信息技術(shù)與中學(xué)實驗課程整合
信息技術(shù)與中學(xué)實驗課程整合 【摘要】新世紀(jì)，信息技術(shù)正不斷改變著人們學(xué)習(xí)，思維的方式。如何將信息技術(shù)與中 學(xué)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(shù)與實驗課程整合的主要 任務(wù)就是以信息技術(shù)為支撐的實驗教學(xué)新模式的探索。在實驗教學(xué)信息化過程中，教師 面臨著實驗選題范圍狹窄，以信息技術(shù)為支撐的實驗教學(xué)課程設(shè)計相對困難等現(xiàn)實難題 。本文正是針對實驗教學(xué)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(shù)與實驗課程如何實現(xiàn)有效整合，以及整合的具體模式，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的教學(xué)設(shè)計 ，實驗課件設(shè)計的理論基礎(chǔ)等相關(guān)問題作了一定程度的探討。 【關(guān)鍵詞】信息技術(shù);實驗課程;實驗教學(xué)技術(shù);網(wǎng)絡(luò)技術(shù);實驗教學(xué)改革 引言 時代已經(jīng)進入21世紀(jì)，這個以知識經(jīng)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(shù)在教育領(lǐng)域的普及滲透，使我國教育領(lǐng)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(xué)作為實踐能力培養(yǎng)的重要手段 ，業(yè)已隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息化速度大大加快。現(xiàn)今實驗教學(xué)過程中己很少有 單純的傳統(tǒng)教學(xué)儀器，一般都用計算機做終端，形成新一代智能化實驗教學(xué)儀器，以彌 補傳統(tǒng)教學(xué)儀器的不足。本文研究的重點正是新形勢下信息技術(shù)與實驗課程的有效整合 。 實驗是科學(xué)的基礎(chǔ)，是科學(xué)發(fā)展的動力源泉，實驗教學(xué)在現(xiàn)代教學(xué)中占有重要的位置。 實驗教學(xué)的基本目的是讓學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)實驗的測量方法、學(xué)科基本研究方法和科學(xué)思維。 在中學(xué)實驗教學(xué)中， 學(xué)生是實驗教學(xué)的主體，在實驗教學(xué)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(xué)資源開發(fā)的重要組成部分。從這一角度上講，學(xué) 生也是實驗教學(xué)的一種資源。但是目前中學(xué)實驗課程中普遍存在的問題是，學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)的實驗教學(xué)迫在眉睫需要解決的問題。開展信息技術(shù)與實驗教學(xué)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(shù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為 教學(xué)效益，推進信息技術(shù)在實驗教學(xué)過程中的效用，因此信息技術(shù)與實驗教學(xué)整合的實 踐與研究，具有重要的現(xiàn)實意義。 信息技術(shù)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用主要是進行計算機輔助實驗教學(xué)(CAI)，即利用計算機接口 技術(shù)、多媒體技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)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(xué)過程。充分發(fā)揮信息技術(shù)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(xué)研究，可以解決傳統(tǒng)實驗 教學(xué)模式中難以解決的一些問題，是實現(xiàn)實驗教學(xué)最優(yōu)化的一個重要途徑。 信息技術(shù)應(yīng)用于實驗課程的教學(xué)，其作用不僅是改變傳統(tǒng)的實驗教學(xué)手段，更重要的是 將信息化(數(shù)字化、多媒體化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化)的教學(xué)內(nèi)容和方式融于實驗學(xué)科課程教 學(xué)的過程之中，實現(xiàn)新的更高的教育教學(xué)目標(biāo)和更好的教學(xué)效果。信息技術(shù)與課程整合 將帶來課程內(nèi)容的不斷革新，信息技術(shù)的高速發(fā)展，要求傳統(tǒng)的課程必須適應(yīng)信息化社 會發(fā)展的要求，增加與信息技術(shù)相關(guān)的內(nèi)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(nèi)容。信息技術(shù)與課程的整合將是課程內(nèi)容革新的一個有利促進因素。 信息技術(shù)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(xué)的重要內(nèi)容 。學(xué)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(zhǔn)確的結(jié)果。利用 多媒體可通過視頻信息為學(xué)生展示規(guī)范、嚴(yán)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(shù)與實驗整合，有利于突破性質(zhì)實驗中的疑難點，物質(zhì)的性質(zhì)實驗在中學(xué)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(yīng)速度過快稍縱即逝 ，通過信息技術(shù)與實驗的有效整合可以放大實驗的過程引導(dǎo)學(xué)生從多角度進行觀察。這 些經(jīng)過信息技術(shù)整合后的模擬實驗都是物質(zhì)性質(zhì)實驗的有益補充。 信息技術(shù)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(xué)生已感知實驗事實的基礎(chǔ)之上，很難形成理性認(rèn) 識。要真正認(rèn)識實驗現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。信息技術(shù)無疑在對促使學(xué)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(xué)生提供形象直觀的感性材料。 信息技術(shù)引發(fā)的新的教學(xué)模式正在改變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，希望更多的學(xué)校參加到運用新 教學(xué)模式的實驗中來，為21世紀(jì)信息技術(shù)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(shù)與實驗課程整合過程中一些所必須關(guān)注的問題。教學(xué)實驗信 息化的根本目的是使廣大教師和學(xué)生充分利用優(yōu)秀教育信息資源進行教育教學(xué)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(biāo)。信息技術(shù)與實驗課程整合，包含著兩個 不同層面的內(nèi)容，它既包含了信息技術(shù)與實驗學(xué)科的整合，又包含了信息技術(shù)與具體實 驗教學(xué)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(shù)與實驗課程整合的模式探索 教學(xué)模式是指在一定的教育思想、教學(xué)理論和學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下，在某種教學(xué)環(huán)境和資源 的支持下的教學(xué)活動中各要素之間穩(wěn)定的關(guān)系和活動。由局域網(wǎng)、計算機終端、計算機 輔助教學(xué)系統(tǒng)及多媒體技術(shù)組成的計算機實驗教室，正在受到越來越多的學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和教 師的青睞．這種用信息技術(shù)裝備起來的功能性實驗教室，促成了一種新的教學(xué)模式的產(chǎn) 生，并快速發(fā)展影響著新型教學(xué)模式的構(gòu)建。使課堂實驗的“教”與“學(xué)”合二為一。這是 新型教學(xué)模式。這是一種以學(xué)生為“主體”，教師為“主導(dǎo)”的新型教學(xué)方式。在建構(gòu)主義 教學(xué)理念指導(dǎo)下，運用“學(xué)教并重”的教學(xué)設(shè)計理論，完成實驗教學(xué)課堂設(shè)計的構(gòu)建。 1.1 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持下的小組協(xié)作實驗學(xué)習(xí)模式探究 基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)是指利用計算機網(wǎng)絡(luò)，由二名或多名學(xué)生針對同一學(xué)習(xí)內(nèi)容彼此交 流與合作，以達到對教學(xué)內(nèi)容比較深刻理解與掌握的過程。網(wǎng)絡(luò)為學(xué)生提供了一個學(xué)習(xí) 的空間（資源庫、電子圖書館、虛擬大學(xué)）?；诰W(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)是一種不受時間約束 的學(xué)習(xí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，隨時都可以獲得在線幫助和學(xué)習(xí)資源?；ヂ?lián)網(wǎng)使任何一個 具備上網(wǎng)條件的學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)， 這突破了傳統(tǒng)的學(xué)校教育的時空界限，使得學(xué)習(xí)、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(nèi)，難免受種種約 束和限制。網(wǎng)絡(luò)交往有利于個體主體意識、參與意識的提高。網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)給協(xié)作學(xué) 習(xí)提供了最好的交流工具， 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式以學(xué)生為中心，學(xué)習(xí)的合作性增強。在傳統(tǒng)的面對面教學(xué)中，以教師為中 心的教學(xué)模式已經(jīng)深入人心，協(xié)作過程中，教師的參與、幫助、指導(dǎo)經(jīng)常有意無意地變 成領(lǐng)導(dǎo)、控制，學(xué)生的協(xié)作變成教師邏輯有序的安排，這與協(xié)作學(xué)習(xí)的宗旨相違背。而 在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，它更強調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，通過伙伴或教師的幫助自主建構(gòu)知識，因此 ，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下學(xué)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(xué)策略， 例如：在學(xué)習(xí)物理實驗“波意耳定律”時，可以采用學(xué)生分組研究、以探索規(guī)律的教學(xué)方 式。學(xué)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(shù)，研究這些數(shù)據(jù)，尋找規(guī)律。這里結(jié)論已經(jīng)不是教學(xué)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(biāo)紙中描點找函數(shù)關(guān)系,這是傳統(tǒng)的也是通常學(xué)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(wǎng)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(xué)生主動運用信息技術(shù)獲得的結(jié)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(wǎng)絡(luò)上，并由各個小組的學(xué)生代表進行自我評 價，然后互評，學(xué)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(shù)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(xué)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(jié)果，最后的評價階段又運 用網(wǎng)絡(luò)支持下的非正式小組座談會進行，將學(xué)生由傳統(tǒng)的被動接受地位變成了主動的評 價者。 基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的實驗學(xué)習(xí)合作模式，更利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，促使小組內(nèi)學(xué)習(xí)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(xué)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(xué)生發(fā)揮自己的主觀能 動性，培養(yǎng)良好的人際關(guān)系都有極好的作用。 1.2 以多媒體視聽技術(shù)為基礎(chǔ)的集體實驗教學(xué)模式探索 集體教學(xué)主要是指在學(xué)校班級教學(xué)的基礎(chǔ)上由于視聽技術(shù)的引進而形成的一種教學(xué)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(shù)為支撐如 ：在稀釋濃硫酸的操作中，必須將濃硫酸沿?zé)诰従彽氐谷胨?，而不能將水倒入?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(xué)生對這一操作的認(rèn)識，對 學(xué)生的實際操作起了良好的指導(dǎo)作用，學(xué)生實際動手操作時將有顯性認(rèn)識，不致操作失 誤。因此多媒體課件可以通過視頻信息為學(xué)生展示規(guī)范、嚴(yán)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(yīng)速度過快稍縱即逝， 如鉀、鈉與水的反應(yīng)；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(yīng)的過程，放侵、 定格實驗的各個現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)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(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象思考電泳的本質(zhì)。模擬出氟氣、氯氣、溴分別與氫氣的 實驗，引導(dǎo)學(xué)生觀察思考它們在反應(yīng)條件和反應(yīng)現(xiàn)象上的差別。這些模擬實驗是物質(zhì)性 質(zhì)實驗的有益補充。 在實驗課的集體教學(xué)模式中，其教學(xué)過程主要是教師以視聽媒體作為輔助教學(xué)手段或傳 播手段，把實驗的內(nèi)容展示給學(xué)生，并通過相應(yīng)的評價方式來檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果是否 達到預(yù)期的目標(biāo)。這種模式的優(yōu)點是適合于缺乏經(jīng)驗的學(xué)習(xí)者，而且需要教師的解釋和 指導(dǎo)。在不適合學(xué)生操作的實驗課程學(xué)習(xí)時，這顯然更適合于知識的傳授。 1.3 以交互式課件為基礎(chǔ)的個別化實驗教學(xué)模式 學(xué)生用課件自學(xué)，根據(jù)自己的興趣和基礎(chǔ)進行個別化學(xué)習(xí)、分析和總結(jié)i學(xué)生與學(xué)生之間 單向通信交流并可得到教師的個別指導(dǎo)，達成自我意義建構(gòu)i用習(xí)題進行在線檢測，鞏固 和深化知識。其特點：利于學(xué)生對學(xué)習(xí)的主動參與、自主控制，使學(xué)生能根據(jù)自身學(xué)習(xí) 情況制定學(xué)習(xí)進程，以獲得積極的學(xué)習(xí)情感體驗。 交互式課件的功能體現(xiàn)在對實驗知識結(jié)構(gòu)體系的把握，并能提高學(xué)習(xí)這設(shè)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(jié)構(gòu)化和網(wǎng)絡(luò)化提 供方便。例如化學(xué)實驗中，氣體的制取裝置的設(shè)計和氣體的除雜、干燥以及尾氣的處理 裝置的設(shè)計，涉及的氣體較多，知識面廣，情況復(fù)雜，是實驗教學(xué)中的難點。運用CAI課 件可以有效地突破此難點。課件設(shè)計出各種模擬儀器，利用課件的交互性，要求學(xué)生通 過計算機進行實驗的設(shè)計。這樣既簡單又在有限的時間內(nèi)增大了學(xué)生的思維容量，從而 提高學(xué)生的實驗設(shè)計能力。課件還將設(shè)計好的實驗進行類比，引導(dǎo)學(xué)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(jié)構(gòu)化和網(wǎng)絡(luò)化。 在以個別化學(xué)習(xí)的教學(xué)模式中，要求學(xué)生在實驗中調(diào)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?qū)嶒炚叩牟煌蜅l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(jīng)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?zāi)芡耆M。所以CAI課件不能完全代替實驗教學(xué)，它僅僅是實驗教學(xué)的補充，起著重 要的輔助作用。 以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以個別化學(xué)習(xí)為目的課件設(shè)計是實驗教學(xué)是一個新的課題，它對課 件設(shè)計者提出了更高的要求，這不僅要求設(shè)計者掌握過硬的信息技術(shù)，也必須了解個別 化學(xué)習(xí)的課件設(shè)計原則，已達到更好的學(xué)習(xí)效果。 2. 信息技術(shù)與實驗整合過程中，教師角色的...
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