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1、信息技术与物理教学,李太华，博士，副教授西南大学科学教育研究中心,大 纲,信息技术的教学价值信息技术的特质信息技术的价值物理教学对信息技术的需求物理教学的特质物理教学的需求信息技术应用于物理教学的探索理论探索实践探索,信息技术的教学价值,信息技术的特质媒体属性传播功能,信息技术的教学价值,信息技术的特质媒体属性多媒体表征多载体程现,信息技术的教学价值,信息技术的特质媒体属性多媒体表征清晰,信息技术的教学价值,信息技术的特质媒体属性多媒体表征动态,信息技术的教学价值,信息技术的特质媒体属性多媒体表征互动,信息技术的教学价值,信息技术的特质媒体属性多载体程现,信息技术的教学价值,信息技术的特质传播
2、功能信息中心信息通道,信息技术的教学价值,信息技术的特质传播功能信息中心数据库知识库,信息技术的教学价值,信息技术的特质传播功能信息通道检索通道交流通道社会网络,信息技术的教学价值,信息技术的价值教学资源教学工具教学方式,物理教学对信息技术的需求,物理教学的特质学科特质结构、作用、规律实验手段、思维方法数学建模、科学实践教师特质物理学史物理学知识结构科学实践的意识、习惯、能力洞悉学生的行为、认知现状及发展规律学生特质物质世界的好奇与探究欲望物质世界的感知与朴素认识缺乏科学实践的方法与能力认知能力尚需发展,物理教学对信息技术的需求,物理教学的需求学科特质物质结构、作用、规律实验手段、思维方法数学
3、建模、科学实践教师特质物理学史物理学知识结构科学实践的意识、习惯、能力洞悉学生的行为、认知现状及发展规律学生特质物质世界的好奇与探究欲望物质世界的感知与朴素认识缺乏科学实践的方法与能力认知能力尚需发展,演示支持,探究支持,建模支持,认知支持,资源支持,协作支持,信息技术应用于物理教学的探索,理论探索多媒体课程资源的“附加价值”及其使用标准（调查研究）实践探索基于计算机模拟的科学探究（实验研究）,信息技术应用于物理教学的探索,理论探索多媒体资源的“附加价值”及其使用标准*多媒体课程资源的类型多媒体课程资源的“附加价值”多媒体课程资源的“教学警示”多媒体课程资源的“使用标准”,*源自一项针对重庆市
4、普通中学师生，以及来自湖南、贵州、云南、四川、青海、重庆等省市的骨干物理教师进修班物理教师的调查研究。,信息技术应用于物理教学的探索,理论探索多媒体资源的“附加价值”及其使用标准多媒体课程资源的类型演示型分析型模拟型,信息技术应用于物理教学的探索,理论探索多媒体资源的“附加价值”及其使用标准多媒体课程资源的“附加价值”,信息技术应用于物理教学的探索,理论探索多媒体资源的“附加价值”及其使用标准多媒体课程资源的“教学警示”,多媒体课程资源的应用“警示”是否要走出试验室而进入多媒体系统？“我可以一次又一次地进行试验，没有人会看到我，并且试验总是进行的很好”是否教师会尝试着用多媒体系统来代替现实的科
5、学试验？这将会对学校实践性科学工作的未来以及学生学习科学的方式有什么潜在的影响？“运用多媒体去作虚拟试验绝不等于你自己动手去作，因为它是虚拟的。如果你能够作，就一定要亲自去作试验。但如果一些试验是老师演示给学生们看的，或者仅要求了解的试验则可以通过虚拟试验来做。”是否会出现对科学概念和科学本身的错误描述？使学生产生错误概念。使学生对科学的本质产生错误的理解。,信息技术应用于物理教学的探索,理论探索多媒体资源的“附加价值”及其使用标准多媒体课程资源的“使用标准”,信息技术与物理教学,李太华，博士，副教授西南大学科学教育研究中心,信息技术应用于物理教学的探索,实践探索基于计算机模拟的科学探究,信息
6、技术与物理教学探索,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索计算机模拟科学发现学习基于计算机模拟的科学发现学习实验研究,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索,计算机模拟,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索,科学发现学习基本活动问题表征与假设形成 实验探索 自我监控与反思概括 活动结构,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索,基于计算机模拟的科学发现学习功能定位应用模式,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索,基于计算机模拟的科学发现学习功能定位,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索,基于计算机模拟的科学发现学习应用模式,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索,实验研究基本模式整合模式/参
7、考,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式课件,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式被试选择选取芜湖市29中作为实验学校 在全校抽取了两个水平相当的班，一个作为实验班，一个为控制班实验前对两个班的期中物理成绩进行独立样本T-检验，结果表明两个班的物理基础（t=1.328，P=.190.05）无显著差异。,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式实验设计本实验为单因素两水平设计因素为科学发现学习模式两个水平：计算机模拟应用于科学发现学习的基本模式（以下简称模拟情境模式）、基于真实探索情境的科学发现学习模式（以下简称真实情境模式）。因变量为学生
8、的原理性知识、直觉性理解、灵活应用成绩。,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式实验过程实验班和控制班由陈凯老师（男，29岁，本科学历，曾获安徽省物理课件评比二等奖）任教 实验持续时间为：共6天，每个班课时数为3节。,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式实验流程问题提出与实验假设 问题的提出由教师依据学生的日常生活经验，结合学生已具备的光学知识提出，设法激发学生对问题做出自己的回答或解释，并鼓励学生相互交流自己对问题的看法。在此基础上，学生形成自己对问题的假设。在这一环节实验班和控制班完全一致，时间为1个课时。,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研
9、究,基本模式实验流程实验探索：实验班实验班的实验是在计算机教室中进行的，每两个人一组共用一台多媒体计算机。被试要相互协作地经过以下过程：预热：任课教师简要地介绍计算机模拟程序的基本结构、功能以及操作方法，并接受被试的询问。此阶段为5分钟。实验：被试结合上节课自己提出的假设，利用计算机模拟程序进行实验探索。主试为每组被试发放了一个简短的提示卡，提醒被试要通过对实验的设计和观察来发现规律，并确保在决定结束实验之前获得足够的证据，同时任课教师随时对需要帮助的被试进行指导。此阶段，为40分钟。,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式实验流程实验探索：控制班 实验班的实验是在物理实验室
10、中进行的，每两个人一组共用一套凸透镜成像实验设备（光距座、蜡烛、凸透镜、光屏）。被试要相互协作地经过以下过程：准备：任课教师简要地介绍凸透镜成像实验设备的基本结构、使用方法，明确注意事项，并接受被试的询问。此阶段为5分钟。实验：被试结合上节课自己提出的假设，利用实验设备做实验。主试为也为每组被试发放了一个简短的提示卡，提醒被试要通过对实验的设计和观察来发现规律，并确保在决定结束实验之前获得足够的证据，同时任课教师随时对需要帮助的被试进行指导。此阶段，为40分钟。,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式实验流程实验分析 被试对自己在实验探索阶段记录的实验资料进行分析，并设法理解
11、这些实验资料，同时还要向自己的合作者解释自己对这些资料的分析和理解，直至得出自己关于凸透镜成像的规律。教师要对学生在方法上进行指导，并提供相关的提示信息。此阶段，为25分钟。,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式实验流程知识应用在被试基本得出凸透镜成像的规律之后，教师要引导学生将他们发现的规律应用到真实的情境中。此阶段，为20分钟。测验在科学发现学习完成之后，以笔试形式进行了测验。限时40分钟。,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式测试原理性知识(principle knowledge)：用以考察学习者是否发现了正确的凸透镜成像规律以及对凸透镜成像规律的
12、基本理解和记忆。直觉性理解(intuitive understanding)：直觉性理解常被看作是科学发现学习的重要目标，它所关心的不是学习者知不知道一般的原理性知识，而是他们在具体情境面前所生成的直觉理解和判断，它更能反映学习者的深层理解和信念。灵活应用(flexible application)：用来测查学习者能否将所发现的原理灵活地概括和应用到新的情境中。,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式实验结果,实验班和控制班在三类后测上的平均分和标准差,t检验结果,*表示F值在.05的水平上显著，*表示F值在.01的水平上显著,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,
13、基本模式实验结果（1）原理性知识：实验班在原理性知识测验上得分高于控制班，两者的差异达到了近似显著的水平（t=1.990，P=.052.1）。在原理性知识测试中包含4道选择题，正确率分别如3.1所示。第1、3、4 注重考察物距与像距、像的属性间的关系。实验班的学生在这三道题上的正确率明显地高于对比班。第2题是考察凸透镜所成像的虚实问题，在该题中实验班学生的正确率却比对比班低了9个百分点。（2）直觉性理解：实验班和控制班在直觉性理解测验上具有显著的差异（t=2.082，P=.042.05）。说明在模拟情境模式下进行科学发现学习，与在真实情境模式下进行的科学发现学习相比，可以使学生对在发现学习过程
14、中建构的知识理解得更加深刻。（3）灵活应用：实验班和控制班在灵活应用测验上具有显著的差异（t=2.503，P=.015.05）。这说明在模拟实验情境模式下学生能够更好地将发现的原理灵活地概括和应用到新的情境中去。,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式：科学发现学习过程的差异性实验班实验设计：教师指导下进行实验操作与观察：操作简单，现象清晰，观察较容易 数据记录：容易获得数据，记录工作简单自我监控：差异显著，能力强者容易主导实验，能力差者则陷入不知所措状态，但基本上能在若干次试误后完成实验控制班实验设计：教师指导下进行实验操作与观察：操作复杂，突发性情强，现象不清晰，观察较困
15、难 数据记录：实验难控制，较难或得精确数据，记录工作容易不全面自我监控：由于实验较困难，仅少数能力强者完成了全部实验，能力较弱者则基本仅观察别人操作，无所事事,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式对实验班学生反馈信息的分析，学生的感受大体可分为这样几种类型：生动、形象、有趣“我可以直接看到实验的详细过程,屏幕上的动态变化是我最喜欢的，这样可以引起我的注意力，对实验更有兴趣”；“我觉得计算机的画面十分生动活泼，形象的画面展示使我感受到实验操作的极大乐趣”。,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式对实验班学生反馈信息的分析，学生的感受大体可分为这样几种类型：观
16、察得更仔细、更透彻“我可以更全面、更透彻地观察实验现象，自己从中发现了一些生活中无法发现的规律。”；“它不仅给我强烈的视觉感受，也增强了我观察能力”；“让我们更深刻地观察实验现象和结果，也让我们更加细致地体验到凸透镜成像的完整过程”；“它可以把透镜所成的像展现得十分逼真、好玩”。,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式对实验班学生反馈信息的分析，学生的感受大体可分为这样几种类型：准确、快捷、安全“在计算机上进行自己的操作，不会出错，既快捷又准确，而且很容易获得实验数据”；“在计算机上可以得出更精确的读数”；“计算机很安全，不用担心烧手通过计算机可以方便地获得充足的实验资料，用
17、来发现规律方便一些，省时省力”；“操作观察的方便，资料获得的快捷可以让我们有时间思考现象中隐含的规律”。,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式对实验班学生反馈信息的分析，学生的感受大体可分为这样几种类型：动手和动脑相结合：“我可以动手操作，但我更多的时间是用来观察和思考”。“我可以反复地操作，直到我领悟到现象中规律为止”。,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式对实验班学生反馈信息的分析，学生的感受大体可分为这样几种类型：太容易、缺乏真实感“探索变得很容易，并且可以反复尝试，唯一的不足就是缺乏真实感”；“计算机上所有的结论都是事先设置好的，使用时就不能培养
18、我们的动手能力，也体验不到真实感”；“光在计算机上操作，不亲自尝试一下，我想是不够的”。,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,基本模式实验结论1、与基于真实实验的科学发现学习模式相比,计算机模拟应用于科学发现学习的基本模式对学生原理性知识的掌握表现出近似显著的促进作用。2、与基于真实实验的科学发现学习模式相比,计算机模拟应用于科学发现学习的基本模式对学生的直觉性理解表现出显著的促进作用；3、与基于真实实验的科学发现学习模式相比,计算机模拟应用于科学发现学习的基本模式对学生的灵活应用表现出显著的促进作用；4、计算机模拟在让学生更好地进行发现学习的同时，也表现出一定的负面效应。,计算机
19、模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,整合模式课件,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,整合模式成绩,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,整合模式：反馈信息分析,对计算机模拟情境实验的认识（每个被试的认识可能不止一类）：,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,整合模式：反馈信息分析,2、对真实情境实验的认识（每个被试的认识可能不止一类）,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,整合模式：反馈信息分析,2、对真实情境实验的认识（每个被试的认识可能不止一类）,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,整合模式：实验结论1、对学生原理性知识的掌握表现出非常显著的促进作用。2、对学生的直觉性理解未表现出显著的促进作用。深入分析发现，整合情境模式对高分组的学生表现出了显著的促进作用，对中分组的学生表现出了近似显著的促进作用，对低分组的学生未表现出显著的促进作用。3、对学生的灵活应用表现出显著的促进作用。4、学生的物理基础对其科学发现学习具有非常显著的影响。5、整合情境模式实现了计算机模拟情境和真实情境的优势互补，但在学生对实验探索的理解和朴素概念的转变上也暴露出了一些不足之处。,计算机模拟应用于科学发现学习的模式探索实验研究,总结优势明显负效应也明显学生差异明显注意对学生朴素概念的探索,
