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信息技術(shù)環(huán)境對(duì)形成學(xué)生物理思維的影響
摘要 : 信息技術(shù)的發(fā)展和信息技術(shù)環(huán)境的形成, 對(duì)教育教學(xué)改革的影響與滲透越來越明顯。在信息技術(shù)與課程整合的應(yīng)用中, 作為理學(xué)特色鮮明的物理學(xué), 思維能力是學(xué)好和研究物理學(xué)的關(guān)鍵, 物理教學(xué)的改革應(yīng)著重突出培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。文章結(jié)合教學(xué)實(shí)踐論述了利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)改進(jìn)物理教學(xué)手段和方式, 對(duì)學(xué)生形成物理思維、發(fā)展多向思維能力以及提高物理教學(xué)效益的積極影響。
關(guān)鍵詞 : 網(wǎng)絡(luò)技術(shù); 多媒體技術(shù); 物理教學(xué); 物理思維; 思維能力
信息化是21世紀(jì)的標(biāo)志, 是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的大趨勢(shì)�，F(xiàn)代化信息技術(shù)是實(shí)現(xiàn)教育信息化的基礎(chǔ)性平臺(tái), 是促進(jìn)教育全面改革, 使之適應(yīng)信息化社會(huì)對(duì)教育發(fā)展新要求的重要手段。眾所周知, 教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的影響是直接和巨大的, 隨著教育教學(xué)改革的全面深入, 現(xiàn)代信息技術(shù)手段的影響作用也越來越明顯。以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)為核心的信息技術(shù)已成為拓展人類思維的創(chuàng)造性工具, 利用網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)可以構(gòu)建信息豐富、思維方向多維化的學(xué)習(xí)環(huán)境和條件, 為學(xué)習(xí)者提供自由探索的空間, 有利于批判性和創(chuàng)造性思維的形成和發(fā)展。
物理思維, 即物理學(xué)中的科學(xué)思維, 是將物理觀察與物理實(shí)驗(yàn)所得到的感性認(rèn)識(shí)上升為理性認(rèn)識(shí),并從已有的理性認(rèn)識(shí)獲得新的理性認(rèn)識(shí)。物理思維能力, 即順利進(jìn)行物理思維并獲得正確思維結(jié)論的個(gè)性心理特征。物理思維是物理學(xué)習(xí)的靈魂, 而從形象到抽象, 從個(gè)體到群體, 從單維到多維, 促進(jìn)并強(qiáng)化學(xué)生物理思維的形成與發(fā)展則是物理教學(xué)的精髓。培養(yǎng)學(xué)生良好的思維品質(zhì), 提高學(xué)生的思維能力是物理教學(xué)的主要任務(wù)之一[ 1] 。信息技術(shù)的飛速發(fā)展, 信息技術(shù)手段的網(wǎng)絡(luò)化、多媒體化為物理教學(xué)帶來了新的生機(jī)與活力。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、多媒體環(huán)境在提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量, 強(qiáng)化物理思維方式等方面有著傳統(tǒng)教學(xué)手段無法比擬的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。
1 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下新的學(xué)習(xí)方式對(duì)形成物理思維的影響
網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的探索學(xué)習(xí)改變了以灌輸為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式, 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式可以優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)和教學(xué)過程, 大幅度提高教學(xué)效率和教學(xué)效果[ 2] 。這種方式強(qiáng)調(diào)了學(xué)習(xí)過程中教師的指導(dǎo)和幫助作用以及學(xué)生的主體地位, 強(qiáng)調(diào)了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源及學(xué)習(xí)情境的重要性, 其對(duì)思維形成的影響是空前的和十分有利的。
1. 1 創(chuàng)設(shè)探索情境, 激發(fā)思維形成
心理學(xué)研究表明, 學(xué)生的思維是從問題開始形成, 再從問題解決中得到發(fā)展的。學(xué)習(xí)的過程就是不斷創(chuàng)設(shè)問題情境, 引起學(xué)生認(rèn)知沖突、激發(fā)學(xué)生的求知欲, 使學(xué)生的思維在問題思考與探索中得到促進(jìn)和發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下, 能夠展現(xiàn)或模擬現(xiàn)實(shí), 再現(xiàn)真實(shí)情境, 從而使學(xué)生產(chǎn)生提出問題、解決問題的欲望。
物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科, 實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要一環(huán)。豐富多彩、生動(dòng)有趣的實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的特點(diǎn), 利用實(shí)驗(yàn)不僅可以讓學(xué)生獲得常規(guī)的感性認(rèn)識(shí), 更重要的是能夠使學(xué)生透徹理解并完全掌握實(shí)驗(yàn)結(jié)論的產(chǎn)生過程, 產(chǎn)生理性認(rèn)識(shí),形成抽象、概括性思維。
在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室操作, 以自主模擬實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行教學(xué), 可以解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室由于實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件限制而帶來的不利于教學(xué)和學(xué)生思維形成的弊端。讓學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中實(shí)際操作、觀察現(xiàn)象、讀取數(shù)據(jù)、科學(xué)分析, 培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的態(tài)度和能力[ 3] 如采用 仿真物理實(shí)驗(yàn)室虛擬力學(xué)、電學(xué)實(shí)驗(yàn)(在線網(wǎng)絡(luò)版) , 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與物理學(xué)科教學(xué)的整合。學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行多媒體實(shí)驗(yàn)操作, 通過網(wǎng)上人機(jī)對(duì)話, 并自主觀察模擬實(shí)驗(yàn)。當(dāng)遇到問題時(shí), 就可以通過網(wǎng)絡(luò)從其他學(xué)生那里獲取相關(guān)信息, 進(jìn)行討論、交流, 從而帶來學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)方法的更新。這種虛擬實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供了全方位的、開放性操作環(huán)境, 使學(xué)生在課堂上實(shí)現(xiàn)了在虛擬世界的真實(shí)體驗(yàn)。
信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合, 能夠培養(yǎng)學(xué)生自主模擬實(shí)驗(yàn)、觀察實(shí)驗(yàn), 并歸納、總結(jié)、抽象成所需知識(shí)的思維能力, 從而學(xué)會(huì)學(xué)習(xí), 使學(xué)生主動(dòng)地獲取物理知識(shí), 發(fā)展能力, 并促使他們建立科學(xué)的世界觀[ 4] 。學(xué)生的創(chuàng)造性思維得到了很好的激發(fā)。
1. 2 運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源, 拓展思維空間
進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代后, 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為學(xué)生提供了豐富的知識(shí)庫、資源庫, 網(wǎng)上的資源開發(fā)和利用已成為一個(gè)現(xiàn)代學(xué)習(xí)者必備的信息素質(zhì)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)區(qū)別于其他媒體技術(shù)的最顯著的特點(diǎn)就是交互性, 即實(shí)現(xiàn)信息的交流與反饋[ 5] 。這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用能夠?qū)崿F(xiàn)和促進(jìn)課堂教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)中師生之間的相互溝通與交流; 另外, 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的音頻、視頻和動(dòng)畫的呈現(xiàn)環(huán)境, 具有內(nèi)容新穎、形象生動(dòng)和界面友好等特點(diǎn), 對(duì)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)習(xí)效果、開闊視野和發(fā)展思維產(chǎn)生積極的影響。
我們?cè)陔姽ぜ夹g(shù)、電路分析以及電力電子等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上, 引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)型實(shí)驗(yàn)裝置, 實(shí)現(xiàn)了在網(wǎng)實(shí)驗(yàn)和聯(lián)網(wǎng)測(cè)控。學(xué)生在完成傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課目的基礎(chǔ)上, 可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行師生之間、學(xué)生之間的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交流、結(jié)論驗(yàn)證, 還可以開展協(xié)作實(shí)驗(yàn)等研究性、開發(fā)性的課題, 實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、一生多機(jī)的效應(yīng)。既提高了現(xiàn)有設(shè)備的利用率, 激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和研究熱情, 又對(duì)發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維、誘發(fā)發(fā)散性思維起到了有效的和顯著的鍛煉, 收到了良好的教學(xué)效果。
信息技術(shù)作為最先進(jìn)的教學(xué)媒體與物理學(xué)科整合, 不但深化了物理學(xué)科教學(xué), 加大了學(xué)科信息容量, 而且提高了課堂教學(xué)效果。
1. 3 適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境, 磨練思維能力
傳統(tǒng)的教學(xué)模式造成了學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的慣性,學(xué)生習(xí)慣于教師填鴨式的傳教, 很容易養(yǎng)成對(duì)教師 頭頭是道分析的依賴, 自動(dòng)放棄主動(dòng)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)的權(quán)力, 而網(wǎng)絡(luò)環(huán)境帶來的新活力已經(jīng)對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式帶來重大沖擊。面對(duì)這一沖擊, 應(yīng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)適應(yīng)性, 也要對(duì)前面提到的情況進(jìn)行綜合考慮, 所以理性的適應(yīng)、積極的應(yīng)對(duì)、熱情的參與顯得尤為重要。
作為對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的補(bǔ)充, 利用網(wǎng)絡(luò)了解物理學(xué)科發(fā)展前沿動(dòng)態(tài), 對(duì)物理學(xué)科的知識(shí)框架、研究方法、研究方向和應(yīng)用領(lǐng)域等進(jìn)行意義建構(gòu), 更深入地洞察物理學(xué)的內(nèi)涵和外延, 把握物理學(xué)的靈魂, 對(duì)啟發(fā)和建立學(xué)生的物理思維、磨練思維能力具有深刻的環(huán)境意義和手段效益。
2 多媒體教學(xué)方式對(duì)形成物理思維的影響
多媒體教學(xué)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助教學(xué), 實(shí)施信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)整合的重要手段, 是當(dāng)前教育教學(xué)改革的一大特色[ 6] 。
物理教學(xué)過程本質(zhì)上是一種對(duì)自然界的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、相互作用等本質(zhì)規(guī)律和特征的認(rèn)識(shí)過程。物理學(xué)習(xí)實(shí)質(zhì)上就是學(xué)習(xí)者對(duì)整個(gè)物理世界的感知和對(duì)發(fā)生的物理現(xiàn)象、物理事實(shí)的反映, 以及對(duì)物理圖像等要素的加工過程, 也就是在大腦中進(jìn)行反復(fù)建構(gòu)、產(chǎn)生聯(lián)想、建立體系, 把感性認(rèn)識(shí)上升為理性認(rèn)識(shí), 形成物理思維的過程。因此, 多媒體教學(xué)方式對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力有著鮮明和深遠(yuǎn)的影響。
2. 1 多媒體技術(shù)強(qiáng)大的展現(xiàn)功能, 對(duì)形象思維能力的培養(yǎng)是十分有利的
多媒體技術(shù)是將文字、聲音、圖形、圖像與計(jì)算機(jī)集成在一起的技術(shù), 具有表現(xiàn)力豐富、交互性強(qiáng)、共享性好、傳輸效率高等特點(diǎn)[ 7] , 可以直觀、形象地展現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容, 提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和探究積極性。
作為物理學(xué)重要基礎(chǔ)理論支柱之一的牛頓力學(xué),實(shí)驗(yàn)手段教學(xué)是其主要的教學(xué)方式。但類似于加速度、瞬時(shí)速度、路徑與位移的關(guān)系等帶有抽象性、非直觀性的概念和規(guī)律, 一般的實(shí)驗(yàn)裝置無法將其直接顯現(xiàn), 這些內(nèi)容也正是學(xué)生學(xué)習(xí)的思維障礙點(diǎn)。運(yùn)用多媒體技術(shù), 如采用視頻慢放、跳動(dòng)、暫停等功能可以生動(dòng)、清晰地呈現(xiàn)出質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程中各個(gè)點(diǎn)或各個(gè)時(shí)刻的位置、位移方向及s+ ? s或t+ ? t后的運(yùn)動(dòng)趨向、物理量的變化量、變化率等參量變化情況, 再引入圖片或制作動(dòng)畫進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過程的物理分解和數(shù)學(xué)運(yùn)算, 可將此思維障礙點(diǎn)化解。同樣的, 分子熱運(yùn)動(dòng)、能量的轉(zhuǎn)變與交換、電荷運(yùn)動(dòng)- 電流形成、電磁波傳播、光的波粒二象性以及物理場(chǎng)、量子化等一些學(xué)習(xí)者感到較難理解和接受的物理概念和物理規(guī)律, 運(yùn)用音視頻、動(dòng)畫等手段的形象展示功能, 可將知識(shí)點(diǎn)的講解、變得更直觀, 更有利于學(xué)生理解。
2. 2 運(yùn)用課件再現(xiàn)物理模型促進(jìn)抽象思維能力的形成
物理模型是物理學(xué)具有支撐意義的重要概念, 如質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、彈簧振子等。因此, 物理教育特別重視物理思想、物理方法的滲透以及物理思維能力的培養(yǎng)。彈簧振子的簡(jiǎn)諧振動(dòng)是運(yùn)用多媒體課件教學(xué)的最經(jīng)典的例子之一。課件中通過動(dòng)畫技術(shù), 附加色彩與閃爍技巧, 設(shè)計(jì)、使用多種功能按鈕, 即能精確地凸現(xiàn)振子運(yùn)動(dòng)過程中各個(gè)時(shí)刻(位置)的位移( s)、回復(fù)力( f)、加速度( a)、速度( v)四個(gè)矢量的瞬時(shí)特征、變化過程及關(guān)聯(lián)特性。通過動(dòng)態(tài)展示, 從動(dòng)力學(xué)、能量轉(zhuǎn)化與守恒等不同的角度, 使學(xué)習(xí)者全面觀察、理解簡(jiǎn)諧振動(dòng)各物理量的變化關(guān)系, 對(duì)簡(jiǎn)諧振動(dòng)及其規(guī)律形成透徹的認(rèn)識(shí), 產(chǎn)生準(zhǔn)確的抽象思維定式, 都有良好的效果。
2. 3 利用多媒體圖示工具優(yōu)化學(xué)生分析與綜合思維能力物
理概念和物理規(guī)律體現(xiàn)在對(duì)具體物體的物理狀態(tài)及變化過程的研究, 多媒體圖示可鮮明地展現(xiàn)有關(guān)的物理圖景, 將抽象的數(shù)學(xué)工具和數(shù)學(xué)推算過程變得形象、易懂, 從而幫助學(xué)習(xí)者一方面形成物理問題的分析思維方式, 另一方面促使其對(duì)相同或不同物理問題的歸類、比較, 產(chǎn)生綜合思維模式, 達(dá)到強(qiáng)化思維、遷移思維, 提高學(xué)習(xí)者物理思維的變通能力和綜合能力的目的。
光學(xué)實(shí)驗(yàn)中, 由于受到常規(guī)儀器本身的限制以及光線等因素的影響, 有些項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)效果常不盡人意。因此, 可通過多媒體模擬實(shí)驗(yàn)作輔助, 模擬一些重要的、在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)條件下難以完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目, 用來彌補(bǔ)不足, 提高物理教學(xué)與學(xué)習(xí)的效果。如用多媒體圖示工具制作透鏡成像模擬實(shí)驗(yàn), 演示成像物在# ~ f(焦距)之間的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中物距( u)、像距( v)和像的變化情況及其關(guān)系, 整個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)過程流暢、直觀、形象, 使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)以及知識(shí)點(diǎn)獲得了清晰完整的認(rèn)識(shí)。
再如力的分解與合成、動(dòng)量與機(jī)械能應(yīng)用、振動(dòng)和波、交流電的相位、電磁波的分解與傳播等內(nèi)容,均可利用多媒體圖示工具, 將有關(guān)物理量的矢量分析、矢量運(yùn)算過程方便而簡(jiǎn)易地展現(xiàn)和演示出來, 形成清晰的和連續(xù)的物理圖景, 一向令學(xué)習(xí)者頭痛的、物理研究又離不開的矢量運(yùn)算, 一下子變得容易和輕松, 使學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)工具分析問題、解決問題的能力得到有效提高, 物理思維得到進(jìn)一步鞏固。
3 信息技術(shù)手段的采用頗受學(xué)生歡迎, 教學(xué)效果明顯提升
物理學(xué)是一門比較抽象難懂的科學(xué), 所包含的內(nèi)容極其豐富, 物理學(xué)的許多基本概念、定律、定理需要學(xué)生準(zhǔn)確掌握[ 8] , 而清晰、準(zhǔn)確的物理思維的形成對(duì)攻克物理學(xué)習(xí)的難關(guān)有著至關(guān)重要的作用。在教學(xué)實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn), 采用以上信息技術(shù)的輔助教學(xué)手段后, 有近70% 的學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣與主動(dòng)性明顯提高, 約40% 的學(xué)生對(duì)物理概念、物理定律的理解準(zhǔn)確度顯著上升, 表現(xiàn)在測(cè)試中相關(guān)判斷題、單向選擇題、多項(xiàng)選擇題等類型的題目的出錯(cuò)率明顯下降, 相應(yīng)成績(jī)平均提高了30%。物理專業(yè)的學(xué)生反映依此解決了像矢量、相位、質(zhì)點(diǎn)等抽象概念在頭腦中存在多年的模糊或錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)問題, 非物理專業(yè)的學(xué)生則反映依此改變了對(duì)物理學(xué)的偏見認(rèn)識(shí), 對(duì)本專業(yè)課程的學(xué)習(xí)有了很大的啟發(fā)和幫助。
信息技術(shù)與物理教學(xué)、物理實(shí)驗(yàn)的整合, 提升了傳統(tǒng)的以黑板粉筆為主的教學(xué)模式的教學(xué)質(zhì)量、授課水平和學(xué)習(xí)效果。既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣, 使得抽象的問題形象化, 又發(fā)揮了信息技術(shù)手段的優(yōu)勢(shì), 起到了突破常規(guī)、彌補(bǔ)缺陷、模擬輔助、相輔相成的作用, 使物理學(xué)科教學(xué)上升到一個(gè)新的層次, 從而拓展了物理教學(xué)的空間領(lǐng)域, 使教學(xué)內(nèi)容鮮明生動(dòng)富有感染力, 物理思維在輕松愉快的學(xué)習(xí)環(huán)境中油然而生并健康地發(fā)展起來, 有助于學(xué)生獲得知識(shí)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律, 有效地提高了學(xué)生物理知識(shí)的建構(gòu)與駕馭水平, 培養(yǎng)了其科學(xué)思維能力。
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