促进探究

　　1999年，我承担了第一个关于信息技术与物理课程整合的课题研究任务——“高中物理多媒体电子备课支持系统的研究”（中国教育学会物理教学专业委员会重点资助课题），2002年结题时，我完成了与高中物理人教版教材配套的多媒体素材库的开发，获得江苏省多媒体素材库建设资源评比一等奖。2010年，以“高中物理整合研究系列化”为名称的成果获得首届“江苏省基础教育教学成果”二等奖，之后我又完成了苏州市规划立项课题“网络环境下的自主学习的研究”，获得苏州市第五次教育科学成果一等奖。
　　—— 江苏省物理特级教师 韩建光
　　
　　整合研究中的三个阶段
　　信息技术与物理课程整合伴随我的教学实践活动已经有十多年了，回顾这个历程，我的整合研究经历了以下三个阶段。
　　辅助教学
　　通过多媒体将声、像、图、文等整合在一起形成 “课件”这种特殊的教学活动载体，在缩放时空、模拟真实情境、增大知识容量、激发兴趣等方面起到了传统媒体无法比拟的作用。一时间，它成为课堂教学中的宠儿，各级各类公开课、评优课中无处不见它的身影，似乎有了“课件”就是一堂好课。实际上，“课件”存在着技术上可扩充性差、应用上融合性差等弊端，教师传授知识仍然是教学活动的主线，并没有从根本上改变学生被动接受知识的状况。
　　促进探究
　　所谓“促进探究”，就是把计算机作为学习活动中的认知工具，通过挖掘学习者思维深度实现非良构知识的学习，它既可以掌握在教师手中，更多的时候需要掌握在学生的手中。中学物理的学习中，提倡智能型的软件，在学生输入条件后按照科学规律自动生成正确的情境。就物理学科实现深层次探究性学习而言，“几何画板”、“仿真实验室”、 “DIS（数字信息系统）”等都是非常适合在教学中应用的智能型软件。
　　构建信息化的学习环境
　　信息化的学习环境能够实现教师的教学设计、教学过程的实施、教学评价等功能，能够记录学生在学习过程中的思维轨迹，实现结果与过程相结合的评价，它是对传统学习环境的一种系统更新。正如南京师范大学吴康宁教授所说：“构建信息化学习环境，目的在于形成一种全新的教学时空，最大限度地总结学生的经验，最大限度地激发学生的兴趣，最大限度地挖掘学生的潜能，最大限度地引发学生的创造，最大限度地促使学生作为一个完整的人去完整地感知尽可能完整的世界。”
　　
　　“促进探究”整合活动的三个关键
　　新的课程标准特别强调“科学探究”的重要性，“物理课程应改变过分强调知识传承的倾向，让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识；鼓励将信息技术渗透于物理教学之中”。开展基于“促进探究”的整合活动时，要特别注意以下几点。
　　关注物理探究情境的科学性
　　具有科学性是探究情境最基本的要求，要改变“辅助教学”层次上“课件”过多关注视觉效果的观念，关注学习者在学习过程中思维的深层次发展。只有这样，信息技术与课程整合的研究才能真正与新课程的改革要求相适应。其实，信息技术在培养学习者高水平思维上是有优势的，它可以让探究情境成为学习者展开思维活动的舞台，一旦设计者确定了一种模型关系，智能软件就可以在变化过程中始终保持这样的关系，以内在的不变性体现变化过程背后的规律。这种具有一定智能性表现的情境，正是实现探究性教学活动的最佳选择。
　　设置物理探究情境的可探性
　　设置物理探究情境进行探索性学习时，要让学生主动探索，教师考虑更多的不是讲什么，而是如何设计教学情境和如何组织学生探索交流。教师从简单的知识传授者转变为学习活动的设计者、学习情境的设计者、学生学习过程中的导师和伙伴。学生在这一过程中会有各种问题和障碍，主动探索的结果更多的时候或许是片面的甚至是错误的，但教师不应只看重学生探索的结果正确与否，更应重视这一过程中学生表现的学习主动性和思维创造性。
　　能够模拟科学探究的一般过程
　　探究情境的开发可以理解成具有学习功能特性的最小多媒体单元，它适合以师生交流为主的学习活动，有利于教师有针对性地、灵活地运用，从不同角度，用不同顺序展示问题的内在联系。
　　
　　“促进探究”的实践与思考
　　创设真实物理情境
　　教学案例：探究点电荷的场强分布特点，可以在坐标原点设置一个源点电荷，用蓝色小球表示，电荷量设置为0.003C。另设置一个试探电荷，用绿球表示，电荷量设置为0.001C。实验环境设置为忽略电荷间的库仑力，并用箭头显示库仑力矢量，如图1、2所示。当用鼠标拖动试探电荷在源电荷附近移动时，就可以看到库仑力矢量动态变化的过程。对比这些电荷的库仑力矢量，就可以非常直观、形象地了解电场的分布。
　　 图1 图2
　　教学反思：“仿真实验室”这类软件，提供了与真实器件完全相同的虚拟实验仪器以及一些设置物理情境时常用的构件，使用时构建出的实验效果及问题情境非常逼真。更重要的是，可以根据实验的需要设置运动对象的相关参数，使课堂实验更加形象、精确。
　　模拟科学探究过程
　　教学案例：在探究自由落体运动规律时，通过实验得到小球自由下落的高度和相应的时间后，可以利用几何画板软件处理相关数据，方法如下：
　　（1）预先构造一个Y＝KXn的函数。
　　（2）输入实验得到的数据，如图3所示，进行描点。
　　（3）拟合曲线，当K值取4.9、n值取2时，函数曲线与数据点拟合得最理想，如图4所示。
　　图3 图4
　　（4）通过分析得出下落高度与所用时间的平方成正比的结论；由匀变速运动位移公式S=1/2at2得到K＝4.9=1/2a，所以a=9.8 m/s2 。
　　教学反思：促进探究活动类的软件一般都具有强大的计算、绘图功能，以数形结合的方式来处理所采集的数据，建立起物理模型中的数学规律。一般用函数图像与所描绘的数据点进行“拟合”的过程，本身就是一种科学探究规律的方式。这种“观察实验、抽象思维、数学处理”三者有机结合的方法，是物理学探究的基本方法。
　　实现非线性教学
　　图5
　　教学案例：伏安法测电阻。根据欧姆定律可知R＝U/I，只要测得电阻两端的电压U及流过电阻的电流强度I，就可以得到电阻的阻值。实际测量时，由于不可避免地存在电压表内阻的分流及电流表内阻的分压，因此需要根据测量电阻阻值的不同，适当地进行实验电路的设计，以尽量减少电压表内阻的分流及电流表内阻的分压给测量带来的系统误差。根据分析，利用仿真实验室软件设计四种电路组合，如图5所示。
　　围绕以上四个实验方案的探究，构成了此次学习活动的问题中心。在“如何根据提供的实验器材测量待测电阻的阻值”的问题解决之后，让学生自由选择参与学习活动的切入口，在“自行设计方案”、“评估他人方案”、“总结一般规律”的程序引导下，达到实现相同的学习效果的目的，这是非线性教学设计方法的一次有益尝试。
　　布置学习任务：网络环境更便于提供必要的学习资源，所以我们采用网络化课件的方式布置此次学习活动的任务。尤其是四个实验电路的设计，采用“粉笔＋黑板”的方式进行，不利于学生有效地展开探究活动，也不利于不同方案的交流、评估。
　　展示、评估方案：这个环节是整个学习活动的主体部分，通过学生间不同方案的交流，相互借鉴，相互促进，最终达到共同理解、共享智慧的目标。
　　总结规律：教师将学生的四个方案从适用条件、系统误差分析等方面进行总结，以表格对比的方式发布在网络课件上。
　　活学、活用：首先，编制一组在线练习题，学生可以在线测试，提交后可以即时得到反馈信息，包括个体的应答错误信息、帮助信息、班级群体的应答情况信息等。接着，提出一些实际的电路设计问题，让学生根据所掌握的知识完成设计任务。
　　教学反思：非线性的教学设计打破了传统教学设计中学习活动单向的线性进程，更适合于在网络环境下完成。这因为非线性恰恰是网络环境的特性所在，也可以说，网络环境为非线性的教学设计提供了可靠的技术保障。仿真实验室软件是学习活动展开的舞台，我在电路设计环节中，只是提供问题中涉及的基本元器件。学生可以通过鼠标的简单操作完成自己的设计过程，可以更加直观地进行实验方案的探究活动，并且可以方便、快捷地将自己的设计方案发布在网络上，供其他同学评估、借鉴。教师在整个过程中的帮助、引导作用也是在与学生的共同活动中完成的，可谓是“润物细无声”。
　　（作者单位：江苏常熟市教育局）