信息技术与高三物理实验教学整合效果实践研究*

陈卫国

(北京师范大学贵阳附属中学 贵州 贵阳 550023)

汤捷

(株洲市实验学校 湖南 株洲 412100)

1 问题的提出

新课程已经在全国铺开，新课标、新教材赋予实验教学新的内容和要求．高中物理课程标准明确要求：从课程目标的三个维度来设计实验教学过程[1]．

2 问卷调查和前测统计

2.1 调查目的

就学生对信息技术的了解，传统的实验教学方法和信息技术与实验教学整合的实验教学方法设计调查问卷．前测统计主要是鉴别选取的对象是否存在显著性差异．

2.2 选取对象

选取湖南省株洲市省示范性高中(株洲县五中)．在所选取的高中取高三一个班为实验班(命名为1班)，相应选取另一个班为控制班(命名为2班)，进行信息技术与高三实验教学整合模式实践对比研究．

2.3 前测成绩统计及分析

高三以其高二学期结束期终成绩作为前测成绩．统计结果见表1.

对株洲县五中高三(1)、(2)班的学生前测平均成绩采用SPSS[2]独立样本T检验．T检验结果显示:经双侧T检验，P值为0.778，表明高三(1)、(2)两个班的平均值差异方面没有明显的差异．可以选择上述班级进行信息技术与高三实验教学整合教学实践．

表1 学生前测成绩均值的差异一览表

注:当P<0.05时表示两者间有显著性差异，P>0.05表示两者间无显著性差异．

3 实验研究

3.1 实验目的及假设

本实验目的在于检验信息技术与实验教学整合教学模式是否能有效提高高三学生物理实验水平，是否是高效学习物理的一种有效形式．本实验的基本假设是：结合一定的物理情境，采用信息技术与实验教学整合教学模式教学可以提高学生物理实验水平和应用信息技术能力．结果主要通过学习成绩来体现，同时辅以收集任课教师的反馈意见．

3.2 实验对象

对上述选取对象进行的分析，我们得出同一个学校的实验班和对照班学生的前测成绩没有显著性差异．故而取1.1.2中的选取对象为实验对象．

3.3 实验设计

实验采取单因素前后测设计实验法，自变量为信息技术与实验教学整合教学模式，因变量为学生物理实验能力和水平的提高，最终反映在学生物理水平的提高，主要通过后测即株洲市高三第四次模考(2012年5月)物理实验成绩来体现．

3.4 实验实施的教学内容

实验进行一个学年(2011年9月～2012年6月)，教材采用人教版高中《物理》[3]教材．

3.5 实验方法

实验班教师以信息技术与实验教学整合思想指导实验教学实践，采用了信息技术与实验教学整合模式进行教学，对照班采用传统实验教学模式．

教学实验进行前，初步拟定了实施方案，然后向合作的物理教师介绍了此次实验的目的、方法，为了让参与合作的教师能在教学中更好地对我们的实验进行实施，在听取他们建议的基础上根据各个实际情况对方案作了相应的变动．但实验班的大部分教案由笔者与任课教师协商确定．

实验结束后，笔者收集考试成绩并进行结果统计，对此次实验教学作分析研究，总结此次实践研究的得失．笔者设计和收集的DIS实验设计内容主要如表2所示.

表2 DIS实验设计内容

附录教学案例

案例：传统实验与数字实验的整合

实验探究作用力与反作用力的关系，得出牛顿第三定律.

问题1：作用力和反作用力大小有什么关系？

学生提出猜想，设计实验，如图1所示，用两个弹簧测力计进行实验如实填表3并总结规律．

图1

实验结论：作用力与反作用力总是大小相等．

问题2：用传感器探究作用力与反作用力的关系．

实验装置如图2所示.

图2

分别演示：给甲、乙传感器拉力，用不同的曲线表示不同的传感器钩子上受力的大小随时间变化的关系．请两个学生演示两个力传感器在静止状态和运动状态时对拉．

学生分析图线，如图3所示.

图3

实验结论：作用力与反作用力总是大小相等．

学生从力的大小、方向、作用点三个方面总结作用力和反作用力的关系，概括得出牛顿第三定律：“两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上．”

3.6 实验程序

前测:以高二学期结束期终的成绩作为前测成绩．

后测:以2012年5月底进行的株洲市第四次模考成绩作为后测成绩．

4 统计结果及分析

经过一个学年的教学实践，在2012年06月取得各实验班的后测成绩，使用SPSS11.5对数据进行统计，统计分析如下.

4.1 实验班与控制班物理测验成绩的均值差异比较(采用独立样本T检验)

高三两个班成绩统计结果如表4和表5所示.

表4小组统计

表5 独立样本测试

统计结果显示：高三(1)班的成绩平均 64.25, 高三(2)班的成绩58.32.

高三实验班与控制班后测成绩经SPSS独立样本双侧T检验,，结果显示：P=0.033，小于0.05，说明在 0.05 的水平上差异显著．表明实验班和对照班成绩均值差异显著．

4.2 不同水平的学生教学效果分析(采用配对样本T检验)

我们从上面的独立样本T检验发现：信息技术与高三物理实验教学整合教学模式对不同层次学生整体上较传统实验教学模式显现出更高的效益．为了更具体研究信息技术与物理实验教学整合教学模式对一个班中不同层次学生的效果，我们现在将实验班和控制班的被试按高、中、低分组，进行高、中、低分组实验前后的差异比较．高三(1)、(2)班高、中、低分组的成绩统计结果如表6和表7所示(高、中、低分组的划分标准为：按成绩的降序排列，取成绩前20%的学生为高分组：后27%为低分组，其余为中分组).

表6配对样本统计

表7 配对样本测试

统计结果显示：配对样本T的双侧检验，实验班(1)中高、中、低分组分别为P1=0.000<0.05，P3=0.000<0.05，P5=0.001<0.05，即信息技术与物理实验教学整合教学模式在实验班中高、中、低分组显示出显著性差异．控制班(2)中高、中、低分组分别为P2=0.004<0.05，P4=0.001<0.05，P6=0.002<0.05，即控制班中高、中、低分组在0.05的水平上也有显著性差异，但实验班显示出的差异性更加明显．

4.3 男女学生的教学效果分析(采用配对样本T检验)

我们现在将实验班和控制班的被试分为男、女两组，进行实验前后的差异比较．

高三(1)、(2)班男生、女生配对样本T检测统计结果如表8和表9所示.

表8配对样本统计

表9 配对样本测试

统计结果显示：配对样本T双侧检验得：实验班、控制班男生前、后测为P1=0.000<0.05，P3=0.000<0.05；实验班、控制班女生前、后测为P2=0.000<0.05，P4=0.370>0.05，即信息技术与物理实验教学整合教学模式在实验班男生、女生整体上显示出极其显著差异；而对于控制班，进入高三，随着系统复习的进行，成绩也有很大提高，特别是男生成绩前后测差异显著，而女生成绩则没有显著性差异．同时，我们发现：虽然控制班男生前、后测成绩有显著性差异，有很大提高，但实验班学生成绩提高幅度更大．

5 研究结论

5.1 教学整合模式的优势

(1)信息技术与物理实验教学整合教学模式是与物理新课程标准匹配、适应学生接受能力的一种有效、高效的实验教学模式[4]．它能够激发广大学生对物理实验学习的兴趣，提高学生的物理素质．并且，它与新课程标准倡导的发动学生探究、建构的精神是内在统一的．

(2)从高三的实践结果看，就整体实验教学效果而言，实验班的成绩均值比控制班要高，并且，随着高三全面复习的深入，这种差异越来越显著．同时，在实验班与控制班，低分组也显现出差异．

这说明，伴随高考的临近，学生思想的成熟，对自己前途的关注，所有学生思想上对物理有了较大的重视．学生能够充分利用计算机提供的丰富信息，借鉴同学和教师的意见，并且按照自己的学习步调，通过积极探索和归纳进行深度的学习加工，使外部信息与自己的认知结构进行反复交互作用，最终加深对知识的意义建构，从而提高迁移能力[5]．对中、低学业水平的学生，其先前的知识不足，自身表征系统简单、系统性差，自我监控能力弱．信息技术与实验教学整合的教学模式多方面提供表征[6]，加强了自我监控，因此在掌握知识的水平和迁移能力上表现均优于控制班的学生．信息技术与实验教学整合的教学模式在有效、高效提升学生物理实验水平上显示出极大的优势．

(3)实验班、控制班男生、女生物理成绩分别采用配对样本T检验进行纵向比较显示：信息技术与实验教学整合的教学模式能够有效提升女生的物理实验水平，并且，实验班和控制班女生物理成绩的差异非常显著．

调查显示：实验班女生普遍反映物理实验学习更轻松，学习兴趣更高．比较而言，大部分女生在空间想象力方面弱于男生，对于所研究的对象在一定时间内的空间变化过程难以进行完整地想象和分析，信息技术与实验教学整合的教学模式本身具有的形象性与抽象性结合的特点，使它某种程度上契合了女生擅长形象思维的优势．故而它一改女生头脑中固有的物理实验深奥晦涩的形象，变得有血有肉，从而利于发挥女生的思维优势，更加有效地帮助女生学习物理．

5.2 学生潜在的影响和变化

(1)学生的学习兴趣有了较大的提高

学习兴趣是学生力求认识世界、渴望获得文化科学知识和不断探索真理而带有情绪色彩的意向．兴趣与活动相联系，以活动结果获得的满足感而巩固、加深．一个人学习物理，如果有学习动机，有学习活动，但活动结果没有获得满足感，是难以产生兴趣的，即使产生兴趣也难以持久．皮亚杰说：“一切有成效的工作必须以某种兴趣为先决条件．”信息技术与实验教学整合的教学模式是一种探究式、发现式的学习．学生在独立地发现问题并创造性地解决问题的过程中，表现出浓厚的学习兴趣、较高的学习热情和积极的参与意识．

(2)学生的思维品质发生了积极的变化

学生解决问题时能注重对物理现象和物理过程的定性分析和对物理事物的整体把握，分析问题的能力有所提高．同时，学习习惯亦发生了变化．学生的形象思维、直观思维、抽象思维能力都得到了相应的提高．

(3)学生的问题意识得到了加强

现代思维科学认为[7]：问题是思维的起点．在信息技术与实验教学整合的教学模式中，学生的问题意识得到最大的激发，很多同学提出了大量有价值的问题．

(4)学生知识结构和认知心理结构得到优化

在信息技术与实验教学整合的教学模式实践中，学生分组实验、仿真实验、数字实验三者相互作用，这样的过程有利于学生多维建构自己对物理实验的理解，形成对知识直接或间接联系，取得单纯的分组实验复习无法达到的效果，使认知结构得到重整和优化[8]．

5.3 教师的观念发生了变化

信息技术与实验教学整合的教学模式实践活动也给了学校教师更多的思考，对实验在中学物理学中地位和意义有了更深刻的理解．知识是一种解释、假设或假说，它不是问题的最终答案，它必将随着人们认识程度的深入而不断地变革、升华和改写，出现新的解释和假设[9]．知识是能力的载体，学生今天的学习依赖于以前的学习，是为以后走向社会和终身发展奠定基础，对学生的教育不能只是传授知识，更重要的是方法和能力的培养，使他们在若干年以后虽然忘记了所学的知识，但仍然掌握着相应的方法．所以，教师应该成为学生意义建构的帮助者和促进者，教师要将教育过程看作是把凝固文化激活的过程，教学过程的目标就是在知识与技能、过程与方法、情感态度价值观多方面对学生实施意义建构的过程．

参考文献

1 中华人民共和国教育部．物理课程标准．北京：人民教育出版社，2004

2 杨晓明．SPSS在教育统计中的应用．北京：高等教育出版社，2004.109～115

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

4 Figuring Physics.The Physics Teacher.Vo1.37.Feb.1999：22

5 施良方．学习论．北京：人民教育出版社，2005.177～178

6 阎金铎，查有梁．物理教学论．南宁：广西教育出版社，1996.221，226

7 阎金铎，田世昆．物理思维论．南宁：广西教育出版社，1996.180

8 王甦，汪安圣．认知心理学．北京：北京大学出版社，2007．132～152，127～130

9 阎金铎，梁树森．物理学习论．南宁：广西教育出版社，1996.134，123，116