多媒體條件下的物理程序教學

◎福建省福清元洪高級中學 陳 康

多媒體條件下的物理程序教學

◎福建省福清元洪高級中學 陳 康

借鑒行為主義理論，以物理的傳送帶問題為例，利用多媒體設計制作課件，合理設置教學單元，提高強化頻度，及時強化，實現程序教學，完成教學目標。

操作性條件反射；強化；程序教學；多媒體輔助教學（CAI）；傳送帶問題

20世紀中期行為主義心理學在美國風靡一時，著名心理學家斯金納是代表人物，他最重要貢獻是提出了操作性條件反射的概念，操作性條件反射是反應-強化的聯接過程。在這個理論的指導下，斯金納強調及時強化，在教學領域提出了程序教學并研制了教學機器，將教學程序內置于機械裝置，實現了循序漸進的教學。在當時引發了一場教學機器運動。

教學機器由于其固有的缺點，終歸沉寂。當前隨著計算機的普及，程序教學的合理思想內核在計算機輔助教學（簡稱CAI）中重新獲得應用。

中學物理是以幾個基本概念與基本規律為主干構建的完整的知識體系。當學生建立了基本概念與基本規律之后，幫助學生鞏固與加深理解是教學中的一個難題。

本文試圖分析行為主義理論，結合多媒體教學及物理學科本身的特點，以物理的傳送帶問題為例，合理設置教學單元，以證明行為主義理論在這方面的可行性。

一、行為主義理論的操作性條件反射學習觀

斯金納的操作性條件反射理論強調了“反應-強化”聯接。其特點在于強化伴隨著反應產生。他通過動物實驗得出結論，有機體做出反應，得到“獎賞”，即強化刺激，使得反應發生概率增加。由此推及到人類的學習，他認為絕大多數人類的學習也是操作性條件反射。他提出教育就是塑造人的行為。有效的教學關鍵就是通過分析強化的效果，建立準確的強化機制。

由于強化的重要意義，斯金納著重探討了強化的分類（比如積極強化與消極強化）與強化的原則。斯金納將其原理推廣到教學領域，設計了教學機器，按照教學程序，循序漸進，希望通過程序安排，能夠在學生中得到教師所期待的反應。

教學機器的衰落不可避免。一是理論上只研究行為，否認精神與意識，將人與動物等同，受到認知心理學和人本心理學派的抨擊。二是實踐上學生減少了師生互動的機會，容易產生猜測答案、追求進度的不良傾向。

勿須諱言，行為主義理論在理論層面上，存在著嚴重的缺陷。與建構主義理論比較，行為主義只觀察與研究學習行為本身，并不像建構主義那樣關心學習者在心理層面是如何根據自身經驗重新建構知識。

中學物理是以幾個基本概念與基本規律為主干構建的完整的知識體系。基本概念是現實的抽象，基本規律反應了基本概念之間的本質聯系。學習者明顯應當依靠原有的經驗幫助自身建構基本概念與規律（本文目的不在于分析如何幫助學生建構）。行為主義的反應-強化觀點解釋得很勉強。

但是當學習者的基本概念與規律在心理層面建構起來以后，為了鞏固與加深其理解，必須輔以適當的練習，行為主義的觀點可以很好地解釋這個過程。

斯金納強調學習是科學，教學是藝術。學習上，強調必須明確行為目標，可以進行標準參照評價，就是基于任務（taskbased）的評價。教學上，認為操作性條件反射的關鍵在于強化，強化增加了反應發生的概率，因此如何安排強化是問題所在。因此建議將教學內容合理分解成一系列的教學單元;利用提高強化的頻度，可以增加積極強化;保持低的錯誤率，降低消極強化;對學生的反應及時強化;學生的學習可以自定步調；以實現教學目標。此即程序教學的基本原則。

二、計算機輔助教學實現程序教學

計算機輔助教學是一種新的教學技術，教師利用計算機替代傳統的教學工具實現教學。不過只有在八十年代末，多媒體技術興起后，計算機輔助教學才得到迅速發展。多媒體計算機可以將各種媒體信息如文字、圖像、聲音、影像按教學目的，通過投影機顯示實現教學。

計算機輔助教學最重要的特點在于其具有良好的交互性，教師可以及時得到學生的學習反饋，及時控制教學難度，調節教學步驟，實現適應學生能力的個性化教學。事實上，這些正是程序教學的特點，這也就是程序教學思想在計算機輔助教學中獲得新生的本質原因。

程序教學的特點在于提出課件開發是個“過程”而非“產品”。教師必須重視課件的開發過程：了解教學目標，分析教學對象，分解教學內容，安排教學順序，才能合理地編制課件。

在當前現實的條件下，教師直接用編程語言開發課程軟件存在著一定的難度，所以更常見的是應用課件寫作系統制作課件，這大大降低編制的難度與教師的負擔。而最常見的課件寫作系統是PowerPoint（簡稱PPT）。

PPT的軟件特點決定了它可以實現程序教學。PPT是微軟公司開發的演示文稿軟件。PPT軟件包含了若干的幻燈片頁，每頁均可以設置不同的資源分支鏈接，可以根據學生不同的能力或需求選擇進入學習。

三、合理設置教學單元，利用PPT實現傳送帶問題的程序教學

在高一年教學中，學生學習了力學，運動學及牛頓第二定律之后，通過練習，大體可以掌握一般的習題計算方法。

但是有一類題目是學生學習的難點，就是傳送帶問題。傳送帶是應用比較廣泛的一種傳送裝置，以其為素材的物理題由于涉及到的物理參量較多，學生往往比較困惑。但在教學中，只要合理設置教學單元，分解教學難度，分步進行力學與運動學分析，一般還是可以取得較好的效果。

傳送帶問題不變的物理參量如下：傳送帶的速度為V，傳送帶與物體間的動摩擦因數為μ，傳送帶的長度為S，傾斜角θ（水平傳送帶可視為θ=0°）。物體的質量為m，置于傳送帶一端的初速度為V0。

設物體與傳送帶間的滑動摩擦力為f=μmgcosθ，（此值可視為最大靜摩擦力力f靜max）。重力沿斜面的下滑分力GX=mgsinθ。

可以用下表進行分析：

由表可知道，此類問題非常適合程序教學，只要教師合理地設計教學PPT課件，合理設置教學單元，通過物理參量的分步判斷選擇進入學習，可以比較快地在短期內熟練掌握。圖一是PPT課件首頁的截圖。

（圖一）

（圖二）

圖二所示為教學步驟設計的流程圖。關鍵在于物理參量分支選擇的設計。篇幅所限，選用前三種傳送帶作為示例設計課件。水平傳送帶的速度與物體速度方向相同及相反，傾斜傳送帶的速度由上而下，物體置于傳送帶上方，初速度也由上而下。

物理教學過程中常可以遇見一些比較復雜的問題，此類問題往往具有情景模糊、條件隱蔽、過程復雜的特點。實踐證明：如果我們借鑒行為主義理論中的合理成份，在教學中合理安排教學單元，設置教學步驟，利用多媒體設計制作課件，提高強化頻度，及時強化，增加積極強化，實現程序教學，可以取得較為良好的效果。

（責任編輯：詹國榮）