运用信息技术解决物理问题的实践研究——以高中基础物理教学为例

□ 海南省文昌市文昌中学 林丰

一、问题提出

1.中学生利用信息技术解决物理问题的现状分析。

本研究的实验对象为高一年级两个平行班的学生，分别为高一（5）班和高一（10）班，其中高一（5）班的人数为47人，高一（10）班的人数为50人。从图1、2、3、4分析结果可知，学生用来游戏娱乐、看新闻资讯和通讯的占比均较大，利用计算机来学习的比例均最少，从侧面反映出学生在学习、科学探究等方面缺乏对计算机运用的经验。

图1调查问卷第1题

图2调查问卷第2题

图3调查问卷第3题

图4调查问卷第4题

图5调查问卷第5题

图6调查问卷第6题

从图5、6结果分析可知，学生在解决物理问题的过程中，使用公式理论推导和实物实验的方法占比最多，大部分同学几乎没使用过计算的方法解决物理问题。从图7数据分析结果发现，在实际的物理教学中，现阶段的教学方式对激发学生学习物理兴趣的效果并不理想。

图7调查问卷第9题

图8调查问卷第8题

从图8、9数据分析结果得知，多数学生认为计算机还是一种功能强大的科学探究工具，在科学探究的运用上还是具有重大价值的。从图10数据分析结果得知，超半数的同学认为教师在课堂中应该讲授利用计算思维去解决物理问题的方法。

图9调查问卷第7题

图10调查问卷第10题

2.核心问题的提出。

从以上中学生利用信息技术解决物理问题现状分析结果看来,本课题的核心问题为：在本课题中的研究对象缺乏利用计算手段解决物理问题的经验，计算物理的知识水平较低，知识技能处于初级阶段甚至是完全空白，以计算的科学方法进行物理探究的能力不足，不能自主地运用信息技术解决物理问题，没有树立计算物理思维的意识。

3.研究的内容。

本课题目标希望设计整合信息技术的探究式教学模式，通过教师在实施整合信息技术的物理教学活动中，把计算物理的方法和理念灌输给学生，最终达到提高学生的科学信息素养。

4.研究的方法。

（1）对照组实验法。设置对照组和实验组，进行教学实验，从而分析新教学模式的教学应用效果。

（2）调查问卷法。通过调查问卷分析学生对利用信息技术解决物理问题的认识和态度以及分析新教学模式的教学效果。

二、相关概念界定和理论基础

1.概念的界定。

信息技术概念有广义和狭义之分。广义“信息技术”泛指所有处理和应用信息的技术，狭义“信息技术”特指基于计算机的信息技术。［1］本课题所研究的信息技术属于狭义范围的信息技术。

2.相关理论基础。

（1）建构主义学习理论。建构主义学习理论强调学习需要在一定情境下进行的，学习不能是被动的，而是个体对知识体系完成主动建构的过程，是个体与客观环境相互作用，建构认知的过程。［2］

（2）人本主义学习理论。人本主义学习理论认为认为教师是学生学习过程中的促进者和合作者，学生为学习的主体，以学生为主，让学生主动经历探究知识的过程。［3］

（3）数据探究式教学理论。数据探究式教学理论强调在数据探究过程中对计算机的使用，所谓数据探究，即学生在数据环境下，依赖于计算机多媒体技术及网络技术展开的一种科学探究活动［4］。

三、信息化探究式教学模式构建

1.信息化探究式教学模式。

笔者依据建构主义学习理论、人本主义学习理论、数据探究理论和探究式教学模式，设计了信息环境下的探究式教学模式，其具体流程结构如图11所示：

图11信息环境下的探究式教学模式

对信息化探究式教学模式的结构分析：

（1）创设问题情境。有问题才有求知的欲望，问题来源于一定的情境背景中，创设物理情境应该内容简洁而突出主旨，同时要有一定的科学性和符合实际情况，不能凭空臆想，偏离实际捏造物理情境。

（2）发现和表述问题。准确的发掘和表述的问题，是整个探究学习的前提和基础，只有正确的认识到研究问题的相关内容，才能选用合适的探究工具制定合理的解决方案。

（3）猜想与假设。学生对问题提出假设或猜想，本质是学生参与思考问题过程后所得到的一个预判结果，这说明了学生在学习过程中能够主动地去以现有的知识和情感态度为支撑点来进行理性思维的活动。

（4）开发与引用相关专业整合探究工具。采用的策略：①根据教学内容，创造性去开发软件；②根据教学内容，引用别人已有的相关整合案例，依据所研究的问题进行整合再创造，最终转化成符合实际的整合案例。

（5）选择数据、数据挖掘。在探究过程中，面对着大量的数据时，我们要善于去发现和选择有用的数据，剔除错误的数据。确定好有用的数据后进行数据挖掘，将数据信息转化成有价值的知识。

（6）总结结论。学生经过数据探究，得到相关结论，在全班以小组形式进行报告总结，对研究的成果进行展示，同时汇报研究过程中选用的方法、工具以及制定的详细方案。

（7）评价与交流。各小组之间要相互评价成果的正确性，判定各小组所制定的方案和选用的工具方法的科学性和易操作程度。教师汇报情况进行全面的、系统的总结，让学生形成系统的知识网络。

（8）应用与拓展。教师要创设应用环境，让学生运用新的知识解决其他的物理现象，拓展新知识的运用，巩固所掌握的新知识。

2.信息化教学模式的教学策略。

（1）问题干涉、引导的教学策略。发现和准确地表述问题在整个探究过程中起到承上启下的作用，教师在信息化探究教学过程中，积极采用问题引导策略，有效提高课堂效率，帮助学生更准确地明确所要探究的问题。

（2）必须进行整合信息技术的教学策略。信息化探究式教学的最突出也是最重要的的特点就是在教学中进行信息技术的整合，缺少信息技术整合的探究式教学不能视为有效地信息化探究式教学。

（3）任务驱动教学策略。任务驱动教学模式，强调在以学习者为主体的大环境下，通过发布任务，以完成任务激励和维持学习者的兴趣和动机［5］。

（4）构建物理模型的教学策略。物理模型可视为对实际物理问题的研究对象一种抽象、理想化模型，是对客观事物的一种近似，抽象性与形象性的辩证统一［6］。构建物理模型更够加深学生对物理过程和现象的理解，同时使得物理过程和现象更突出和具体化。

（5）注重数据探究的教学策略。在信息化的探究式学习中，数据探究本质就是学生在面对实际物理问题中产生的数据，对数据进行选择和数据挖掘的过程，从而获得有价值的规律结论和掌握基于计算思维的科学研究方法。

四、信息化探究式教学案例

下表列出了在实际教学中已经实施的教学案，并对其中一个较为成功的教学案例举例。

表1整合信息技术的教学案例统计

1.学生探究方案举例：滑动变阻器的接法和阻值选择。

（2）滑动变阻器选择限流式接法时，干路的电阻，R≠=（1-k）Rx+Ro通过干路的电流到如图15、16、17所示的触头所在位置百分比与通过待测电阻的电流I的图像。对比三图可得到，当滑动变阻器的阻值和待测电阻较为接近时，调节效果最好；当滑动变阻器的阻值比待测电阻的阻值远大或者远小时，调节效果最差。

图12数据处理

图13数据处理

图14数据处理

图15数据处理

图16数据处理

图17数据处理

五、信息化探究式教学模式在高中物理教学中应用效果分析

1.教学实验的设计。

本次选用了高中一年级的5班和10班，两个班均为平行班，把5班设为对照班，在教学实验中对5班在实际的物理教学中采用传统的教学方法。10班设定为实验班，在进行常规教学时，也同时实施信息化的探究式教学模式。

2.新教学模式对学生的知识技能的影响。

从图18数据分析结果可知，说明新教学模式的确让学生掌握一定计算物理的方法，教学效果较为明显，教学目的基本达标，但是要让多数学生达到精通的程度，仍然需要进行更长时间、更深层次的教学整合。从图19、20数据分析结果得知，在利用计算机解决物理问题后，新的教学模式让学生更好的掌握了相关的物理知识规律，有一定的有效的教学效果。

图18调查问卷第1题

图19调查问卷第2题

图20调查问卷第3题

3.新教学模式对学生的学习过程和方法的影响。

从图21、22、23数据分析结果可知，在实验之后，基本100%的同学都认识到了计算可以作为一种非常有用的手段去解决物理问题，学生已经形成利用计算思维进行科学探究的意识，说明学生的对科学研究方法得到了全面的认识，解决物理问题的思路得到了很大程度的拓展。

图21调查问卷第4题

图22调查问卷第5题

图23调查问卷第6题

4.新教学模式对学生的情感态度的影响。

针对学生课堂参与的程度调查，如图24数据分析结果表明，从总体上来说，新的教学模式对学生的课堂参与的积极性起到了促进作用。如图25数据分析表明，新教学模式激发了学生学习物理的兴趣，学生在物理学习过程中收获知识、技能方法的同时又能体会到使用计算机作为解决工具的新鲜感和成就感。从图26数据分析结果表明，大多数学生都表现出需要学习信息技术在物理中的应用的课程，这也给后续进行信息技术与物理教学整合活动提供了可行性。

图24调查问卷第8题

图25调查问卷第9题

图26调查问卷第10题

5.新教学模式对学生物理成绩的影响。

教学实验从高一下学期初开始进行，在教学实验进行了一个学期后和两个学期后，分别统计了两个班的物理期末测试成绩，如表2和表3所示。由表中数据分析表明：新教学模式能够一定程度提升学生物理成绩，学生物理成绩的提升也体现了新教学模式能够一定程度地提升学生学习物理的主动性和自觉性，拓展了学生解决物理问题的思路，丰富了学生解决问题的方法途径，加深了学生对物理知识规律的本质理解，激发了学生学习物理的兴趣。而且通过对比及格率可以表明，整个实验班级的学生成绩正在提升，成绩差的学生相对减少了，学生愿意去学习物理，探究物理，享受学习物理带来的乐趣。

表2高一下学期期末物理测试，对照班与实验班的

表3高二上学期期末物理测试，对照班与实验班的成绩统计

六、总结

依据建构主义学习理论、人本主义学习理论、数据探究理论和探究式教学模式，设计了信息化环境下的探究式教学模式，提出了教学中应注意使用的教学策略，并把教学运用物理教学之中。从调查问卷的数据分析和实际教学案例均表明：1、新教学模式的运用让学生掌握了运用信息技术解决物理问题的基本知识技能和方法。2、新教学模式明显提高了学生课堂参与的积极性。3、新教学模式提高了学生学习物理的兴趣。4、新教学模式对学生的物理成绩总体上有促进的作用。