信息技術(shù)與高三物理實驗教學(xué)整合效果實踐研究*

陳衛(wèi)國

(北京師范大學(xué)貴陽附屬中學(xué) 貴州 貴陽 550023)

湯捷

(株洲市實驗學(xué)校 湖南 株洲 412100)

1 問題的提出

新課程已經(jīng)在全國鋪開，新課標、新教材賦予實驗教學(xué)新的內(nèi)容和要求．高中物理課程標準明確要求：從課程目標的三個維度來設(shè)計實驗教學(xué)過程[1]．

2 問卷調(diào)查和前測統(tǒng)計

2.1 調(diào)查目的

就學(xué)生對信息技術(shù)的了解，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法和信息技術(shù)與實驗教學(xué)整合的實驗教學(xué)方法設(shè)計調(diào)查問卷．前測統(tǒng)計主要是鑒別選取的對象是否存在顯著性差異．

2.2 選取對象

選取湖南省株洲市省示范性高中(株洲縣五中)．在所選取的高中取高三一個班為實驗班(命名為1班)，相應(yīng)選取另一個班為控制班(命名為2班)，進行信息技術(shù)與高三實驗教學(xué)整合模式實踐對比研究．

2.3 前測成績統(tǒng)計及分析

高三以其高二學(xué)期結(jié)束期終成績作為前測成績．統(tǒng)計結(jié)果見表1.

對株洲縣五中高三(1)、(2)班的學(xué)生前測平均成績采用SPSS[2]獨立樣本T檢驗．T檢驗結(jié)果顯示:經(jīng)雙側(cè)T檢驗，P值為0.778，表明高三(1)、(2)兩個班的平均值差異方面沒有明顯的差異．可以選擇上述班級進行信息技術(shù)與高三實驗教學(xué)整合教學(xué)實踐．

表1 學(xué)生前測成績均值的差異一覽表

注:當P<0.05時表示兩者間有顯著性差異，P>0.05表示兩者間無顯著性差異．

3 實驗研究

3.1 實驗?zāi)康募凹僭O(shè)

本實驗?zāi)康脑谟跈z驗信息技術(shù)與實驗教學(xué)整合教學(xué)模式是否能有效提高高三學(xué)生物理實驗水平，是否是高效學(xué)習(xí)物理的一種有效形式．本實驗的基本假設(shè)是：結(jié)合一定的物理情境，采用信息技術(shù)與實驗教學(xué)整合教學(xué)模式教學(xué)可以提高學(xué)生物理實驗水平和應(yīng)用信息技術(shù)能力．結(jié)果主要通過學(xué)習(xí)成績來體現(xiàn)，同時輔以收集任課教師的反饋意見．

3.2 實驗對象

對上述選取對象進行的分析，我們得出同一個學(xué)校的實驗班和對照班學(xué)生的前測成績沒有顯著性差異．故而取1.1.2中的選取對象為實驗對象．

3.3 實驗設(shè)計

實驗采取單因素前后測設(shè)計實驗法，自變量為信息技術(shù)與實驗教學(xué)整合教學(xué)模式，因變量為學(xué)生物理實驗?zāi)芰退降奶岣撸罱K反映在學(xué)生物理水平的提高，主要通過后測即株洲市高三第四次模考(2012年5月)物理實驗成績來體現(xiàn)．

3.4 實驗實施的教學(xué)內(nèi)容

實驗進行一個學(xué)年(2011年9月～2012年6月)，教材采用人教版高中《物理》[3]教材．

3.5 實驗方法

實驗班教師以信息技術(shù)與實驗教學(xué)整合思想指導(dǎo)實驗教學(xué)實踐，采用了信息技術(shù)與實驗教學(xué)整合模式進行教學(xué)，對照班采用傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式．

教學(xué)實驗進行前，初步擬定了實施方案，然后向合作的物理教師介紹了此次實驗的目的、方法，為了讓參與合作的教師能在教學(xué)中更好地對我們的實驗進行實施，在聽取他們建議的基礎(chǔ)上根據(jù)各個實際情況對方案作了相應(yīng)的變動．但實驗班的大部分教案由筆者與任課教師協(xié)商確定．

實驗結(jié)束后，筆者收集考試成績并進行結(jié)果統(tǒng)計，對此次實驗教學(xué)作分析研究，總結(jié)此次實踐研究的得失．筆者設(shè)計和收集的DIS實驗設(shè)計內(nèi)容主要如表2所示.

表2 DIS實驗設(shè)計內(nèi)容

附錄教學(xué)案例

案例：傳統(tǒng)實驗與數(shù)字實驗的整合

實驗探究作用力與反作用力的關(guān)系，得出牛頓第三定律.

問題1：作用力和反作用力大小有什么關(guān)系？

學(xué)生提出猜想，設(shè)計實驗，如圖1所示，用兩個彈簧測力計進行實驗如實填表3并總結(jié)規(guī)律．

圖1

實驗結(jié)論：作用力與反作用力總是大小相等．

問題2：用傳感器探究作用力與反作用力的關(guān)系．

實驗裝置如圖2所示.

圖2

分別演示：給甲、乙傳感器拉力，用不同的曲線表示不同的傳感器鉤子上受力的大小隨時間變化的關(guān)系．請兩個學(xué)生演示兩個力傳感器在靜止狀態(tài)和運動狀態(tài)時對拉．

學(xué)生分析圖線，如圖3所示.

圖3

實驗結(jié)論：作用力與反作用力總是大小相等．

學(xué)生從力的大小、方向、作用點三個方面總結(jié)作用力和反作用力的關(guān)系，概括得出牛頓第三定律：“兩個物體之間的作用力與反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上．”

3.6 實驗程序

前測:以高二學(xué)期結(jié)束期終的成績作為前測成績．

后測:以2012年5月底進行的株洲市第四次模考成績作為后測成績．

4 統(tǒng)計結(jié)果及分析

經(jīng)過一個學(xué)年的教學(xué)實踐，在2012年06月取得各實驗班的后測成績，使用SPSS11.5對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，統(tǒng)計分析如下.

4.1 實驗班與控制班物理測驗成績的均值差異比較(采用獨立樣本T檢驗)

高三兩個班成績統(tǒng)計結(jié)果如表4和表5所示.

表4小組統(tǒng)計

表5 獨立樣本測試

統(tǒng)計結(jié)果顯示：高三(1)班的成績平均 64.25, 高三(2)班的成績58.32.

高三實驗班與控制班后測成績經(jīng)SPSS獨立樣本雙側(cè)T檢驗,，結(jié)果顯示：P=0.033，小于0.05，說明在 0.05 的水平上差異顯著．表明實驗班和對照班成績均值差異顯著．

4.2 不同水平的學(xué)生教學(xué)效果分析(采用配對樣本T檢驗)

我們從上面的獨立樣本T檢驗發(fā)現(xiàn)：信息技術(shù)與高三物理實驗教學(xué)整合教學(xué)模式對不同層次學(xué)生整體上較傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式顯現(xiàn)出更高的效益．為了更具體研究信息技術(shù)與物理實驗教學(xué)整合教學(xué)模式對一個班中不同層次學(xué)生的效果，我們現(xiàn)在將實驗班和控制班的被試按高、中、低分組，進行高、中、低分組實驗前后的差異比較．高三(1)、(2)班高、中、低分組的成績統(tǒng)計結(jié)果如表6和表7所示(高、中、低分組的劃分標準為：按成績的降序排列，取成績前20%的學(xué)生為高分組：后27%為低分組，其余為中分組).

表6配對樣本統(tǒng)計

表7 配對樣本測試

統(tǒng)計結(jié)果顯示：配對樣本T的雙側(cè)檢驗，實驗班(1)中高、中、低分組分別為P1=0.000<0.05，P3=0.000<0.05，P5=0.001<0.05，即信息技術(shù)與物理實驗教學(xué)整合教學(xué)模式在實驗班中高、中、低分組顯示出顯著性差異．控制班(2)中高、中、低分組分別為P2=0.004<0.05，P4=0.001<0.05，P6=0.002<0.05，即控制班中高、中、低分組在0.05的水平上也有顯著性差異，但實驗班顯示出的差異性更加明顯．

4.3 男女學(xué)生的教學(xué)效果分析(采用配對樣本T檢驗)

我們現(xiàn)在將實驗班和控制班的被試分為男、女兩組，進行實驗前后的差異比較．

高三(1)、(2)班男生、女生配對樣本T檢測統(tǒng)計結(jié)果如表8和表9所示.

表8配對樣本統(tǒng)計

表9 配對樣本測試

統(tǒng)計結(jié)果顯示：配對樣本T雙側(cè)檢驗得：實驗班、控制班男生前、后測為P1=0.000<0.05，P3=0.000<0.05；實驗班、控制班女生前、后測為P2=0.000<0.05，P4=0.370>0.05，即信息技術(shù)與物理實驗教學(xué)整合教學(xué)模式在實驗班男生、女生整體上顯示出極其顯著差異；而對于控制班，進入高三，隨著系統(tǒng)復(fù)習(xí)的進行，成績也有很大提高，特別是男生成績前后測差異顯著，而女生成績則沒有顯著性差異．同時，我們發(fā)現(xiàn)：雖然控制班男生前、后測成績有顯著性差異，有很大提高，但實驗班學(xué)生成績提高幅度更大．

5 研究結(jié)論

5.1 教學(xué)整合模式的優(yōu)勢

(1)信息技術(shù)與物理實驗教學(xué)整合教學(xué)模式是與物理新課程標準匹配、適應(yīng)學(xué)生接受能力的一種有效、高效的實驗教學(xué)模式[4]．它能夠激發(fā)廣大學(xué)生對物理實驗學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生的物理素質(zhì)．并且，它與新課程標準倡導(dǎo)的發(fā)動學(xué)生探究、建構(gòu)的精神是內(nèi)在統(tǒng)一的．

(2)從高三的實踐結(jié)果看，就整體實驗教學(xué)效果而言，實驗班的成績均值比控制班要高，并且，隨著高三全面復(fù)習(xí)的深入，這種差異越來越顯著．同時，在實驗班與控制班，低分組也顯現(xiàn)出差異．

這說明，伴隨高考的臨近，學(xué)生思想的成熟，對自己前途的關(guān)注，所有學(xué)生思想上對物理有了較大的重視．學(xué)生能夠充分利用計算機提供的豐富信息，借鑒同學(xué)和教師的意見，并且按照自己的學(xué)習(xí)步調(diào)，通過積極探索和歸納進行深度的學(xué)習(xí)加工，使外部信息與自己的認知結(jié)構(gòu)進行反復(fù)交互作用，最終加深對知識的意義建構(gòu)，從而提高遷移能力[5]．對中、低學(xué)業(yè)水平的學(xué)生，其先前的知識不足，自身表征系統(tǒng)簡單、系統(tǒng)性差，自我監(jiān)控能力弱．信息技術(shù)與實驗教學(xué)整合的教學(xué)模式多方面提供表征[6]，加強了自我監(jiān)控，因此在掌握知識的水平和遷移能力上表現(xiàn)均優(yōu)于控制班的學(xué)生．信息技術(shù)與實驗教學(xué)整合的教學(xué)模式在有效、高效提升學(xué)生物理實驗水平上顯示出極大的優(yōu)勢．

(3)實驗班、控制班男生、女生物理成績分別采用配對樣本T檢驗進行縱向比較顯示：信息技術(shù)與實驗教學(xué)整合的教學(xué)模式能夠有效提升女生的物理實驗水平，并且，實驗班和控制班女生物理成績的差異非常顯著．

調(diào)查顯示：實驗班女生普遍反映物理實驗學(xué)習(xí)更輕松，學(xué)習(xí)興趣更高．比較而言，大部分女生在空間想象力方面弱于男生，對于所研究的對象在一定時間內(nèi)的空間變化過程難以進行完整地想象和分析，信息技術(shù)與實驗教學(xué)整合的教學(xué)模式本身具有的形象性與抽象性結(jié)合的特點，使它某種程度上契合了女生擅長形象思維的優(yōu)勢．故而它一改女生頭腦中固有的物理實驗深奧晦澀的形象，變得有血有肉，從而利于發(fā)揮女生的思維優(yōu)勢，更加有效地幫助女生學(xué)習(xí)物理．

5.2 學(xué)生潛在的影響和變化

(1)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有了較大的提高

學(xué)習(xí)興趣是學(xué)生力求認識世界、渴望獲得文化科學(xué)知識和不斷探索真理而帶有情緒色彩的意向．興趣與活動相聯(lián)系，以活動結(jié)果獲得的滿足感而鞏固、加深．一個人學(xué)習(xí)物理，如果有學(xué)習(xí)動機，有學(xué)習(xí)活動，但活動結(jié)果沒有獲得滿足感，是難以產(chǎn)生興趣的，即使產(chǎn)生興趣也難以持久．皮亞杰說：“一切有成效的工作必須以某種興趣為先決條件．”信息技術(shù)與實驗教學(xué)整合的教學(xué)模式是一種探究式、發(fā)現(xiàn)式的學(xué)習(xí)．學(xué)生在獨立地發(fā)現(xiàn)問題并創(chuàng)造性地解決問題的過程中，表現(xiàn)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣、較高的學(xué)習(xí)熱情和積極的參與意識．

(2)學(xué)生的思維品質(zhì)發(fā)生了積極的變化

學(xué)生解決問題時能注重對物理現(xiàn)象和物理過程的定性分析和對物理事物的整體把握，分析問題的能力有所提高．同時，學(xué)習(xí)習(xí)慣亦發(fā)生了變化．學(xué)生的形象思維、直觀思維、抽象思維能力都得到了相應(yīng)的提高．

(3)學(xué)生的問題意識得到了加強

現(xiàn)代思維科學(xué)認為[7]：問題是思維的起點．在信息技術(shù)與實驗教學(xué)整合的教學(xué)模式中，學(xué)生的問題意識得到最大的激發(fā)，很多同學(xué)提出了大量有價值的問題．

(4)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)和認知心理結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化

在信息技術(shù)與實驗教學(xué)整合的教學(xué)模式實踐中，學(xué)生分組實驗、仿真實驗、數(shù)字實驗三者相互作用，這樣的過程有利于學(xué)生多維建構(gòu)自己對物理實驗的理解，形成對知識直接或間接聯(lián)系，取得單純的分組實驗復(fù)習(xí)無法達到的效果，使認知結(jié)構(gòu)得到重整和優(yōu)化[8]．

5.3 教師的觀念發(fā)生了變化

信息技術(shù)與實驗教學(xué)整合的教學(xué)模式實踐活動也給了學(xué)校教師更多的思考，對實驗在中學(xué)物理學(xué)中地位和意義有了更深刻的理解．知識是一種解釋、假設(shè)或假說，它不是問題的最終答案，它必將隨著人們認識程度的深入而不斷地變革、升華和改寫，出現(xiàn)新的解釋和假設(shè)[9]．知識是能力的載體，學(xué)生今天的學(xué)習(xí)依賴于以前的學(xué)習(xí)，是為以后走向社會和終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)，對學(xué)生的教育不能只是傳授知識，更重要的是方法和能力的培養(yǎng)，使他們在若干年以后雖然忘記了所學(xué)的知識，但仍然掌握著相應(yīng)的方法．所以，教師應(yīng)該成為學(xué)生意義建構(gòu)的幫助者和促進者，教師要將教育過程看作是把凝固文化激活的過程，教學(xué)過程的目標就是在知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度價值觀多方面對學(xué)生實施意義建構(gòu)的過程．

參考文獻

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3 人民教育出版社課程教材研究所.物理·必修1，2，選修3-1，3-2，3-4，3-5.北京：人民教育出版社，2010.6

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6 閻金鐸，查有梁．物理教學(xué)論．南寧：廣西教育出版社，1996.221，226

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