關(guān)于“數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)”變革物理教學(xué)模式探索研究

【摘 要】隨著新課改的不斷深入，許多新的教學(xué)手段和方法被大膽采用和在教學(xué)中進(jìn)行嘗試，為現(xiàn)代高中教學(xué)帶來(lái)了勃勃生機(jī)。仿真實(shí)驗(yàn)作為一種有效的教學(xué)實(shí)驗(yàn)手段在許多大學(xué)的物理教學(xué)中已經(jīng)得到了廣泛地采用。但這種有效的教學(xué)手段在高中并沒(méi)有得到重視和應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】仿真試驗(yàn)室 物理教學(xué)

建構(gòu)主義“認(rèn)知工具”理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)是以思維為中介的，為了更直接地影響學(xué)習(xí)進(jìn)程，應(yīng)減少一直以來(lái)對(duì)傳遞技術(shù)的過(guò)分關(guān)注，而更多地關(guān)心在完成不同任務(wù)中如何要求學(xué)習(xí)者思維的技術(shù)。認(rèn)知工具理論就是在這種基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生的。認(rèn)知工具是支持、指導(dǎo)、擴(kuò)展學(xué)習(xí)者思維過(guò)程的心理或計(jì)算裝置。前者存在于學(xué)習(xí)者的認(rèn)知、元認(rèn)知策略；后者則是外部的，包括基于計(jì)算機(jī)的裝置和環(huán)境；它們都是知識(shí)建構(gòu)的助成工具。隨著計(jì)算機(jī)在教學(xué)領(lǐng)域中的普及，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)日益得到了重視。其中又以“仿真物理實(shí)驗(yàn)室”為代表的虛擬實(shí)驗(yàn)以其無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)為物理教學(xué)帶來(lái)了新的變革。以多媒體教學(xué)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的現(xiàn)代信息技術(shù)成為最理想、最實(shí)用的認(rèn)知工具。課程整合中，強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)服務(wù)于具體的任務(wù)，學(xué)生以一種自然的方式對(duì)待信息技術(shù)，把信息技術(shù)作為獲取信息、探索問(wèn)題、協(xié)作解決問(wèn)題的認(rèn)知工具，并且對(duì)這種工具的使用要像鉛筆、橡皮那樣順手、自然。要培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)把信息技術(shù)作為獲取信息、探索問(wèn)題、協(xié)作討論、解決問(wèn)題和知識(shí)構(gòu)建的認(rèn)知工具，將信息技術(shù)作為演示工具、交流工具、個(gè)別輔導(dǎo)工具、情境探究和發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)工具、信息加工與知識(shí)構(gòu)建工具、協(xié)作工具、研發(fā)工具、情感激勵(lì)工具等。

我們?cè)谶^(guò)去的教學(xué)實(shí)踐中更多地考慮如何將信息技術(shù)與教學(xué)過(guò)程結(jié)合起來(lái)，改變傳統(tǒng)的“教”的方式，這對(duì)于推動(dòng)新課改，提高物理教學(xué)方法和手段起到了極大的促進(jìn)作用。但我們也往往忽略了學(xué)生“學(xué)”的過(guò)程是否也需要這種改變；我們往往重視在課堂上如何實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變，往往忽略了課后，如何能使學(xué)生保持探究的熱情和養(yǎng)成物理素養(yǎng)。正是基于這種出發(fā)點(diǎn)，我們嘗試在以往的將信息技術(shù)有機(jī)地融入到物理教學(xué)過(guò)程中的基礎(chǔ)上，將仿真實(shí)驗(yàn)直接用于學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中，支持物理的教與學(xué)，實(shí)現(xiàn)有效的整合。把提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)作為整合的主要目標(biāo)之一，在整合中讓學(xué)生的信息素養(yǎng)及其它能力自然得到提升作為探索的目標(biāo)。創(chuàng)造一種符合現(xiàn)有國(guó)情的將虛擬實(shí)驗(yàn)和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室有機(jī)結(jié)合的現(xiàn)代物理教育創(chuàng)新之路。

一、仿真實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)代教學(xué)理念認(rèn)為，教學(xué)活動(dòng)應(yīng)當(dāng)以課堂為主體，但課堂不是教學(xué)過(guò)程的全部而是教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)始。對(duì)于物理教學(xué)也是這樣，真正有效的教學(xué)活動(dòng)能把教學(xué)過(guò)程一直延伸到課后，使學(xué)生在動(dòng)手動(dòng)腦的過(guò)程中產(chǎn)生對(duì)學(xué)習(xí)探究物理課程的興趣。因此，我們應(yīng)當(dāng)有計(jì)劃引導(dǎo)學(xué)生在課后有意識(shí)的對(duì)教學(xué)內(nèi)容作進(jìn)一步的思考和討論的習(xí)慣。一種行之有效的手段就是給學(xué)生們提供一個(gè)可以利用的環(huán)境，并且這個(gè)環(huán)境應(yīng)具有便捷、易用、有趣味性等特點(diǎn)仿真實(shí)驗(yàn)為我們提供了一個(gè)開(kāi)放性的教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)，從某種意義上說(shuō)，借助學(xué)科性多媒體輔助教學(xué)網(wǎng)站的建設(shè)，數(shù)字化學(xué)習(xí)資源庫(kù)、智能化模擬演示庫(kù)、互動(dòng)交流協(xié)作學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的形成，已經(jīng)擦去了課內(nèi)課外的分界線。所以，學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程已不再是單純的以掌握知識(shí)為目的，而是在學(xué)習(xí)的過(guò)程中得到科學(xué)的素養(yǎng)，掌握科學(xué)的方法。

二、采用虛擬實(shí)驗(yàn)變革學(xué)生學(xué)習(xí)方式的具體措施

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)有了許多現(xiàn)成可用的專業(yè)化軟件。值得一提的是采用專業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)課件的制作的便捷性和科學(xué)性。并且隨著教學(xué)方式的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)有相對(duì)多地專業(yè)教育教學(xué)平臺(tái)。我們不需要從頭設(shè)計(jì)一個(gè)課件，只需要在專業(yè)平臺(tái)上搭建我們所需要的內(nèi)容，就可以很容易的形成一個(gè)我們所需要的課件。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)班和普通班的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)這種教學(xué)手段有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在不同層次的學(xué)生身上都有較好的表現(xiàn)，所表現(xiàn)出來(lái)的熱情和討論結(jié)果的豐富性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生實(shí)驗(yàn)。利用軟件不僅可以仿真真實(shí)的實(shí)驗(yàn)還能完成一些理想實(shí)驗(yàn)和學(xué)生自創(chuàng)的實(shí)驗(yàn)。比如我曾經(jīng)給學(xué)生出的家庭作業(yè)時(shí)讓學(xué)生自編一道關(guān)于動(dòng)量守恒的習(xí)題，動(dòng)量守恒的相關(guān)內(nèi)容在高中的物理教學(xué)中是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。有一個(gè)典型的物理模型：一個(gè)平板，質(zhì)量M1，初速度V1；平板上放有一個(gè)木塊，質(zhì)量M2，初速度V2；木塊與平板間的摩擦系數(shù)為μ。

用《仿真物理實(shí)驗(yàn)室》很容易建議起這個(gè)物理模型，只需要花幾分鐘的時(shí)間。首先從“創(chuàng)建模板”中創(chuàng)建平板，然后再創(chuàng)建一個(gè)木塊放在平板上。

上課時(shí)，演示這個(gè)課件既可以讓學(xué)生看到物理過(guò)程，又可以用數(shù)據(jù)對(duì)這個(gè)物理過(guò)程進(jìn)行分析。然后讓學(xué)生來(lái)動(dòng)手搭建類似的物理模型，使學(xué)生在輕松娛樂(lè)的過(guò)程中自主的學(xué)習(xí)物理。

另外，對(duì)同一個(gè)課題，學(xué)生往往可以設(shè)計(jì)出不同的解決方案，并且得出相應(yīng)的結(jié)論。整個(gè)這個(gè)過(guò)程極大的調(diào)動(dòng)的學(xué)生求知欲和探索精神，也符合現(xiàn)代學(xué)生強(qiáng)烈的表現(xiàn)欲和獨(dú)立性的心理特征，對(duì)于學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)的提高都具有積極的意義。

三、采用新的實(shí)驗(yàn)方法需要解決的問(wèn)題和解決的方法

傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)方式局限在將動(dòng)畫課件整合到一起，仍然以教師講授學(xué)生聽(tīng)授學(xué)習(xí)為主的授課方式。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中缺乏交流和實(shí)踐；采用虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)可以增強(qiáng)可學(xué)習(xí)過(guò)程的互動(dòng)性，

所以我們通過(guò)課題研究，試圖探索出如何在課程整合中為學(xué)生構(gòu)建一個(gè)自主學(xué)習(xí)和探究性學(xué)習(xí)的環(huán)境，如何在課程整合中提高學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力、探究性學(xué)習(xí)能力、以及協(xié)作精神和合作意識(shí)。

任何實(shí)驗(yàn)方案必須具有可操作性，缺乏可操作性的整合方案注定是無(wú)源之水，無(wú)本之木。所以，物理課程與信息技術(shù)整合的方案必須與實(shí)際教學(xué)聯(lián)系起來(lái)，可供操作是提出整合方案的前提。通過(guò)實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)解決這種問(wèn)題的方法和途徑也很簡(jiǎn)單：對(duì)學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)是他們?cè)诙唐趦?nèi)有針對(duì)性地提高相應(yīng)的信息技術(shù)能力，高中學(xué)生開(kāi)設(shè)有信息技術(shù)課程，所以他們對(duì)于一般簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)操作都有一定的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

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