廠等）引 展示：發(fā)電機核心結(jié)構(gòu)。 包括選材、建模、操作方發(fā)電能由來的思考。 引發(fā)“磁能否生電”。 法等）。 活

10、動2 解疑發(fā)現(xiàn) 活動3 交流思索 活動4 討論析疑通過對研究方案的實際 總結(jié)、交流獲得感應(yīng)電 討論、交流進(jìn)一步探究產(chǎn)操作，發(fā)現(xiàn)能產(chǎn)生感應(yīng) 流的各種方法。誘發(fā)想 生感應(yīng)電流本質(zhì)的研究方電流的各種方法（觀察 了解產(chǎn)生感應(yīng)電流本質(zhì) 案（運用比較、歸納等方、思考、記錄、調(diào)整）。 的思索。 法優(yōu)化方案）。 活動5 探究解疑 活動6 交流豁疑 情景3 景中質(zhì)疑通過進(jìn)一步較為深入的 總結(jié)、交流探究成果， 錄像展播：1、演唱會上， 實驗或理論探索，歸納 明了結(jié)論和方法。引導(dǎo) 歌手手持話筒縱情地在歌 出產(chǎn)生感應(yīng)電流本質(zhì)的 思考研究成果在實際生 唱。2、演唱會上，樂手在 初步結(jié)論。 活中的應(yīng)用。 縱情地彈奏電吉它

11、。 情景4 點撥啟思 情景5 感悟解疑 活動7 解惑創(chuàng)造 多媒體展示：1、動圈 多媒體展示：1、發(fā)電機 在理性解惑的基礎(chǔ)上，運 式話筒核心結(jié)構(gòu)。2、 工作過程。2、動圈式話 用電磁感應(yīng)原理，設(shè)計（ 電吉它核心結(jié)構(gòu)。 筒工作過程。3、電吉它 制作）具有一定實用價值 工作過程。 的小發(fā)明。 活動8 交流引思在交流設(shè)計（制作）小 發(fā)明的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步誘發(fā)研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象主要特征的思索。2、電磁感應(yīng)教學(xué)案例中研究性教學(xué)方法的運用。 （1）、運用以景設(shè)疑、以景激趣的方法引入課題。物理教育心理學(xué)的研究指出，興趣出與好奇好奇出于意想不到意想不到源于豐富多彩的物理世界實驗及來源于生活實際的案例是再現(xiàn)豐富多彩的

12、物理世界的最有效的途徑。為此，在開展電磁感應(yīng)教學(xué)活動時，可通過充分合理地運用計算機多媒體技術(shù)來展示現(xiàn)代生活與電能的實景（比如，包括火力的、水利的、核能的、風(fēng)力的各種類型的發(fā)電廠；現(xiàn)代生活對電能的依賴等）以及運用小型手搖發(fā)電機演示其能生產(chǎn)電能的實驗情景，以此來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并從中引發(fā)學(xué)生對情景中隱含的問題的思考。在這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，研究性教學(xué)方法主要體現(xiàn)在：充分運用計算機多種媒體技術(shù)合理展示情景以及引發(fā)對情景中隱含的問題的思考。運用研究性教學(xué)方法所要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)是：使學(xué)生從情景中感悟問題。 （2）、運用以景質(zhì)疑、活動猜想的方法展開課題。從情景中感悟問題過渡到從情景中提出問題是人們在認(rèn)識客觀

13、事物過程中一個十分重要的環(huán)節(jié)。從教育角度來看，它對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力具有舉足輕重的作用。因此，在實際教學(xué)過程中應(yīng)合理運用以景質(zhì)疑的方法來實現(xiàn)這一過渡。為此，應(yīng)充分運用計算機多媒體技術(shù)及其它媒體手段對問題情景進(jìn)行更為深入的剖析和更為全面的展示（比如，利用計算機多媒體技術(shù)中的三維動畫清晰地去展示發(fā)電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；再結(jié)合利用演示實驗展示電流的磁效應(yīng)），以此啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生從情景中發(fā)現(xiàn)問題和提出問題。為進(jìn)一步揭示問題的本質(zhì)特性，應(yīng)運用計算機多媒體技術(shù)以及其它媒體手段，創(chuàng)設(shè)能拓展學(xué)生思路且有利于培養(yǎng)學(xué)生尋找研究方向能力的學(xué)習(xí)環(huán)境（比如說，利用網(wǎng)絡(luò)資源來豐富學(xué)生的感性認(rèn)識以及利用“虛擬實驗”技術(shù)進(jìn)

14、行研究方案的設(shè)計）。并在此基礎(chǔ)上，營造有利于協(xié)作交流的學(xué)習(xí)氛圍（比如，利用計算機網(wǎng)絡(luò)交互技術(shù)或其它方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)式或直接式學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師間的討論與交流）。以此，通過活動思考和協(xié)作交流，盡可能多地提出“磁能否生電”或“發(fā)電機為什么能源源不斷地生產(chǎn)出強大的電能”的研究方案。在這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，研究性教學(xué)方法主要體現(xiàn)在：運用多種媒體手段對問題情景做更深入的剖析和更為全面的展示以及啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生從情景中發(fā)現(xiàn)并提出問題；運用網(wǎng)絡(luò)資源、“虛擬”技術(shù)創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生尋找研究方向的學(xué)習(xí)環(huán)境以及運用網(wǎng)絡(luò)式或直接式交流方式啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生提出研究方案。運用研究性教學(xué)方法所要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)是：使學(xué)生學(xué)會從情景中提出問題

15、以及在活動和協(xié)作中提出研究問題的方案。 （3）、運用活動探索、交流建構(gòu)的方法深化課題。為進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)過程，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)習(xí)者利用多種媒體手段對以確定的多種研究方案，通過采用自主或小組協(xié)作的方式進(jìn)行實驗探索，并對觀察得到的現(xiàn)象進(jìn)行記錄、整理、初步分析。在實際教學(xué)中，應(yīng)注意把教學(xué)的重點放在引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)和掌握可產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的各種方法或途徑上。這是因為，提出可產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的各種途徑或方法，其本身就意味著已經(jīng)開拓了學(xué)生對電磁感應(yīng)現(xiàn)象認(rèn)識的視野。此外，這種不受約束的發(fā)現(xiàn)需要有創(chuàng)新精神和發(fā)散性思維能力的支撐，因而，有助于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和有利于今后對知識的創(chuàng)新運用。另一方面這種教學(xué)策略也有助于培養(yǎng)學(xué)

16、生的學(xué)習(xí)興趣和善于深入探究問題的能力。因為，利用精簡的實驗裝置通過簡單的操作即可“無中生有”的獲得具有潛在“實用價值”的電能，無疑能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。最后，當(dāng)學(xué)生面對能獲得感應(yīng)電流的各種途徑和方法時，實際上已經(jīng)意味著能“水到渠成”地誘發(fā)學(xué)生產(chǎn)生進(jìn)一步了解這一現(xiàn)象本質(zhì)的思索，因而也將有助于培養(yǎng)學(xué)生深入探究問題的能力。當(dāng)學(xué)生已經(jīng)有了探究產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象本質(zhì)的思索以后，即應(yīng)通過開展對前期實驗結(jié)果的小結(jié)交流方式，來對其探究欲望予以強化。然后，引導(dǎo)學(xué)生利用比較、歸納等思維方式對原探索方案進(jìn)行優(yōu)化處理，并進(jìn)行更為深入的實驗或理論的探索，最終完成意義建構(gòu)。在這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，研究性教學(xué)方法主要體現(xiàn)在：強調(diào)采

17、用自主或小組協(xié)作的方式進(jìn)行實驗探索以及重視引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和掌握可以產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的各種方法或途徑；在明了知識形成過程的基礎(chǔ)上完成意義建構(gòu)。 （4）、運用景中啟思、活動創(chuàng)新的方法活化課題。將知識運用于生活實際，即能運用所學(xué)到的知識解釋生活中的物理現(xiàn)象。這也是現(xiàn)代教學(xué)理念十分強調(diào)的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。為此，在開展中學(xué)物理計算機輔助課堂教學(xué)活動時，應(yīng)在總結(jié)、交流意義建構(gòu)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)習(xí)者將已建構(gòu)的理論知識應(yīng)用于實際。為幫助學(xué)習(xí)者完成這一學(xué)習(xí)過程，應(yīng)采用的方法是：利用計算機多媒體技術(shù)創(chuàng)設(shè)有利于知識應(yīng)用的學(xué)習(xí)情景。比如，可通過利用計算機的影視展播技術(shù)，向?qū)W習(xí)者提供具有時代特征的“現(xiàn)代生活與電能”以及具有時代氣息的大型演唱會上歌手手持電吉它對著話筒進(jìn)行縱情彈唱的影視錄像，啟發(fā)學(xué)習(xí)者思考情景中隱含的“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”在實際生活中的應(yīng)用。然后，再次運用計算機多媒體技術(shù)，用形象生動、逼真的三維動畫展示應(yīng)用對象不易觀察到的核心結(jié)構(gòu)和工作過程，為開展自主式或小組協(xié)作式的應(yīng)用學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)良好的環(huán)境。將所學(xué)到的知識應(yīng)用于新的情景，即利用已掌握知識設(shè)計（制作）具有一定“實用價值”的小發(fā)明，這也是現(xiàn)代教學(xué)理