信息技術與物理課程整合的問題與解決策略

喬翠蘭等

摘 要：信息技術的集成性、交互性、開放性、情景性和智能性等特點給物理課程與教學帶來深遠的影響和巨大的變化。當前，我國信息技術與物理課程整合中存在整合點不當、整合度不高、整合方式單一等問題。針對這些問題，我們應該采取形式與內容并重，技術與設計融合，表現與效果優(yōu)化等策略，進行信息技術與物理課程的深度融合，從而以知識為中心逐步過渡到以資源為中心的課程整合，并最終走向全方位的課程整合。

關鍵詞：信息技術；物理課程；課程整合

中圖分類號：G434，G420 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2014）15-0023-04

一、引言

隨著信息化在教育領域的逐步深入，信息技術與物理課程整合越來越受到教育工作者的關注和重視。信息技術在與課程整合時所表現出的集成性、交互性、開放性、情景性和智能性等特點給物理課程和教學帶來了深遠的影響和巨大的變化。[1]其主要表現在利用信息技術的多種媒體集成實現有聲、可視、形象生動的表達效果；利用信息技術的交互性來調整教學節(jié)奏和進程；利用網絡資源豐富教學，增強物理教學過程的開放性；利用信息技術創(chuàng)設情境，將微觀過程進行宏觀放大、把宏觀場景進行微觀縮小、將瞬態(tài)過程轉為定格分析；利用信息技術對物理教學過程中的教育信息進行最優(yōu)化處理等。[2]其充分發(fā)揮信息技術的優(yōu)勢，為學生的學習和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學習工具。[3]

信息技術改變了物理課程，物理課程在與信息技術的整合中展現出全新的面貌，表現出更強的活力，呈現出更好的教學效果。但是，綜觀信息技術與物理課程整合，也普遍存在著一些問題，如整合點不當、整合度不高、整合方式單一。這些問題導致物理課程的設計與開發(fā)，物理教學的設計與實施不僅未能呈現與信息技術整合的優(yōu)勢，反而表現出不當的一面。為了真正發(fā)揮信息技術對物理教育的促進作用，使二者相輔相成，相得益彰，必須在整合時采取相應的策略，以解決信息技術與物理課程整合的問題，實現二者的深度融合。

二、信息技術與物理課程整合存在的主要問題

信息技術與物理課程整合存在的問題歸納起來，主要有以下三點：

1.信息技術與物理課程整合點選取不當

信息技術與物理課程整合通常會有一個或者多個整合點。整合點的正確選取是決定整合是否恰當、有效的先決條件。物理教學中過多依賴多媒體，生搬硬套使用多媒體從而導致多媒體與傳統(tǒng)媒體的融合不當都是整合點選取不當所致。[4]

信息技術與物理課程整合點選取不當比較突出的一個表現是以課件代替教師實驗。物理課程須體現以實驗為基礎的學科特點，課件不能代替實驗，這是信息技術與物理課程整合的一個重要指導思想，力圖把所有的實驗都納入到虛擬實驗系統(tǒng)中是錯誤的。例如在“自由落體運動”內容的教學中，有些物理教師會選擇利用“毛錢管”實驗動畫來代替演示實驗，通過動畫向學生分別展示當毛錢管中充滿空氣、抽出一部分空氣、抽出所有空氣三種情況下，毛錢管內的羽毛和石子下落快慢的差距較大、減小、完全無差距三種情況，從而得出物體下落的快慢和物體的質量無關，而取決于空氣阻力，在空氣阻力可以忽略的情況下，重物和輕物下落得一樣快的結論。物理教師選取這個整合點的原因在于：課堂實驗演示的時候“毛錢管”中的羽毛和石子下落得比較快，Flash動畫演示的時候羽毛和石子下落得較慢，可以實現教學中將瞬態(tài)過程變?yōu)槎ǜ穹治?，增加實驗的可觀測性，突破的教學難點。但是“眼見為實，耳聽為虛”，模擬實驗可以用于真實實驗的輔助分析，但是無法取代真實實驗。學生在教師以Flash動畫代替“毛錢管”實驗進行演示后，往往并不相信動畫中呈現的理想現象，沒有起到信息技術與物理課程整合的作用。再如以微小形變的實驗課件代替課堂實驗，再怎么努力也是枉然，學生不相信對玻璃瓶施壓后會產生形變，不如讓學生看到真實的現象。 “動畫中做實驗”雖然比“在黑板上做實驗”略好，但是遠不如實驗的真實可信，起不到設疑、激趣、讓人信服的作用，也無法起到培養(yǎng)學生嚴格仔細、實事求是、一絲不茍的科學態(tài)度和樂于動手，講究科學方法等良好習慣。

除此以外，信息技術與物理課程整合點選取不當還表現為濫定整合點，過度使用信息技術。有些物理教師在整合信息技術進行課程設計和教學時，會過多考慮信息技術所表現出來形式的美觀性，而忽略物理課程和教學內容的適切性，忘記了內容決定形式，形式表現內容，而本末倒置，給人牽強的感覺，起不到信息技術與課程整合的效果。

2.信息技術與物理課程整合度不高

不同的信息技術與物理課程整合具有程度上的差異，整合度的正確把握是決定整合是否有效、高效的關鍵條件。物理教學課件以PPT課堂教學課件為主就是信息技術與物理課程整合度不高的典型體現。

物理教學PPT課件往往集成文字、圖片、音頻、視頻、動畫等多種媒體，它激發(fā)學習興趣，豐富教學資源，拓展學習空間，可以很好地輔助物理教學，深受物理教師和學習者的喜愛。在各種多媒體制作大賽，CAI課件設計大賽中，收集到的作品中多數通常是PPT課件。PPT課件雖然使用廣泛，深受好評，但是PPT課件不是信息技術與物理課程整合的全部體現，其體現的整合程度也有很大的拓展空間。PPT課件存在整合范圍較窄，整合針對對象不全，整合傳播方向單一等問題。

（1）PPT課件顯示的信息技術與物理課程整合的范圍主要為課堂，及課后的學生回顧和鞏固，課前的整合缺乏，課中的整合不夠，課后的整合不足。通常PPT課件是課堂上輔助教師教學的利器，教師在進行傳統(tǒng)講解和板書的同時，播放PPT課件，呈現文字、圖片、音頻、視頻、動畫等內容，和傳統(tǒng)媒體有效補充，相得益彰，提升課堂效率、效益和效果。這種用途的PPT課件往往不包括完整的內容結構，通常根據教學的需要而選取某些片段進行整合。也有一小部分教師會將PPT課件用于課后學生的自主學習或鞏固復習，這種類型的PPT課件通常內容結構完整、描述細致。但是一般而言，PPT課件中缺乏課前的整合內容，如讓學生課前自主學習、預習的整合內容往往極少在PPT課件中呈現。即使是課堂教學中，單純的PPT課件的整合度仍舊有拓展空間，學習者還需要幾何畫板、虛擬物理實驗室、游戲、物理學科工具等多種課件形式來補充和完善。課后的整合也有較大的發(fā)展空間，如除了回顧和鞏固PPT課件以外，還可以進行課外研討、課外制作、課外創(chuàng)新等。endprint

（2）PPT課件顯示的信息技術與物理課程整合的針對對象主要為教師的教學，對學生學習的整合度還有待提高。在信息技術與物理課程整合的PPT課件中，大多數課件服務的對象為教師，主要用于教師輔助教學，對學生學習的關注雖然也有，但是程度還不夠。而當今，教學是教師引起、維持和促進學生學習的過程，教師的“教”雖然重要，但是學生才是學習的主體，“教”是為“學”服務的，學生的“學”更應該是信息技術與物理課程整合的主要關注對象。[6]

（3）PPT課件顯示的信息技術與物理課程整合的傳播方向主要為講授式單向傳播，對協(xié)作式多向傳播的整合度不高。與關注教師的教相對應，目前的物理PPT課件主要用于教師講授式教學的單向傳播，對于協(xié)作式多向傳播的關注度還不夠，整合度還不高。與之類似的Authorware課件的交互性雖然更強，Flash課件的動畫效果卓然出眾，其他常用課件也各有其優(yōu)勢，但是也或多或少存在著PPT課件類似的問題。不同的課件平臺使用不同的技術，適合不同的設計內容，隨著科技的發(fā)展，將會出現越來越多的新技術，發(fā)展出越來越多的課件平臺，將物理課程與教學設計與多種技術構筑下的課件平臺有效融合，增大信息技術與物理課程的整合度。涵蓋課前、課中、課外全范圍，覆蓋教師的教與學生的學所有對象，更多考慮協(xié)作式多向傳播整合，將開啟信息技術與物理課程整合的新局面。

3.信息技術與物理課程整合方式單一

信息技術與物理課程整合的方式較多。整合方式的多元化是決定整合是否恰當、有效的必要條件。信息技術與物理課程整合方式比較單一主要表現在PPT課件，Authorware課件，幾何畫板制作的課件，虛擬實驗課件等等幾個方面，它們各有優(yōu)勢，異彩紛呈，給物理教學帶來了生機和活力。但是僅有這些還不夠。隨著教育的開放化、多元化程度的日益提高，隨著大數據時代的來臨，游戲、電子投票表決系統(tǒng)、交互性電子雙板系統(tǒng)、數據處理軟件系統(tǒng)、傳感器、網絡、密集型真實數據平臺等都應該日益整合到物理中來，實現信息技術與物理課程整合方式的多元化。

例如，起源于美國哈佛大學的“同伴教學法”利用電子投票表決系統(tǒng)，將一節(jié)物理課分為幾個核心概念進行教學。每一個概念又通過幾個選擇題來進行學習，這幾個選擇題的學習將常規(guī)教師教授的一部分職責轉讓給學習同伴，強調同伴之間互教互學，相互影響，相互作用。引起教育界轟動的“翻轉課堂”利用網絡平臺，翻轉課堂內、外的學習任務，重構學習流程，學生在課后自主學習常規(guī)教學中教師占用課堂的時間來講授的內容，還通過網絡與別的同學討論，查閱資料；而在課堂上，學生主要與教師面對面交流，完成作業(yè)。這種網絡整合模式讓學習更加靈活、主動，讓學生的參與度更強。利用華中師范大學國家數字化學習工程中心開發(fā)的盤古電子雙板平臺，可以實現物理教學內容雙板呈現，體現良好的對比性、交互性、創(chuàng)造性，突出重點，突破難點。不同的平臺具有不同的表現方式，在物理教學的某一方面將具有其他方式所不具備的優(yōu)點，將表現與效果優(yōu)化，多元化信息技術與物理課程整合方式，是今后信息技術與物理課程整合的發(fā)展趨勢。

三、信息技術與物理課程整合的解決策略

針對上述三個問題，我們可以采取形式與內容并重，選取恰當的信息技術與物理課程的整合點；技術與設計融合，把握恰當的信息技術與物理課程的整合度；表現與效果優(yōu)化，多元化信息技術與物理課程整合方式等策略逐一解決。

1.形式與內容并重，選取合適的信息技術與物理課程的整合點

為求形式好看，而忽視內容、喧賓奪主是信息技術與課程整合的大忌。信息技術不能只是一個形式，它必須與物理內容結合起來，做到相輔相成，有機融合。如果某物理內容適合進行信息技術整合，那么我們就果斷選取這個整合點進行設計；反之，如果某物理內容不適合進行信息技術整合，那么我們應該堅決放棄整合，而采用傳統(tǒng)媒體。任何技術都不是萬能的，但是沒有這個技術是萬萬不能的——在整合點的選取上，我們如果秉承這個原則，那么整合一定大獲全勝。

例如模擬實驗不能代替真實實驗，但并不是信息技術與物理課程整合排斥一切模擬實驗。采用模擬實驗大體上有以下方面：（1）現有教學條件下無法進行的實驗， 如α粒子散射實驗、原子核聚變、裂變的實驗等；（2）可能造成毒害和污染的實驗， 如需用水銀， 而又難以保證不發(fā)生濺灑的實驗；（3）難以指導學生觀察的實驗， 如用顯微鏡觀察布朗運動的實驗；（4）提供情景以便深入分析的實驗；（5）以設計實驗方案為目標的實驗；（6）以輔助技能訓練或示范為目的的實驗等。[6]除此以外，像內部結構和運行過程無法看清的內容，如電冰箱、電動機的內部結構及運轉過程；[7]范圍過大無法在現實生活中觀察到的知識，如熱電廠的發(fā)電原理，遠距離輸電的內容等，可采用三維動畫工具清晰明了地將其工作原理表現出來。

總之，整合點的選擇應突出物理教學的重點，突破難點，充分發(fā)揮信息技術的特長，實現科學性、教育性、藝術性的有機結合等。[8]在這些情況下信息技術與物理課程的整合點的選取才是恰當的，盲目地以偏概全，包羅萬象，必將導致二者的整合點不當，整合效果差。

2.技術與設計融合，把握恰當的信息技術與物理課程的整合度

整合度的把握是信息技術與物理課程整合的難點。信息技術做到物盡其用，盡量在于物理課程的整合中做到“增一分則肥，減一分則瘦”，將技術與設計良好融合，是我們必須推崇的。

（1）將信息技術與物理課程整合的范圍從課堂教學延伸到課外教學，增設課前的整合，充實課中的整合，加強課后的整合。例如通過專題教學網站等網絡學習平臺，QQ群，BBS，論壇、E-mail群等網絡交流平臺，多媒體視頻等將需要課前預習、學習的內容呈現出來，增設信息技術與物理課前內容的整合。在PPT課件輔助教學的基礎上，根據教學設計需要，采用幾何畫板、物理學科工具、虛擬物理實驗室、游戲等多種課件形式來補充和完善課堂中信息技術與物理課程的整合；除了回顧和鞏固PPT課件以外，還可以進行課外研討，課外制作、課外創(chuàng)新等。endprint

以華中師范大學國家數字化學習工程技術研究中心開發(fā)的物理學科工具為例，該工具的優(yōu)點之一是通過修改物理元件的屬性，從而演示對應的物理現象。如通過調整彈簧的倔強系數，從而展示在同樣的受力情況下彈簧不同的伸長量，有利于輔助胡克定律的教學；修改凸透鏡的焦距，顯示不同的凸透鏡成像的光路、共同點和不同點，突出凸透鏡成像內容的教學重點，突破難點。物理學科工具和PPT有效結合，將提升信息技術與物理課程的整合度，起到更好的教學效果。

（2）將信息技術與物理課程整合的形式從偏重整合教師的“教”轉變?yōu)檎蠈W生的“學”。我們除了開發(fā)以教為主的課件以外，還應該多進行以學為主課件的設計與開發(fā)，除了讓信息技術作為教師演示工具以外，還應更多讓信息技術作為師生交流工具、個別輔導工具，進而讓信息技術作為學生資源環(huán)境、信息加工工具、協(xié)作工具和研發(fā)工具，全方位為學生的學習服務，實現更高層次的信息技術與課程整合。

（3）將信息技術與物理課程整合的學習方式從講授式單向傳播轉變?yōu)樘骄渴?、協(xié)作式多向傳播，加強信息技術與學生自主學習、協(xié)作學習、探究學習、體驗學習的整合度。

總之，信息技術整合到物理課程實施的課前、課中和課外三個階段，整合到包括教師的“教”和學生的“學”的所有教學過程，整合到除了講授式教學以外的多種學習方式中，能提高信息技術與物理課程的整合度，有助于技術與設計合二為一，形成一個有機整體。

3.表現與效果優(yōu)化，設計多元化信息技術與物理課程整合方式

利用多種技術表現手段，如游戲、電子投票表決系統(tǒng)、電子雙板系統(tǒng)、數據處理軟件、傳感器、密集型真實數據平臺、網絡等，采取多元化整合方式，實現信息技術與物理課程效果的最優(yōu)化，以實現更好的教學效果。

（1）游戲：合理借鑒數字化游戲的趣味參與性、形象交互性、科學有效性、及時反饋性等特征，為傳統(tǒng)物理教學提供動力。例如通過國外設計的“不可思議的機器”游戲學習單擺的周期、自由落體運動、能量守恒等知識，通過“三維彈球”游戲學習彈性碰撞、能量守恒燈知識，通過“電力維修工”游戲學習電路的知識，通過“奇妙的反射鏡”游戲學習光的反射知識。[9]

（2）電子投票表決系統(tǒng)：借鑒電子投票表決系統(tǒng)，利用接收器和學生手持的發(fā)射器，通過PPT、Word等軟件平臺，實時反饋學生的學習結果，并通過分析和處理，進行交互式物理教學。還可以利用電子投票表決系統(tǒng)進行同伴教學法等多種教學方法。

（3）電子雙板系統(tǒng)：利用電子雙板平臺，進行物理教學設計。例如幾乎每年的高考題中都有關于電路連線的題，利用盤古電子雙板，左板呈現電路圖，右板呈現電路實物元件，讓學生根據利用雙板的手寫功能進行電路圖進行連線訓練，教師根據學生的情況利用雙板的擦除功能進行修正、評價反饋，突破教學難點。還可以左板呈現實驗的點電荷的電場線實驗圖，右板呈現抽象出來的點電荷的電場線繪制圖，通過比較明確顯示在物理教學中，抽象出模型的方法及其重要性等。

（4）數據處理軟件：將利用Excel軟件處理出學習“閉合電路歐姆定律”內容時的實驗數據，并作出圖像，讓學生看到物理實驗數據的處理方法，深入理解閉合電路歐姆定律。[10]通過黑體輻射的數據，利用Matlab等軟件進行曲線的擬合，和普朗克一起感受量子世界的微妙與精彩等。

（5）傳感器：利用傳感器進行“牛頓第三定律”的學習，展示作用力與反作用總是大小相等，方向相反；利用傳感器輔助“超重與失重”內容的學習，測定模擬電梯在上升和下降過程中超重和失重現象等。

（6）密集型真實數據平臺：利用全世界的數據“云”，借助于互聯網進行基于真實數據的學習。例如利用美國費米國家實驗室高能數據，讓高中生和大學生計算頂夸克的質量，讓他們和科學家一起面對真實的數據世界，在其中學習、研究、創(chuàng)作。

（7）網絡：利用網絡進行數據的查找，學習小組的建構，交流協(xié)作的展開平臺，還可以作為同伴教學法、翻轉課堂教學模式的課前或者課后環(huán)節(jié)的學習輔助，以及通過網絡上的專題網站進行學習，進行Webquest，Jitt等物理教學，培養(yǎng)學習者的信息素養(yǎng)。

總之，選擇合適的信息技術與物理課程整合點，把握良好的整合度，選擇多元化的整合方式，利用信息技術構建真實性、合作性物理環(huán)境，才能讓信息技術與物理課程整合從以知識為中心的課程整合階段，逐步過渡到以資源為中心的課程整合階段，最終走向全方位的課程整合階段。[11][12]真正實現信息技術與物理課程的深度融合，充分提高學生的批判性思維能力、問題解決能力、創(chuàng)新精神和實踐能力。

參考文獻：

[1]余勝泉，吳娟.信息技術與課程整合—網絡時代的教學模式與方法[M].上海：上海教育出版社，2005：33-35.

[2]朱鋐雄.物理教育展望[M].上海：華東師范人學出版社，2002：170-171.

[3]教育部.基礎課程改革綱要（試行）[N].中國教育報，2001，7（27）.

[4]陳賢釗.高中物理教學中濫用多媒體的問題探討[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2011（15）：121.

[5]鐘啟泉.現代課程論[M].上海：上海教育出版社，2009（18）.

[6]史慧敏，劉炳升.關鍵在于創(chuàng)意——對物理多媒體助教課件設計的看法[J].課程教材教法，2000（10）：26-29.

[7]王蕊，李燕臨.動畫在中學物理多媒體課件中的設計與應用[J].中國教育信息化，2008（6）：45-47.

[8]馬秀峰.大學物理多媒體CAI課件開發(fā)中的幾個基本問題[J].電化教育研究，1998（6）：169-172.

[9]張莉娟.電腦游戲在中學物理教學中的應用研究[D].江西師范大學，2006（5）：43-51.

[10]史獻計.基于信息技術的物理探究教學[J].中學教學參考，2012（11）：46.

[11]孟劍平.基于信息技術的物理問題解決教學研究[D].浙江師范大學，2003（5）：34-40.

[12]馬寧，余勝泉.信息技術與課程整合的層次[J].中國電化教育，2002（7）：39-42.

（編輯：楊馥紅）endprint