信息技术与物理课程整合的问题与解决策略*

乔翠兰，周珊珊，杜康玉，丁 萌，张 杨

（华中师范大学 物理科学与技术学院，湖北 武汉430079）

一、引言

随着信息化在教育领域的逐步深入，信息技术与物理课程整合越来越受到教育工作者的关注和重视。信息技术在与课程整合时所表现出的集成性、交互性、开放性、情景性和智能性等特点给物理课程和教学带来了深远的影响和巨大的变化。[1]其主要表现在利用信息技术的多种媒体集成实现有声、可视、形象生动的表达效果；利用信息技术的交互性来调整教学节奏和进程；利用网络资源丰富教学，增强物理教学过程的开放性；利用信息技术创设情境，将微观过程进行宏观放大、把宏观场景进行微观缩小、将瞬态过程转为定格分析；利用信息技术对物理教学过程中的教育信息进行最优化处理等。[2]其充分发挥信息技术的优势,为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。[3]

信息技术改变了物理课程，物理课程在与信息技术的整合中展现出全新的面貌，表现出更强的活力，呈现出更好的教学效果。但是，综观信息技术与物理课程整合，也普遍存在着一些问题，如整合点不当、整合度不高、整合方式单一。这些问题导致物理课程的设计与开发，物理教学的设计与实施不仅未能呈现与信息技术整合的优势，反而表现出不当的一面。为了真正发挥信息技术对物理教育的促进作用，使二者相辅相成，相得益彰，必须在整合时采取相应的策略，以解决信息技术与物理课程整合的问题，实现二者的深度融合。

二、信息技术与物理课程整合存在的主要问题

信息技术与物理课程整合存在的问题归纳起来，主要有以下三点：

1.信息技术与物理课程整合点选取不当

信息技术与物理课程整合通常会有一个或者多个整合点。整合点的正确选取是决定整合是否恰当、有效的先决条件。物理教学中过多依赖多媒体，生搬硬套使用多媒体从而导致多媒体与传统媒体的融合不当都是整合点选取不当所致。[4]

信息技术与物理课程整合点选取不当比较突出的一个表现是以课件代替教师实验。物理课程须体现以实验为基础的学科特点，课件不能代替实验，这是信息技术与物理课程整合的一个重要指导思想，力图把所有的实验都纳入到虚拟实验系统中是错误的。例如在“自由落体运动”内容的教学中，有些物理教师会选择利用“毛钱管”实验动画来代替演示实验，通过动画向学生分别展示当毛钱管中充满空气、抽出一部分空气、抽出所有空气三种情况下，毛钱管内的羽毛和石子下落快慢的差距较大、减小、完全无差距三种情况，从而得出物体下落的快慢和物体的质量无关，而取决于空气阻力，在空气阻力可以忽略的情况下，重物和轻物下落得一样快的结论。物理教师选取这个整合点的原因在于：课堂实验演示的时候“毛钱管”中的羽毛和石子下落得比较快，Flash动画演示的时候羽毛和石子下落得较慢，可以实现教学中将瞬态过程变为定格分析，增加实验的可观测性，突破的教学难点。但是“眼见为实，耳听为虚”，模拟实验可以用于真实实验的辅助分析，但是无法取代真实实验。学生在教师以Flash动画代替“毛钱管”实验进行演示后，往往并不相信动画中呈现的理想现象，没有起到信息技术与物理课程整合的作用。再如以微小形变的实验课件代替课堂实验，再怎么努力也是枉然，学生不相信对玻璃瓶施压后会产生形变，不如让学生看到真实的现象。 “动画中做实验”虽然比“在黑板上做实验”略好，但是远不如实验的真实可信，起不到设疑、激趣、让人信服的作用，也无法起到培养学生严格仔细、实事求是、一丝不苟的科学态度和乐于动手，讲究科学方法等良好习惯。

除此以外，信息技术与物理课程整合点选取不当还表现为滥定整合点，过度使用信息技术。有些物理教师在整合信息技术进行课程设计和教学时，会过多考虑信息技术所表现出来形式的美观性，而忽略物理课程和教学内容的适切性，忘记了内容决定形式，形式表现内容，而本末倒置，给人牵强的感觉，起不到信息技术与课程整合的效果。

2.信息技术与物理课程整合度不高

不同的信息技术与物理课程整合具有程度上的差异，整合度的正确把握是决定整合是否有效、高效的关键条件。物理教学课件以PPT课堂教学课件为主就是信息技术与物理课程整合度不高的典型体现。

物理教学PPT课件往往集成文字、图片、音频、视频、动画等多种媒体，它激发学习兴趣，丰富教学资源，拓展学习空间，可以很好地辅助物理教学，深受物理教师和学习者的喜爱。在各种多媒体制作大赛，CAI课件设计大赛中，收集到的作品中多数通常是PPT课件。PPT课件虽然使用广泛，深受好评，但是PPT课件不是信息技术与物理课程整合的全部体现，其体现的整合程度也有很大的拓展空间。PPT课件存在整合范围较窄，整合针对对象不全，整合传播方向单一等问题。

1.4 钨丝电热原子吸收光谱仪测定操作方法 按照厂家说明书要求开机并做好准备，调节氩气和氢气流量作为钨丝原子化器的保护气通入石英原子化器罩内，然后用微量注射器准确吸取10 μL样品（萃取分析物后的有机相），由进样孔将样品注入钨丝电热原子化器。通过软件控制执行钨丝电热原子化器的升温程序（类似石墨炉原子吸收），包括干燥、灰化、冷却、原子化与净化5个阶段，通过对各阶段不同电流值以及持续时间的设定实现钨丝程序升温过程。待测元素被原子化后由CCD检测原子吸收信号。

（1）PPT课件显示的信息技术与物理课程整合的范围主要为课堂，及课后的学生回顾和巩固，课前的整合缺乏，课中的整合不够，课后的整合不足。通常PPT课件是课堂上辅助教师教学的利器，教师在进行传统讲解和板书的同时，播放PPT课件，呈现文字、图片、音频、视频、动画等内容，和传统媒体有效补充，相得益彰，提升课堂效率、效益和效果。这种用途的PPT课件往往不包括完整的内容结构，通常根据教学的需要而选取某些片段进行整合。也有一小部分教师会将PPT课件用于课后学生的自主学习或巩固复习，这种类型的PPT课件通常内容结构完整、描述细致。但是一般而言，PPT课件中缺乏课前的整合内容，如让学生课前自主学习、预习的整合内容往往极少在PPT课件中呈现。即使是课堂教学中，单纯的PPT课件的整合度仍旧有拓展空间，学习者还需要几何画板、虚拟物理实验室、游戏、物理学科工具等多种课件形式来补充和完善。课后的整合也有较大的发展空间，如除了回顾和巩固PPT课件以外，还可以进行课外研讨、课外制作、课外创新等。

（2）PPT课件显示的信息技术与物理课程整合的针对对象主要为教师的教学，对学生学习的整合度还有待提高。在信息技术与物理课程整合的PPT课件中，大多数课件服务的对象为教师，主要用于教师辅助教学，对学生学习的关注虽然也有，但是程度还不够。而当今，教学是教师引起、维持和促进学生学习的过程，教师的“教”虽然重要，但是学生才是学习的主体，“教”是为“学”服务的，学生的“学”更应该是信息技术与物理课程整合的主要关注对象。[6]

（3）PPT课件显示的信息技术与物理课程整合的传播方向主要为讲授式单向传播，对协作式多向传播的整合度不高。与关注教师的教相对应，目前的物理PPT课件主要用于教师讲授式教学的单向传播，对于协作式多向传播的关注度还不够，整合度还不高。与之类似的Authorware课件的交互性虽然更强，Flash课件的动画效果卓然出众，其他常用课件也各有其优势，但是也或多或少存在着PPT课件类似的问题。不同的课件平台使用不同的技术，适合不同的设计内容，随着科技的发展，将会出现越来越多的新技术，发展出越来越多的课件平台，将物理课程与教学设计与多种技术构筑下的课件平台有效融合，增大信息技术与物理课程的整合度。涵盖课前、课中、课外全范围，覆盖教师的教与学生的学所有对象，更多考虑协作式多向传播整合，将开启信息技术与物理课程整合的新局面。

3.信息技术与物理课程整合方式单一

信息技术与物理课程整合的方式较多。整合方式的多元化是决定整合是否恰当、有效的必要条件。信息技术与物理课程整合方式比较单一主要表现在PPT课件，Authorware课件，几何画板制作的课件，虚拟实验课件等等几个方面，它们各有优势，异彩纷呈，给物理教学带来了生机和活力。但是仅有这些还不够。随着教育的开放化、多元化程度的日益提高，随着大数据时代的来临，游戏、电子投票表决系统、交互性电子双板系统、数据处理软件系统、传感器、网络、密集型真实数据平台等都应该日益整合到物理中来，实现信息技术与物理课程整合方式的多元化。

例如，起源于美国哈佛大学的“同伴教学法”利用电子投票表决系统，将一节物理课分为几个核心概念进行教学。每一个概念又通过几个选择题来进行学习，这几个选择题的学习将常规教师教授的一部分职责转让给学习同伴，强调同伴之间互教互学，相互影响，相互作用。引起教育界轰动的“翻转课堂”利用网络平台，翻转课堂内、外的学习任务，重构学习流程，学生在课后自主学习常规教学中教师占用课堂的时间来讲授的内容，还通过网络与别的同学讨论，查阅资料；而在课堂上，学生主要与教师面对面交流，完成作业。这种网络整合模式让学习更加灵活、主动，让学生的参与度更强。利用华中师范大学国家数字化学习工程中心开发的盘古电子双板平台，可以实现物理教学内容双板呈现，体现良好的对比性、交互性、创造性，突出重点，突破难点。不同的平台具有不同的表现方式，在物理教学的某一方面将具有其他方式所不具备的优点，将表现与效果优化，多元化信息技术与物理课程整合方式，是今后信息技术与物理课程整合的发展趋势。

三、信息技术与物理课程整合的解决策略

针对上述三个问题，我们可以采取形式与内容并重，选取恰当的信息技术与物理课程的整合点；技术与设计融合，把握恰当的信息技术与物理课程的整合度；表现与效果优化，多元化信息技术与物理课程整合方式等策略逐一解决。

1.形式与内容并重，选取合适的信息技术与物理课程的整合点

为求形式好看，而忽视内容、喧宾夺主是信息技术与课程整合的大忌。信息技术不能只是一个形式，它必须与物理内容结合起来，做到相辅相成，有机融合。如果某物理内容适合进行信息技术整合，那么我们就果断选取这个整合点进行设计；反之，如果某物理内容不适合进行信息技术整合，那么我们应该坚决放弃整合，而采用传统媒体。任何技术都不是万能的，但是没有这个技术是万万不能的——在整合点的选取上，我们如果秉承这个原则，那么整合一定大获全胜。

总之，整合点的选择应突出物理教学的重点，突破难点，充分发挥信息技术的特长，实现科学性、教育性、艺术性的有机结合等。[8]在这些情况下信息技术与物理课程的整合点的选取才是恰当的，盲目地以偏概全，包罗万象，必将导致二者的整合点不当，整合效果差。

2.技术与设计融合，把握恰当的信息技术与物理课程的整合度

整合度的把握是信息技术与物理课程整合的难点。信息技术做到物尽其用，尽量在于物理课程的整合中做到“增一分则肥，减一分则瘦”，将技术与设计良好融合，是我们必须推崇的。

（1）将信息技术与物理课程整合的范围从课堂教学延伸到课外教学，增设课前的整合，充实课中的整合，加强课后的整合。例如通过专题教学网站等网络学习平台，QQ群，BBS，论坛、E-mail群等网络交流平台，多媒体视频等将需要课前预习、学习的内容呈现出来，增设信息技术与物理课前内容的整合。在PPT课件辅助教学的基础上，根据教学设计需要，采用几何画板、物理学科工具、虚拟物理实验室、游戏等多种课件形式来补充和完善课堂中信息技术与物理课程的整合；除了回顾和巩固PPT课件以外，还可以进行课外研讨，课外制作、课外创新等。

以华中师范大学国家数字化学习工程技术研究中心开发的物理学科工具为例，该工具的优点之一是通过修改物理元件的属性，从而演示对应的物理现象。如通过调整弹簧的倔强系数，从而展示在同样的受力情况下弹簧不同的伸长量，有利于辅助胡克定律的教学；修改凸透镜的焦距，显示不同的凸透镜成像的光路、共同点和不同点，突出凸透镜成像内容的教学重点，突破难点。物理学科工具和PPT有效结合，将提升信息技术与物理课程的整合度，起到更好的教学效果。

（2）将信息技术与物理课程整合的形式从偏重整合教师的“教”转变为整合学生的“学”。我们除了开发以教为主的课件以外，还应该多进行以学为主课件的设计与开发，除了让信息技术作为教师演示工具以外，还应更多让信息技术作为师生交流工具、个别辅导工具，进而让信息技术作为学生资源环境、信息加工工具、协作工具和研发工具，全方位为学生的学习服务，实现更高层次的信息技术与课程整合。

（3）将信息技术与物理课程整合的学习方式从讲授式单向传播转变为探究式、协作式多向传播，加强信息技术与学生自主学习、协作学习、探究学习、体验学习的整合度。

总之，信息技术整合到物理课程实施的课前、课中和课外三个阶段，整合到包括教师的“教”和学生的“学”的所有教学过程，整合到除了讲授式教学以外的多种学习方式中，能提高信息技术与物理课程的整合度，有助于技术与设计合二为一，形成一个有机整体。

3.表现与效果优化，设计多元化信息技术与物理课程整合方式

利用多种技术表现手段，如游戏、电子投票表决系统、电子双板系统、数据处理软件、传感器、密集型真实数据平台、网络等，采取多元化整合方式，实现信息技术与物理课程效果的最优化，以实现更好的教学效果。

（1）游戏：合理借鉴数字化游戏的趣味参与性、形象交互性、科学有效性、及时反馈性等特征,为传统物理教学提供动力。例如通过国外设计的“不可思议的机器”游戏学习单摆的周期、自由落体运动、能量守恒等知识，通过“三维弹球”游戏学习弹性碰撞、能量守恒灯知识，通过“电力维修工”游戏学习电路的知识，通过“奇妙的反射镜”游戏学习光的反射知识。[9]

（2）电子投票表决系统：借鉴电子投票表决系统，利用接收器和学生手持的发射器，通过PPT、Word等软件平台，实时反馈学生的学习结果，并通过分析和处理，进行交互式物理教学。还可以利用电子投票表决系统进行同伴教学法等多种教学方法。

（3）电子双板系统：利用电子双板平台，进行物理教学设计。例如几乎每年的高考题中都有关于电路连线的题，利用盘古电子双板，左板呈现电路图，右板呈现电路实物元件，让学生根据利用双板的手写功能进行电路图进行连线训练，教师根据学生的情况利用双板的擦除功能进行修正、评价反馈，突破教学难点。还可以左板呈现实验的点电荷的电场线实验图，右板呈现抽象出来的点电荷的电场线绘制图，通过比较明确显示在物理教学中，抽象出模型的方法及其重要性等。

（4）数据处理软件：将利用Excel软件处理出学习“闭合电路欧姆定律”内容时的实验数据，并作出图像，让学生看到物理实验数据的处理方法，深入理解闭合电路欧姆定律。[10]通过黑体辐射的数据，利用Matlab等软件进行曲线的拟合，和普朗克一起感受量子世界的微妙与精彩等。

（5）传感器：利用传感器进行“牛顿第三定律”的学习，展示作用力与反作用总是大小相等，方向相反；利用传感器辅助“超重与失重”内容的学习，测定模拟电梯在上升和下降过程中超重和失重现象等。

（6）密集型真实数据平台：利用全世界的数据“云”，借助于互联网进行基于真实数据的学习。例如利用美国费米国家实验室高能数据，让高中生和大学生计算顶夸克的质量，让他们和科学家一起面对真实的数据世界，在其中学习、研究、创作。

（7）网络：利用网络进行数据的查找，学习小组的建构，交流协作的展开平台，还可以作为同伴教学法、翻转课堂教学模式的课前或者课后环节的学习辅助，以及通过网络上的专题网站进行学习，进行Webquest，Jitt等物理教学，培养学习者的信息素养。

总之，选择合适的信息技术与物理课程整合点，把握良好的整合度，选择多元化的整合方式，利用信息技术构建真实性、合作性物理环境，才能让信息技术与物理课程整合从以知识为中心的课程整合阶段，逐步过渡到以资源为中心的课程整合阶段，最终走向全方位的课程整合阶段。[11][12]真正实现信息技术与物理课程的深度融合，充分提高学生的批判性思维能力、问题解决能力、创新精神和实践能力。

[1]余胜泉,吴娟.信息技术与课程整合—网络时代的教学模式与方法[M].上海：上海教育出版社,2005：33-35.

[2]朱鋐雄.物理教育展望[M].上海：华东师范人学出版社,2002：170-171.

[3]教育部.基础课程改革纲要（试行）[N].中国教育报,2001,7(27).

[4]陈贤钊.高中物理教学中滥用多媒体的问题探讨[J].中国科教创新导刊,2011(15)：121.

[5]钟启泉.现代课程论[M].上海：上海教育出版社,2009(18).

[6]史慧敏,刘炳升.关键在于创意——对物理多媒体助教课件设计的看法[J].课程教材教法,2000(10)：26-29.

[7]王蕊,李燕临.动画在中学物理多媒体课件中的设计与应用[J].中国教育信息化,2008(6)：45-47.

[8]马秀峰.大学物理多媒体CAI课件开发中的几个基本问题[J].电化教育研究,1998(6)：169-172.

[9]张莉娟.电脑游戏在中学物理教学中的应用研究[D].江西师范大学,2006(5)：43-51.

[10]史献计.基于信息技术的物理探究教学[J].中学教学参考,2012(11)：46.

[11]孟剑平.基于信息技术的物理问题解决教学研究[D].浙江师范大学,2003(5)：34-40.

[12]马宁,余胜泉.信息技术与课程整合的层次[J].中国电化教育,2002(7)：39-42.