信息技術與中學實驗課程整合
信息技術與中學實驗課程整合 【摘要】新世紀，信息技術正不斷改變著人們學習，思維的方式。如何將信息技術與中 學實驗課程整合是近一段時期以來教育界的熱點話題。信息技術與實驗課程整合的主要 任務就是以信息技術為支撐的實驗教學新模式的探索。在實驗教學信息化過程中，教師 面臨著實驗選題范圍狹窄，以信息技術為支撐的實驗教學課程設計相對困難等現(xiàn)實難題 。本文正是針對實驗教學的新特點，對上述問題做了較為深入的探討。另外，文中還對 信息技術與實驗課程如何實現(xiàn)有效整合，以及整合的具體模式，網絡環(huán)境下的教學設計 ，實驗課件設計的理論基礎等相關問題作了一定程度的探討。 【關鍵詞】信息技術;實驗課程;實驗教學技術;網絡技術;實驗教學改革 引言 時代已經進入21世紀，這個以知識經濟為主體的時代，對知識型勞動者的需求大量增加 ，人們對知識的欲望空前提高。信息技術在教育領域的普及滲透，使我國教育領域發(fā)生 著日新月異的變化,使教育信息化迅速明顯加快。實驗教學作為實踐能力培養(yǎng)的重要手段 ，業(yè)已隨著信息技術的迅猛發(fā)展，信息化速度大大加快?，F(xiàn)今實驗教學過程中己很少有 單純的傳統(tǒng)教學儀器，一般都用計算機做終端，形成新一代智能化實驗教學儀器，以彌 補傳統(tǒng)教學儀器的不足。本文研究的重點正是新形勢下信息技術與實驗課程的有效整合 。 實驗是科學的基礎，是科學發(fā)展的動力源泉，實驗教學在現(xiàn)代教學中占有重要的位置。 實驗教學的基本目的是讓學習者學習實驗的測量方法、學科基本研究方法和科學思維。 在中學實驗教學中， 學生是實驗教學的主體，在實驗教學中具有能動性，對實驗加以理解和體驗；無論是課 堂實驗還是家庭實驗，都成為實驗教學資源開發(fā)的重要組成部分。從這一角度上講，學 生也是實驗教學的一種資源。但是目前中學實驗課程中普遍存在的問題是，學生學習興 趣低下，知識面窄，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題與解決問題，以及動手操作的能力下降，這已 成為中學的實驗教學迫在眉睫需要解決的問題。開展信息技術與實驗教學整合的實踐與 研究，就是要解決這些問題，尋求現(xiàn)實的可操作性的途徑和方案，促進技術優(yōu)勢轉化為 教學效益，推進信息技術在實驗教學過程中的效用，因此信息技術與實驗教學整合的實 踐與研究，具有重要的現(xiàn)實意義。 信息技術在實驗教學中的應用主要是進行計算機輔助實驗教學(CAI)，即利用計算機接口 技術、多媒體技術和虛擬仿真技術對實驗進行數(shù)據(jù)采集、儲存、處理和監(jiān)控以及對實驗 進行模擬、重現(xiàn)的教學過程。充分發(fā)揮信息技術的多種優(yōu)勢，與傳統(tǒng)實物實驗優(yōu)勢互補 ，化抽象為形象，提高實驗的效果。開展計算機輔助實驗教學研究，可以解決傳統(tǒng)實驗 教學模式中難以解決的一些問題，是實現(xiàn)實驗教學最優(yōu)化的一個重要途徑。 信息技術應用于實驗課程的教學，其作用不僅是改變傳統(tǒng)的實驗教學手段，更重要的是 將信息化(數(shù)字化、多媒體化、智能化和網絡化)的教學內容和方式融于實驗學科課程教 學的過程之中，實現(xiàn)新的更高的教育教學目標和更好的教學效果。信息技術與課程整合 將帶來課程內容的不斷革新，信息技術的高速發(fā)展，要求傳統(tǒng)的課程必須適應信息化社 會發(fā)展的要求，增加與信息技術相關的內容并要求各門課程都必須根據(jù)時代發(fā)展，革新 原有課程內容。信息技術與課程的整合將是課程內容革新的一個有利促進因素。 信息技術與實驗整合，有利于規(guī)范實驗的操作。實驗的基本操作是實驗教學的重要內容 。學生只有掌握了規(guī)范的實驗操作，才能保證安全地進行實驗和得到準確的結果。利用 多媒體可通過視頻信息為學生展示規(guī)范、嚴格的操作過程。同時也可以模擬出錯誤操作 后造成的不安全后果。 信息技術與實驗整合，有利于突破性質實驗中的疑難點，物質的性質實驗在中學實驗中 占很大的比重，這些實驗中有一部分卻屬于疑難實驗，有的因為反應速度過快稍縱即逝 ，通過信息技術與實驗的有效整合可以放大實驗的過程引導學生從多角度進行觀察。這 些經過信息技術整合后的模擬實驗都是物質性質實驗的有益補充。 信息技術與實驗整合可以模擬放大微觀過程，促進對基本概念和原理的理解。有些實驗 的概念和原理比較抽象，這類實驗在學生已感知實驗事實的基礎之上，很難形成理性認 識。要真正認識實驗現(xiàn)象的本質和規(guī)律。信息技術無疑在對促使學生對概念和原理的理 解上有明顯的優(yōu)勢。通過計算機的模擬功能，用圖像化的形式來顯示微觀運動的動態(tài)過 程，為學生提供形象直觀的感性材料。 信息技術引發(fā)的新的教學模式正在改變傳統(tǒng)的教學觀念，希望更多的學校參加到運用新 教學模式的實驗中來，為21世紀信息技術的挑戰(zhàn)培養(yǎng)更多的人才．本文正是在新課程改 革大背景下，探索信息技術與實驗課程整合過程中一些所必須關注的問題。教學實驗信 息化的根本目的是使廣大教師和學生充分利用優(yōu)秀教育信息資源進行教育教學改革，提 高現(xiàn)代教育水平，實現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)造性人才的目標。信息技術與實驗課程整合，包含著兩個 不同層面的內容，它既包含了信息技術與實驗學科的整合，又包含了信息技術與具體實 驗教學的整臺，整合的具體模式是我們探討的重點問題。 1. 信息技術與實驗課程整合的模式探索 教學模式是指在一定的教育思想、教學理論和學習理論指導下，在某種教學環(huán)境和資源 的支持下的教學活動中各要素之間穩(wěn)定的關系和活動。由局域網、計算機終端、計算機 輔助教學系統(tǒng)及多媒體技術組成的計算機實驗教室，正在受到越來越多的學校領導和教 師的青睞．這種用信息技術裝備起來的功能性實驗教室，促成了一種新的教學模式的產 生，并快速發(fā)展影響著新型教學模式的構建。使課堂實驗的“教”與“學”合二為一。這是 新型教學模式。這是一種以學生為“主體”，教師為“主導”的新型教學方式。在建構主義 教學理念指導下，運用“學教并重”的教學設計理論，完成實驗教學課堂設計的構建。 1.1 網絡技術支持下的小組協(xié)作實驗學習模式探究 基于網絡的協(xié)作學習是指利用計算機網絡，由二名或多名學生針對同一學習內容彼此交 流與合作，以達到對教學內容比較深刻理解與掌握的過程。網絡為學生提供了一個學習 的空間（資源庫、電子圖書館、虛擬大學）?；诰W絡的協(xié)作學習是一種不受時間約束 的學習，學生在學習過程中，隨時都可以獲得在線幫助和學習資源?；ヂ?lián)網使任何一個 具備上網條件的學習者可以在任何地方、任意時間根據(jù)自己的實際情況有選擇地學習， 這突破了傳統(tǒng)的學校教育的時空界限，使得學習、交流、合作在更廣闊的空間進行。 在傳統(tǒng)交往方式下，個體的人際交往往往局限于實際生活的狹小圈子內，難免受種種約 束和限制。網絡交往有利于個體主體意識、參與意識的提高。網絡提供了一個可以暢所 欲言絕好空間，這有利于提高行為主體的參與意識和人際交往的主動性。網絡給協(xié)作學 習提供了最好的交流工具， 網絡教學模式以學生為中心，學習的合作性增強。在傳統(tǒng)的面對面教學中，以教師為中 心的教學模式已經深入人心，協(xié)作過程中，教師的參與、幫助、指導經常有意無意地變 成領導、控制，學生的協(xié)作變成教師邏輯有序的安排，這與協(xié)作學習的宗旨相違背。而 在網絡環(huán)境下，它更強調學生的自主學習，通過伙伴或教師的幫助自主建構知識，因此 ，網絡環(huán)境下學生之間的合作性增強。對于創(chuàng)造性較強且需要建立相互合作建立解決問 題的機制時，往往采用小組合作式教學策略， 例如：在學習物理實驗“波意耳定律”時，可以采用學生分組研究、以探索規(guī)律的教學方 式。學生分成多組，測出多組(P，V)數(shù)據(jù)，然后輸入計算機，利用自己掌握的計算機技 術，研究這些數(shù)據(jù)，尋找規(guī)律。這里結論已經不是教學重點，難點在于通過什么途徑能 夠從數(shù)據(jù)中得出規(guī)律。各小組根據(jù)自己的擅長選用了不同的方式，有的小組將數(shù)據(jù)在坐 標紙中描點找函數(shù)關系,這是傳統(tǒng)的也是通常學生能想到的方法；但是有一小組發(fā)現(xiàn)了另 一種思路，他們在網上找到一個軟件，只要輸入實驗數(shù)據(jù)，計算機就能作出“P一V”函數(shù) 曲線，再輸出該曲線的函數(shù)形式；這是學生主動運用信息技術獲得的結果。在課程評價 階段，教師將各個小組的實驗數(shù)據(jù)共享在網絡上，并由各個小組的學生代表進行自我評 價，然后互評，學生相互發(fā)表意見。雖然這是一節(jié)傳統(tǒng)的物理實驗課，但這很好的實現(xiàn) 了信息技術與傳統(tǒng)課堂實驗的整合。起到了極好的效果，這一方法體現(xiàn)了學生對實驗過 程的控制能力，并運用計算機處理數(shù)據(jù)的能力的得出實驗的結果，最后的評價階段又運 用網絡支持下的非正式小組座談會進行，將學生由傳統(tǒng)的被動接受地位變成了主動的評 價者。 基于網絡技術的實驗學習合作模式，更利于學生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，促使小組內學習者 對實驗積極思考，并多方面交流，利于形成理想的態(tài)度性格。這很大程度上培養(yǎng)了學生 交流及表達的技能，該方法還是將理論用于實踐的理想方法，對學生發(fā)揮自己的主觀能 動性，培養(yǎng)良好的人際關系都有極好的作用。 1.2 以多媒體視聽技術為基礎的集體實驗教學模式探索 集體教學主要是指在學校班級教學的基礎上由于視聽技術的引進而形成的一種教學模式 。有些在實驗過程中難以發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，或者危險性的實驗可以通過多媒體技術為支撐如 ：在稀釋濃硫酸的操作中，必須將濃硫酸沿燒杯壁緩緩地倒入水中，而不能將水倒入濃 硫酸中。如果實驗演示錯誤操作的后果具有一定的危險性，那么使用計算機課件，用動 畫的方式模擬出水倒入濃硫酸時的沸騰和四濺現(xiàn)象，會加深學生對這一操作的認識，對 學生的實際操作起了良好的指導作用，學生實際動手操作時將有顯性認識，不致操作失 誤。因此多媒體課件可以通過視頻信息為學生展示規(guī)范、嚴格的操作過程。同時也可以 通過課件模擬出錯誤操作后造成的不安全后果。再如有的因為反應速度過快稍縱即逝， 如鉀、鈉與水的反應；有的現(xiàn)象模糊不 易觀察，如膠體的電泳現(xiàn)象；有的實驗因條件限制不能完成。這些疑難實驗則都可以通 過CAI課件模擬演示，放大實驗的過程。如利用視頻信息演示鈉與水反應的過程，放侵、 定格實驗的各個現(xiàn)象，引導學生從多角度進行觀察。還可以利用計算機動畫模擬出膠體 的電泳實驗，引導學生觀察現(xiàn)象思考電泳的本質。模擬出氟氣、氯氣、溴分別與氫氣的 實驗，引導學生觀察思考它們在反應條件和反應現(xiàn)象上的差別。這些模擬實驗是物質性 質實驗的有益補充。 在實驗課的集體教學模式中，其教學過程主要是教師以視聽媒體作為輔助教學手段或傳 播手段，把實驗的內容展示給學生，并通過相應的評價方式來檢驗學生的學習結果是否 達到預期的目標。這種模式的優(yōu)點是適合于缺乏經驗的學習者，而且需要教師的解釋和 指導。在不適合學生操作的實驗課程學習時，這顯然更適合于知識的傳授。 1.3 以交互式課件為基礎的個別化實驗教學模式 學生用課件自學，根據(jù)自己的興趣和基礎進行個別化學習、分析和總結i學生與學生之間 單向通信交流并可得到教師的個別指導，達成自我意義建構i用習題進行在線檢測，鞏固 和深化知識。其特點：利于學生對學習的主動參與、自主控制，使學生能根據(jù)自身學習 情況制定學習進程，以獲得積極的學習情感體驗。 交互式課件的功能體現(xiàn)在對實驗知識結構體系的把握，并能提高學習這設計實驗的能力 ，CAI課件的交互性和容量大的特點，為建立知識之間的聯(lián)系和將知識結構化和網絡化提 供方便。例如化學實驗中，氣體的制取裝置的設計和氣體的除雜、干燥以及尾氣的處理 裝置的設計，涉及的氣體較多，知識面廣，情況復雜，是實驗教學中的難點。運用CAI課 件可以有效地突破此難點。課件設計出各種模擬儀器，利用課件的交互性，要求學生通 過計算機進行實驗的設計。這樣既簡單又在有限的時間內增大了學生的思維容量，從而 提高學生的實驗設計能力。課件還將設計好的實驗進行類比，引導學生找出它們的共同 之處和各自的特點，從而得出規(guī)律，使零散的知識結構化和網絡化。 在以個別化學習的教學模式中，要求學生在實驗中調動一切感知手段去觀察、去思考、 去實踐，而這一切都必須在實際的實驗中實現(xiàn)。同時同一個實驗因實驗者的不同和條件 的差異,其過程及現(xiàn)象也不盡相同，甚至實驗會失敗，但這對實驗者也是一種經驗的積累 ,要獲取過程。就要動手，而這些是計算機課件無法模擬的。從這個角度而言沒有一個實 驗能完全模擬。所以CAI課件不能完全代替實驗教學，它僅僅是實驗教學的補充，起著重 要的輔助作用。 以信息技術為基礎，以個別化學習為目的課件設計是實驗教學是一個新的課題，它對課 件設計者提出了更高的要求，這不僅要求設計者掌握過硬的信息技術，也必須了解個別 化學習的課件設計原則，已達到更好的學習效果。 2. 信息技術與實驗整合過程中，教師角色的...
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