信息技術環境對形成學生物理思維的影響

信息技術環境對形成學生物理思維的影響

　　摘要 : 信息技術的發展和信息技術環境的形成, 對教育教學改革的影響與滲透越來越明顯。在信息技術與課程整合的應用中, 作為理學特色鮮明的物理學, 思維能力是學好和研究物理學的關鍵, 物理教學的改革應著重突出培養學生的科學思維能力。文章結合教學實踐論述了利用網絡技術、多媒體技術改進物理教學手段和方式, 對學生形成物理思維、發展多向思維能力以及提高物理教學效益的積極影響。
　　
　　關鍵詞 : 網絡技術; 多媒體技術; 物理教學; 物理思維; 思維能力
　　
　　信息化是21世紀的標志, 是當今世界經濟和社會發展的大趨勢�，F代化信息技術是實現教育信息化的基礎性平臺, 是促進教育全面改革, 使之適應信息化社會對教育發展新要求的重要手段。眾所周知, 教師對學生學習的影響是直接和巨大的, 隨著教育教學改革的全面深入, 現代信息技術手段的影響作用也越來越明顯。以網絡技術和多媒體技術為核心的信息技術已成為拓展人類思維的創造性工具, 利用網絡和多媒體技術可以構建信息豐富、思維方向多維化的學習環境和條件, 為學習者提供自由探索的空間, 有利于批判性和創造性思維的形成和發展。
　　物理思維, 即物理學中的科學思維, 是將物理觀察與物理實驗所得到的感性認識上升為理性認識,并從已有的理性認識獲得新的理性認識。物理思維能力, 即順利進行物理思維并獲得正確思維結論的個性心理特征。物理思維是物理學習的靈魂, 而從形象到抽象, 從個體到群體, 從單維到多維, 促進并強化學生物理思維的形成與發展則是物理教學的精髓。培養學生良好的思維品質, 提高學生的思維能力是物理教學的主要任務之一[ 1] 。信息技術的飛速發展, 信息技術手段的網絡化、多媒體化為物理教學帶來了新的生機與活力。網絡環境、多媒體環境在提高教學效果和教學質量, 強化物理思維方式等方面有著傳統教學手段無法比擬的特點和優勢。
　　
　　1 網絡環境下新的學習方式對形成物理思維的影響
　　
　　網絡環境下的探索學習改變了以灌輸為主的傳統教學模式, 網絡教學模式可以優化教學結構和教學過程, 大幅度提高教學效率和教學效果[ 2] 。這種方式強調了學習過程中教師的指導和幫助作用以及學生的主體地位, 強調了網絡學習資源及學習情境的重要性, 其對思維形成的影響是空前的和十分有利的。
　　
　　1. 1 創設探索情境, 激發思維形成
　　心理學研究表明, 學生的思維是從問題開始形成, 再從問題解決中得到發展的。學習的過程就是不斷創設問題情境, 引起學生認知沖突、激發學生的求知欲, 使學生的思維在問題思考與探索中得到促進和發展。網絡環境下, 能夠展現或模擬現實, 再現真實情境, 從而使學生產生提出問題、解決問題的欲望。
　　物理學是一門以實驗為基礎的學科, 實驗教學是物理教學的重要一環。豐富多彩、生動有趣的實驗是物理教學的特點, 利用實驗不僅可以讓學生獲得常規的感性認識, 更重要的是能夠使學生透徹理解并完全掌握實驗結論的產生過程, 產生理性認識,形成抽象、概括性思維。
　　在網絡環境下進行虛擬實驗室操作, 以自主模擬實驗為基礎進行教學, 可以解決傳統實驗室由于實驗環境和實驗條件限制而帶來的不利于教學和學生思維形成的弊端。讓學生在虛擬實驗環境中實際操作、觀察現象、讀取數據、科學分析, 培養學生科學研究的態度和能力[ 3] 如采用 仿真物理實驗室虛擬力學、電學實驗(在線網絡版) , 實現網絡技術與物理學科教學的整合。學生在網絡環境中進行多媒體實驗操作, 通過網上人機對話, 并自主觀察模擬實驗。當遇到問題時, 就可以通過網絡從其他學生那里獲取相關信息, 進行討論、交流, 從而帶來學習效果和學習方法的更新。這種虛擬實驗室為學生提供了全方位的、開放性操作環境, 使學生在課堂上實現了在虛擬世界的真實體驗。
　　信息技術與物理實驗教學整合, 能夠培養學生自主模擬實驗、觀察實驗, 并歸納、總結、抽象成所需知識的思維能力, 從而學會學習, 使學生主動地獲取物理知識, 發展能力, 并促使他們建立科學的世界觀[ 4] 。學生的創造性思維得到了很好的激發。
　　
　　1. 2 運用網絡資源, 拓展思維空間
　　進入網絡時代后, 網絡環境為學生提供了豐富的知識庫、資源庫, 網上的資源開發和利用已成為一個現代學習者必備的信息素質。網絡技術區別于其他媒體技術的最顯著的特點就是交互性, 即實現信息的交流與反饋[ 5] 。這項技術的運用能夠實現和促進課堂教學、遠程教學中師生之間的相互溝通與交流; 另外, 網絡技術的音頻、視頻和動畫的呈現環境, 具有內容新穎、形象生動和界面友好等特點, 對激發學習興趣、提高學習效果、開闊視野和發展思維產生積極的影響。
　　我們在電工技術、電路分析以及電力電子等實驗項目上, 引進網絡型實驗裝置, 實現了在網實驗和聯網測控。學生在完成傳統實驗課目的基礎上, 可通過網絡進行師生之間、學生之間的遠程數據交流、結論驗證, 還可以開展協作實驗等研究性、開發性的課題, 實現一機多用、一生多機的效應。既提高了現有設備的利用率, 激發了學生的學習興趣和研究熱情, 又對發展學生的創造性思維、誘發發散性思維起到了有效的和顯著的鍛煉, 收到了良好的教學效果。
　　 信息技術作為最先進的教學媒體與物理學科整合, 不但深化了物理學科教學, 加大了學科信息容量, 而且提高了課堂教學效果。
　　
　　1. 3 適應網絡環境, 磨練思維能力
　　傳統的教學模式造成了學生被動學習的慣性,學生習慣于教師填鴨式的傳教, 很容易養成對教師 頭頭是道分析的依賴, 自動放棄主動學習、自主學習的權力, 而網絡環境帶來的新活力已經對傳統的教學模式帶來重大沖擊。面對這一沖擊, 應強調學生的學習適應性, 也要對前面提到的情況進行綜合考慮, 所以理性的適應、積極的應對、熱情的參與顯得尤為重要。
　　作為對傳統教學的補充, 利用網絡了解物理學科發展前沿動態, 對物理學科的知識框架、研究方法、研究方向和應用領域等進行意義建構, 更深入地洞察物理學的內涵和外延, 把握物理學的靈魂, 對啟發和建立學生的物理思維、磨練思維能力具有深刻的環境意義和手段效益。
　　
　　2 多媒體教學方式對形成物理思維的影響
　　
　　多媒體教學是當前計算機輔助教學, 實施信息技術與學科教學整合的重要手段, 是當前教育教學改革的一大特色[ 6] 。
　　物理教學過程本質上是一種對自然界的物質運動、相互作用等本質規律和特征的認識過程。物理學習實質上就是學習者對整個物理世界的感知和對發生的物理現象、物理事實的反映, 以及對物理圖像等要素的加工過程, 也就是在大腦中進行反復建構、產生聯想、建立體系, 把感性認識上升為理性認識, 形成物理思維的過程。因此, 多媒體教學方式對培養學生的物理思維能力有著鮮明和深遠的影響。
　　
　　2. 1 多媒體技術強大的展現功能, 對形象思維能力的培養是十分有利的
　　多媒體技術是將文字、聲音、圖形、圖像與計算機集成在一起的技術, 具有表現力豐富、交互性強、共享性好、傳輸效率高等特點[ 7] , 可以直觀、形象地展現教學內容, 提高學習者的學習興趣和探究積極性。
　　作為物理學重要基礎理論支柱之一的牛頓力學,實驗手段教學是其主要的教學方式。但類似于加速度、瞬時速度、路徑與位移的關系等帶有抽象性、非直觀性的概念和規律, 一般的實驗裝置無法將其直接顯現, 這些內容也正是學生學習的思維障礙點。運用多媒體技術, 如采用視頻慢放、跳動、暫停等功能可以生動、清晰地呈現出質點運動過程中各個點或各個時刻的位置、位移方向及s+ ? s或t+ ? t后的運動趨向、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畫進行運動過程的物理分解和數學運算, 可將此思維障礙點化解。同樣的, 分子熱運動、能量的轉變與交換、電荷運動- 電流形成、電磁波傳播、光的波粒二象性以及物理場、量子化等一些學習者感到較難理解和接受的物理概念和物理規律, 運用音視頻、動畫等手段的形象展示功能, 可將知識點的講解、變得更直觀, 更有利于學生理解。
　　
　　2. 2 運用課件再現物理模型促進抽象思維能力的形成
　　物理模型是物理學具有支撐意義的重要概念, 如質點、點電荷、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。彈簧振子的簡諧振動是運用多媒體課件教學的最經典的例子之一。課件中通過動畫技術, 附加色彩與閃爍技巧, 設計、使用多種功能按鈕, 即能精確地凸現振子運動過程中各個時刻(位置)的位移( s)、回復力( f)、加速度( a)、速度( v)四個矢量的瞬時特征、變化過程及關聯特性。通過動態展示, 從動力學、能量轉化與守恒等不同的角度, 使學習者全面觀察、理解簡諧振動各物理量的變化關系, 對簡諧振動及其規律形成透徹的認識, 產生準確的抽象思維定式, 都有良好的效果。
　　
　　2. 3 利用多媒體圖示工具優化學生分析與綜合思維能力物
　　理概念和物理規律體現在對具體物體的物理狀態及變化過程的研究, 多媒體圖示可鮮明地展現有關的物理圖景, 將抽象的數學工具和數學推算過程變得形象、易懂, 從而幫助學習者一方面形成物理問題的分析思維方式, 另一方面促使其對相同或不同物理問題的歸類、比較, 產生綜合思維模式, 達到強化思維、遷移思維, 提高學習者物理思維的變通能力和綜合能力的目的。
　　光學實驗中, 由于受到常規儀器本身的限制以及光線等因素的影響, 有些項目的實驗效果常不盡人意。因此, 可通過多媒體模擬實驗作輔助, 模擬一些重要的、在現實實驗條件下難以完成的實驗項目, 用來彌補不足, 提高物理教學與學習的效果。如用多媒體圖示工具制作透鏡成像模擬實驗, 演示成像物在# ~ f(焦距)之間的整個實驗過程中物距( u)、像距( v)和像的變化情況及其關系, 整個模擬實驗過程流暢、直觀、形象, 使學生對實驗以及知識點獲得了清晰完整的認識。
　　再如力的分解與合成、動量與機械能應用、振動和波、交流電的相位、電磁波的分解與傳播等內容,均可利用多媒體圖示工具, 將有關物理量的矢量分析、矢量運算過程方便而簡易地展現和演示出來, 形成清晰的和連續的物理圖景, 一向令學習者頭痛的、物理研究又離不開的矢量運算, 一下子變得容易和輕松, 使學生運用數學工具分析問題、解決問題的能力得到有效提高, 物理思維得到進一步鞏固。
　　
　　3 信息技術手段的采用頗受學生歡迎, 教學效果明顯提升
　　
　　物理學是一門比較抽象難懂的科學, 所包含的內容極其豐富, 物理學的許多基本概念、定律、定理需要學生準確掌握[ 8] , 而清晰、準確的物理思維的形成對攻克物理學習的難關有著至關重要的作用。在教學實踐中我們發現, 采用以上信息技術的輔助教學手段后, 有近70% 的學生學習物理的興趣與主動性明顯提高, 約40% 的學生對物理概念、物理定律的理解準確度顯著上升, 表現在測試中相關判斷題、單向選擇題、多項選擇題等類型的題目的出錯率明顯下降, 相應成績平均提高了30%。物理專業的學生反映依此解決了像矢量、相位、質點等抽象概念在頭腦中存在多年的模糊或錯誤認識問題, 非物理專業的學生則反映依此改變了對物理學的偏見認識, 對本專業課程的學習有了很大的啟發和幫助。
　　信息技術與物理教學、物理實驗的整合, 提升了傳統的以黑板粉筆為主的教學模式的教學質量、授課水平和學習效果。既激發了學生的學習興趣, 使得抽象的問題形象化, 又發揮了信息技術手段的優勢, 起到了突破常規、彌補缺陷、模擬輔助、相輔相成的作用, 使物理學科教學上升到一個新的層次, 從而拓展了物理教學的空間領域, 使教學內容鮮明生動富有感染力, 物理思維在輕松愉快的學習環境中油然而生并健康地發展起來, 有助于學生獲得知識、發現規律, 有效地提高了學生物理知識的建構與駕馭水平, 培養了其科學思維能力。

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　　參考文獻
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　　[ 5]顧君忠. 現代遠程教育技術導論[M ]. 上海: 華東師范大學出版社, 2000
　　[ 6]顧小清. 教育技術基礎技術支持的教與學[M ]. 上海: 上海大學出版社, 2003
　　

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