□ 海南省文昌市文昌中學(xué) 林豐

一、問題提出

1.中學(xué)生利用信息技術(shù)解決物理問題的現(xiàn)狀分析。

本研究的實驗對象為高一年級兩個平行班的學(xué)生，分別為高一（5）班和高一（10）班，其中高一（5）班的人數(shù)為47人，高一（10）班的人數(shù)為50人。從圖1、2、3、4分析結(jié)果可知，學(xué)生用來游戲娛樂、看新聞資訊和通訊的占比均較大，利用計算機來學(xué)習(xí)的比例均最少，從側(cè)面反映出學(xué)生在學(xué)習(xí)、科學(xué)探究等方面缺乏對計算機運用的經(jīng)驗。

圖1調(diào)查問卷第1題

圖2調(diào)查問卷第2題

圖3調(diào)查問卷第3題

圖4調(diào)查問卷第4題

圖5調(diào)查問卷第5題

圖6調(diào)查問卷第6題

從圖5、6結(jié)果分析可知，學(xué)生在解決物理問題的過程中，使用公式理論推導(dǎo)和實物實驗的方法占比最多，大部分同學(xué)幾乎沒使用過計算的方法解決物理問題。從圖7數(shù)據(jù)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在實際的物理教學(xué)中，現(xiàn)階段的教學(xué)方式對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理興趣的效果并不理想。

圖7調(diào)查問卷第9題

圖8調(diào)查問卷第8題

從圖8、9數(shù)據(jù)分析結(jié)果得知，多數(shù)學(xué)生認為計算機還是一種功能強大的科學(xué)探究工具，在科學(xué)探究的運用上還是具有重大價值的。從圖10數(shù)據(jù)分析結(jié)果得知，超半數(shù)的同學(xué)認為教師在課堂中應(yīng)該講授利用計算思維去解決物理問題的方法。

圖9調(diào)查問卷第7題

圖10調(diào)查問卷第10題

2.核心問題的提出。

從以上中學(xué)生利用信息技術(shù)解決物理問題現(xiàn)狀分析結(jié)果看來,本課題的核心問題為：在本課題中的研究對象缺乏利用計算手段解決物理問題的經(jīng)驗，計算物理的知識水平較低，知識技能處于初級階段甚至是完全空白，以計算的科學(xué)方法進行物理探究的能力不足，不能自主地運用信息技術(shù)解決物理問題，沒有樹立計算物理思維的意識。

3.研究的內(nèi)容。

本課題目標(biāo)希望設(shè)計整合信息技術(shù)的探究式教學(xué)模式，通過教師在實施整合信息技術(shù)的物理教學(xué)活動中，把計算物理的方法和理念灌輸給學(xué)生，最終達到提高學(xué)生的科學(xué)信息素養(yǎng)。

4.研究的方法。

（1）對照組實驗法。設(shè)置對照組和實驗組，進行教學(xué)實驗，從而分析新教學(xué)模式的教學(xué)應(yīng)用效果。

（2）調(diào)查問卷法。通過調(diào)查問卷分析學(xué)生對利用信息技術(shù)解決物理問題的認識和態(tài)度以及分析新教學(xué)模式的教學(xué)效果。

二、相關(guān)概念界定和理論基礎(chǔ)

1.概念的界定。

信息技術(shù)概念有廣義和狹義之分。廣義“信息技術(shù)”泛指所有處理和應(yīng)用信息的技術(shù)，狹義“信息技術(shù)”特指基于計算機的信息技術(shù)。［1］本課題所研究的信息技術(shù)屬于狹義范圍的信息技術(shù)。

2.相關(guān)理論基礎(chǔ)。

（1）建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強調(diào)學(xué)習(xí)需要在一定情境下進行的，學(xué)習(xí)不能是被動的，而是個體對知識體系完成主動建構(gòu)的過程，是個體與客觀環(huán)境相互作用，建構(gòu)認知的過程。［2］

（2）人本主義學(xué)習(xí)理論。人本主義學(xué)習(xí)理論認為認為教師是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的促進者和合作者，學(xué)生為學(xué)習(xí)的主體，以學(xué)生為主，讓學(xué)生主動經(jīng)歷探究知識的過程。［3］

（3）數(shù)據(jù)探究式教學(xué)理論。數(shù)據(jù)探究式教學(xué)理論強調(diào)在數(shù)據(jù)探究過程中對計算機的使用，所謂數(shù)據(jù)探究，即學(xué)生在數(shù)據(jù)環(huán)境下，依賴于計算機多媒體技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)展開的一種科學(xué)探究活動［4］。

三、信息化探究式教學(xué)模式構(gòu)建

1.信息化探究式教學(xué)模式。

筆者依據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、人本主義學(xué)習(xí)理論、數(shù)據(jù)探究理論和探究式教學(xué)模式，設(shè)計了信息環(huán)境下的探究式教學(xué)模式，其具體流程結(jié)構(gòu)如圖11所示：

圖11信息環(huán)境下的探究式教學(xué)模式

對信息化探究式教學(xué)模式的結(jié)構(gòu)分析：

（1）創(chuàng)設(shè)問題情境。有問題才有求知的欲望，問題來源于一定的情境背景中，創(chuàng)設(shè)物理情境應(yīng)該內(nèi)容簡潔而突出主旨，同時要有一定的科學(xué)性和符合實際情況，不能憑空臆想，偏離實際捏造物理情境。

（2）發(fā)現(xiàn)和表述問題。準(zhǔn)確的發(fā)掘和表述的問題，是整個探究學(xué)習(xí)的前提和基礎(chǔ)，只有正確的認識到研究問題的相關(guān)內(nèi)容，才能選用合適的探究工具制定合理的解決方案。

（3）猜想與假設(shè)。學(xué)生對問題提出假設(shè)或猜想，本質(zhì)是學(xué)生參與思考問題過程后所得到的一個預(yù)判結(jié)果，這說明了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠主動地去以現(xiàn)有的知識和情感態(tài)度為支撐點來進行理性思維的活動。

（4）開發(fā)與引用相關(guān)專業(yè)整合探究工具。采用的策略：①根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)造性去開發(fā)軟件；②根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，引用別人已有的相關(guān)整合案例，依據(jù)所研究的問題進行整合再創(chuàng)造，最終轉(zhuǎn)化成符合實際的整合案例。

（5）選擇數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘。在探究過程中，面對著大量的數(shù)據(jù)時，我們要善于去發(fā)現(xiàn)和選擇有用的數(shù)據(jù)，剔除錯誤的數(shù)據(jù)。確定好有用的數(shù)據(jù)后進行數(shù)據(jù)挖掘，將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化成有價值的知識。

（6）總結(jié)結(jié)論。學(xué)生經(jīng)過數(shù)據(jù)探究，得到相關(guān)結(jié)論，在全班以小組形式進行報告總結(jié)，對研究的成果進行展示，同時匯報研究過程中選用的方法、工具以及制定的詳細方案。

（7）評價與交流。各小組之間要相互評價成果的正確性，判定各小組所制定的方案和選用的工具方法的科學(xué)性和易操作程度。教師匯報情況進行全面的、系統(tǒng)的總結(jié)，讓學(xué)生形成系統(tǒng)的知識網(wǎng)絡(luò)。

（8）應(yīng)用與拓展。教師要創(chuàng)設(shè)應(yīng)用環(huán)境，讓學(xué)生運用新的知識解決其他的物理現(xiàn)象，拓展新知識的運用，鞏固所掌握的新知識。

2.信息化教學(xué)模式的教學(xué)策略。

（1）問題干涉、引導(dǎo)的教學(xué)策略。發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確地表述問題在整個探究過程中起到承上啟下的作用，教師在信息化探究教學(xué)過程中，積極采用問題引導(dǎo)策略，有效提高課堂效率，幫助學(xué)生更準(zhǔn)確地明確所要探究的問題。

（2）必須進行整合信息技術(shù)的教學(xué)策略。信息化探究式教學(xué)的最突出也是最重要的的特點就是在教學(xué)中進行信息技術(shù)的整合，缺少信息技術(shù)整合的探究式教學(xué)不能視為有效地信息化探究式教學(xué)。

（3）任務(wù)驅(qū)動教學(xué)策略。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式，強調(diào)在以學(xué)習(xí)者為主體的大環(huán)境下，通過發(fā)布任務(wù)，以完成任務(wù)激勵和維持學(xué)習(xí)者的興趣和動機［5］。

（4）構(gòu)建物理模型的教學(xué)策略。物理模型可視為對實際物理問題的研究對象一種抽象、理想化模型，是對客觀事物的一種近似，抽象性與形象性的辯證統(tǒng)一［6］。構(gòu)建物理模型更夠加深學(xué)生對物理過程和現(xiàn)象的理解，同時使得物理過程和現(xiàn)象更突出和具體化。

（5）注重數(shù)據(jù)探究的教學(xué)策略。在信息化的探究式學(xué)習(xí)中，數(shù)據(jù)探究本質(zhì)就是學(xué)生在面對實際物理問題中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行選擇和數(shù)據(jù)挖掘的過程，從而獲得有價值的規(guī)律結(jié)論和掌握基于計算思維的科學(xué)研究方法。

四、信息化探究式教學(xué)案例

下表列出了在實際教學(xué)中已經(jīng)實施的教學(xué)案，并對其中一個較為成功的教學(xué)案例舉例。

表1整合信息技術(shù)的教學(xué)案例統(tǒng)計

1.學(xué)生探究方案舉例：滑動變阻器的接法和阻值選擇。

（2）滑動變阻器選擇限流式接法時，干路的電阻，R≠=（1-k）Rx+Ro通過干路的電流到如圖15、16、17所示的觸頭所在位置百分比與通過待測電阻的電流I的圖像。對比三圖可得到，當(dāng)滑動變阻器的阻值和待測電阻較為接近時，調(diào)節(jié)效果最好；當(dāng)滑動變阻器的阻值比待測電阻的阻值遠大或者遠小時，調(diào)節(jié)效果最差。

圖12數(shù)據(jù)處理

圖13數(shù)據(jù)處理

圖14數(shù)據(jù)處理

圖15數(shù)據(jù)處理

圖16數(shù)據(jù)處理

圖17數(shù)據(jù)處理

五、信息化探究式教學(xué)模式在高中物理教學(xué)中應(yīng)用效果分析

1.教學(xué)實驗的設(shè)計。

本次選用了高中一年級的5班和10班，兩個班均為平行班，把5班設(shè)為對照班，在教學(xué)實驗中對5班在實際的物理教學(xué)中采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法。10班設(shè)定為實驗班，在進行常規(guī)教學(xué)時，也同時實施信息化的探究式教學(xué)模式。

2.新教學(xué)模式對學(xué)生的知識技能的影響。

從圖18數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知，說明新教學(xué)模式的確讓學(xué)生掌握一定計算物理的方法，教學(xué)效果較為明顯，教學(xué)目的基本達標(biāo)，但是要讓多數(shù)學(xué)生達到精通的程度，仍然需要進行更長時間、更深層次的教學(xué)整合。從圖19、20數(shù)據(jù)分析結(jié)果得知，在利用計算機解決物理問題后，新的教學(xué)模式讓學(xué)生更好的掌握了相關(guān)的物理知識規(guī)律，有一定的有效的教學(xué)效果。

圖18調(diào)查問卷第1題

圖19調(diào)查問卷第2題

圖20調(diào)查問卷第3題

3.新教學(xué)模式對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和方法的影響。

從圖21、22、23數(shù)據(jù)分析結(jié)果可知，在實驗之后，基本100%的同學(xué)都認識到了計算可以作為一種非常有用的手段去解決物理問題，學(xué)生已經(jīng)形成利用計算思維進行科學(xué)探究的意識，說明學(xué)生的對科學(xué)研究方法得到了全面的認識，解決物理問題的思路得到了很大程度的拓展。

圖21調(diào)查問卷第4題

圖22調(diào)查問卷第5題

圖23調(diào)查問卷第6題

4.新教學(xué)模式對學(xué)生的情感態(tài)度的影響。

針對學(xué)生課堂參與的程度調(diào)查，如圖24數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，從總體上來說，新的教學(xué)模式對學(xué)生的課堂參與的積極性起到了促進作用。如圖25數(shù)據(jù)分析表明，新教學(xué)模式激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中收獲知識、技能方法的同時又能體會到使用計算機作為解決工具的新鮮感和成就感。從圖26數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，大多數(shù)學(xué)生都表現(xiàn)出需要學(xué)習(xí)信息技術(shù)在物理中的應(yīng)用的課程，這也給后續(xù)進行信息技術(shù)與物理教學(xué)整合活動提供了可行性。

圖24調(diào)查問卷第8題

圖25調(diào)查問卷第9題

圖26調(diào)查問卷第10題

5.新教學(xué)模式對學(xué)生物理成績的影響。

教學(xué)實驗從高一下學(xué)期初開始進行，在教學(xué)實驗進行了一個學(xué)期后和兩個學(xué)期后，分別統(tǒng)計了兩個班的物理期末測試成績，如表2和表3所示。由表中數(shù)據(jù)分析表明：新教學(xué)模式能夠一定程度提升學(xué)生物理成績，學(xué)生物理成績的提升也體現(xiàn)了新教學(xué)模式能夠一定程度地提升學(xué)生學(xué)習(xí)物理的主動性和自覺性，拓展了學(xué)生解決物理問題的思路，豐富了學(xué)生解決問題的方法途徑，加深了學(xué)生對物理知識規(guī)律的本質(zhì)理解，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。而且通過對比及格率可以表明，整個實驗班級的學(xué)生成績正在提升，成績差的學(xué)生相對減少了，學(xué)生愿意去學(xué)習(xí)物理，探究物理，享受學(xué)習(xí)物理帶來的樂趣。

表2高一下學(xué)期期末物理測試，對照班與實驗班的

表3高二上學(xué)期期末物理測試，對照班與實驗班的成績統(tǒng)計

六、總結(jié)

依據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、人本主義學(xué)習(xí)理論、數(shù)據(jù)探究理論和探究式教學(xué)模式，設(shè)計了信息化環(huán)境下的探究式教學(xué)模式，提出了教學(xué)中應(yīng)注意使用的教學(xué)策略，并把教學(xué)運用物理教學(xué)之中。從調(diào)查問卷的數(shù)據(jù)分析和實際教學(xué)案例均表明：1、新教學(xué)模式的運用讓學(xué)生掌握了運用信息技術(shù)解決物理問題的基本知識技能和方法。2、新教學(xué)模式明顯提高了學(xué)生課堂參與的積極性。3、新教學(xué)模式提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。4、新教學(xué)模式對學(xué)生的物理成績總體上有促進的作用。