信息技术环境对形成学生物理思维的影响

信息技术环境对形成学生物理思维的影响

　　摘要 : 信息技术的发展和信息技术环境的形成, 对教育教学改革的影响与渗透越来越明显。在信息技术与课程整合的应用中, 作为理学特色鲜明的物理学, 思维能力是学好和研究物理学的关键, 物理教学的改革应着重突出培养学生的科学思维能力。文章结合教学实践论述了利用网络技术、多媒体技术改进物理教学手段和方式, 对学生形成物理思维、发展多向思维能力以及提高物理教学效益的积极影响。
　　
　　关键词 : 网络技术; 多媒体技术; 物理教学; 物理思维; 思维能力
　　
　　信息化是21世纪的标志, 是当今世界经济和社会发展的大趋势。现代化信息技术是实现教育信息化的基础性平台, 是促进教育全面改革, 使之适应信息化社会对教育发展新要求的重要手段。众所周知, 教师对学生学习的影响是直接和巨大的, 随着教育教学改革的全面深入, 现代信息技术手段的影响作用也越来越明显。以网络技术和多媒体技术为核心的信息技术已成为拓展人类思维的创造性工具, 利用网络和多媒体技术可以构建信息丰富、思维方向多维化的学习环境和条件, 为学习者提供自由探索的空间, 有利于批判性和创造性思维的形成和发展。
　　物理思维, 即物理学中的科学思维, 是将物理观察与物理实验所得到的感性认识上升为理性认识,并从已有的理性认识获得新的理性认识。物理思维能力, 即顺利进行物理思维并获得正确思维结论的个性心理特征。物理思维是物理学习的灵魂, 而从形象到抽象, 从个体到群体, 从单维到多维, 促进并强化学生物理思维的形成与发展则是物理教学的精髓。培养学生良好的思维品质, 提高学生的思维能力是物理教学的主要任务之一[ 1] 。信息技术的飞速发展, 信息技术手段的网络化、多媒体化为物理教学带来了新的生机与活力。网络环境、多媒体环境在提高教学效果和教学质量, 强化物理思维方式等方面有着传统教学手段无法比拟的特点和优势。
　　
　　1 网络环境下新的学习方式对形成物理思维的影响
　　
　　网络环境下的探索学习改变了以灌输为主的传统教学模式, 网络教学模式可以优化教学结构和教学过程, 大幅度提高教学效率和教学效果[ 2] 。这种方式强调了学习过程中教师的指导和帮助作用以及学生的主体地位, 强调了网络学习资源及学习情境的重要性, 其对思维形成的影响是空前的和十分有利的。
　　
　　1. 1 创设探索情境, 激发思维形成
　　心理学研究表明, 学生的思维是从问题开始形成, 再从问题解决中得到发展的。学习的过程就是不断创设问题情境, 引起学生认知冲突、激发学生的求知欲, 使学生的思维在问题思考与探索中得到促进和发展。网络环境下, 能够展现或模拟现实, 再现真实情境, 从而使学生产生提出问题、解决问题的欲望。
　　物理学是一门以实验为基础的学科, 实验教学是物理教学的重要一环。丰富多彩、生动有趣的实验是物理教学的特点, 利用实验不仅可以让学生获得常规的感性认识, 更重要的是能够使学生透彻理解并完全掌握实验结论的产生过程, 产生理性认识,形成抽象、概括性思维。
　　在网络环境下进行虚拟实验室操作, 以自主模拟实验为基础进行教学, 可以解决传统实验室由于实验环境和实验条件限制而带来的不利于教学和学生思维形成的弊端。让学生在虚拟实验环境中实际操作、观察现象、读取数据、科学分析, 培养学生科学研究的态度和能力[ 3] 如采用 仿真物理实验室虚拟力学、电学实验(在线网络版) , 实现网络技术与物理学科教学的整合。学生在网络环境中进行多媒体实验操作, 通过网上人机对话, 并自主观察模拟实验。当遇到问题时, 就可以通过网络从其他学生那里获取相关信息, 进行讨论、交流, 从而带来学习效果和学习方法的更新。这种虚拟实验室为学生提供了全方位的、开放性操作环境, 使学生在课堂上实现了在虚拟世界的真实体验。
　　信息技术与物理实验教学整合, 能够培养学生自主模拟实验、观察实验, 并归纳、总结、抽象成所需知识的思维能力, 从而学会学习, 使学生主动地获取物理知识, 发展能力, 并促使他们建立科学的世界观[ 4] 。学生的创造性思维得到了很好的激发。
　　
　　1. 2 运用网络资源, 拓展思维空间
　　进入网络时代后, 网络环境为学生提供了丰富的知识库、资源库, 网上的资源开发和利用已成为一个现代学习者必备的信息素质。网络技术区别于其他媒体技术的最显著的特点就是交互性, 即实现信息的交流与反馈[ 5] 。这项技术的运用能够实现和促进课堂教学、远程教学中师生之间的相互沟通与交流; 另外, 网络技术的音频、视频和动画的呈现环境, 具有内容新颖、形象生动和界面友好等特点, 对激发学习兴趣、提高学习效果、开阔视野和发展思维产生积极的影响。
　　我们在电工技术、电路分析以及电力电子等实验项目上, 引进网络型实验装置, 实现了在网实验和联网测控。学生在完成传统实验课目的基础上, 可通过网络进行师生之间、学生之间的远程数据交流、结论验证, 还可以开展协作实验等研究性、开发性的课题, 实现一机多用、一生多机的效应。既提高了现有设备的利用率, 激发了学生的学习兴趣和研究热情, 又对发展学生的创造性思维、诱发发散性思维起到了有效的和显著的锻炼, 收到了良好的教学效果。
　　 信息技术作为最先进的教学媒体与物理学科整合, 不但深化了物理学科教学, 加大了学科信息容量, 而且提高了课堂教学效果。
　　
　　1. 3 适应网络环境, 磨练思维能力
　　传统的教学模式造成了学生被动学习的惯性,学生习惯于教师填鸭式的传教, 很容易养成对教师 头头是道分析的依赖, 自动放弃主动学习、自主学习的权力, 而网络环境带来的新活力已经对传统的教学模式带来重大冲击。面对这一冲击, 应强调学生的学习适应性, 也要对前面提到的情况进行综合考虑, 所以理性的适应、积极的应对、热情的参与显得尤为重要。
　　作为对传统教学的补充, 利用网络了解物理学科发展前沿动态, 对物理学科的知识框架、研究方法、研究方向和应用领域等进行意义建构, 更深入地洞察物理学的内涵和外延, 把握物理学的灵魂, 对启发和建立学生的物理思维、磨练思维能力具有深刻的环境意义和手段效益。
　　
　　2 多媒体教学方式对形成物理思维的影响
　　
　　多媒体教学是当前计算机辅助教学, 实施信息技术与学科教学整合的重要手段, 是当前教育教学改革的一大特色[ 6] 。
　　物理教学过程本质上是一种对自然界的物质运动、相互作用等本质规律和特征的认识过程。物理学习实质上就是学习者对整个物理世界的感知和对发生的物理现象、物理事实的反映, 以及对物理图像等要素的加工过程, 也就是在大脑中进行反复建构、产生联想、建立体系, 把感性认识上升为理性认识, 形成物理思维的过程。因此, 多媒体教学方式对培养学生的物理思维能力有着鲜明和深远的影响。
　　
　　2. 1 多媒体技术强大的展现功能, 对形象思维能力的培养是十分有利的
　　多媒体技术是将文字、声音、图形、图像与计算机集成在一起的技术, 具有表现力丰富、交互性强、共享性好、传输效率高等特点[ 7] , 可以直观、形象地展现教学内容, 提高学习者的学习兴趣和探究积极性。
　　作为物理学重要基础理论支柱之一的牛顿力学,实验手段教学是其主要的教学方式。但类似于加速度、瞬时速度、路径与位移的关系等带有抽象性、非直观性的概念和规律, 一般的实验装置无法将其直接显现, 这些内容也正是学生学习的思维障碍点。运用多媒体技术, 如采用视频慢放、跳动、暂停等功能可以生动、清晰地呈现出质点运动过程中各个点或各个时刻的位置、位移方向及s+ ? s或t+ ? t后的运动趋向、物理量的变化量、变化率等参量变化情况, 再引入图片或制作动画进行运动过程的物理分解和数学运算, 可将此思维障碍点化解。同样的, 分子热运动、能量的转变与交换、电荷运动- 电流形成、电磁波传播、光的波粒二象性以及物理场、量子化等一些学习者感到较难理解和接受的物理概念和物理规律, 运用音视频、动画等手段的形象展示功能, 可将知识点的讲解、变得更直观, 更有利于学生理解。
　　
　　2. 2 运用课件再现物理模型促进抽象思维能力的形成
　　物理模型是物理学具有支撑意义的重要概念, 如质点、点电荷、弹簧振子等。因此, 物理教育特别重视物理思想、物理方法的渗透以及物理思维能力的培养。弹簧振子的简谐振动是运用多媒体课件教学的最经典的例子之一。课件中通过动画技术, 附加色彩与闪烁技巧, 设计、使用多种功能按钮, 即能精确地凸现振子运动过程中各个时刻(位置)的位移( s)、回复力( f)、加速度( a)、速度( v)四个矢量的瞬时特征、变化过程及关联特性。通过动态展示, 从动力学、能量转化与守恒等不同的角度, 使学习者全面观察、理解简谐振动各物理量的变化关系, 对简谐振动及其规律形成透彻的认识, 产生准确的抽象思维定式, 都有良好的效果。
　　
　　2. 3 利用多媒体图示工具优化学生分析与综合思维能力物
　　理概念和物理规律体现在对具体物体的物理状态及变化过程的研究, 多媒体图示可鲜明地展现有关的物理图景, 将抽象的数学工具和数学推算过程变得形象、易懂, 从而帮助学习者一方面形成物理问题的分析思维方式, 另一方面促使其对相同或不同物理问题的归类、比较, 产生综合思维模式, 达到强化思维、迁移思维, 提高学习者物理思维的变通能力和综合能力的目的。
　　光学实验中, 由于受到常规仪器本身的限制以及光线等因素的影响, 有些项目的实验效果常不尽人意。因此, 可通过多媒体模拟实验作辅助, 模拟一些重要的、在现实实验条件下难以完成的实验项目, 用来弥补不足, 提高物理教学与学习的效果。如用多媒体图示工具制作透镜成像模拟实验, 演示成像物在# ~ f(焦距)之间的整个实验过程中物距( u)、像距( v)和像的变化情况及其关系, 整个模拟实验过程流畅、直观、形象, 使学生对实验以及知识点获得了清晰完整的认识。
　　再如力的分解与合成、动量与机械能应用、振动和波、交流电的相位、电磁波的分解与传播等内容,均可利用多媒体图示工具, 将有关物理量的矢量分析、矢量运算过程方便而简易地展现和演示出来, 形成清晰的和连续的物理图景, 一向令学习者头痛的、物理研究又离不开的矢量运算, 一下子变得容易和轻松, 使学生运用数学工具分析问题、解决问题的能力得到有效提高, 物理思维得到进一步巩固。
　　
　　3 信息技术手段的采用颇受学生欢迎, 教学效果明显提升
　　
　　物理学是一门比较抽象难懂的科学, 所包含的内容极其丰富, 物理学的许多基本概念、定律、定理需要学生准确掌握[ 8] , 而清晰、准确的物理思维的形成对攻克物理学习的难关有着至关重要的作用。在教学实践中我们发现, 采用以上信息技术的辅助教学手段后, 有近70% 的学生学习物理的兴趣与主动性明显提高, 约40% 的学生对物理概念、物理定律的理解准确度显著上升, 表现在测试中相关判断题、单向选择题、多项选择题等类型的题目的出错率明显下降, 相应成绩平均提高了30%。物理专业的学生反映依此解决了像矢量、相位、质点等抽象概念在头脑中存在多年的模糊或错误认识问题, 非物理专业的学生则反映依此改变了对物理学的偏见认识, 对本专业课程的学习有了很大的启发和帮助。
　　信息技术与物理教学、物理实验的整合, 提升了传统的以黑板粉笔为主的教学模式的教学质量、授课水平和学习效果。既激发了学生的学习兴趣, 使得抽象的问题形象化, 又发挥了信息技术手段的优势, 起到了突破常规、弥补缺陷、模拟辅助、相辅相成的作用, 使物理学科教学上升到一个新的层次, 从而拓展了物理教学的空间领域, 使教学内容鲜明生动富有感染力, 物理思维在轻松愉快的学习环境中油然而生并健康地发展起来, 有助于学生获得知识、发现规律, 有效地提高了学生物理知识的建构与驾驭水平, 培养了其科学思维能力。

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　　参考文献
　　[ 1]刘凤勤. 在物理教学中培养学生的思维品质[ J]. 当代教育科学, 2004, ( 2): 64
　　[ 2]李方. 略论网络教学模式[ J]. 广东行政学院学报, 2001,( 3): 8082
　　[ 3]余胜泉. 信息技术与课程整合的目标与策略[ J]. 人民教育, 2002, ( 2): 5355
　　[ 4]郑纪元. 信息技术带来物理课的愉快之旅[ J]. 中国电化教育, 2004, ( 1): 3133
　　[ 5]顾君忠. 现代远程教育技术导论[M ]. 上海: 华东师范大学出版社, 2000
　　[ 6]顾小清. 教育技术基础技术支持的教与学[M ]. 上海: 上海大学出版社, 2003
　　

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