信息技術與高三物理實驗教學整合效果實踐研究*

陳衛(wèi)國

(北京師范大學貴陽附屬中學 貴州 貴陽 550023)

湯捷

(株洲市實驗學校 湖南 株洲 412100)

1 問題的提出

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

2 問卷調查和前測統(tǒng)計

2.1 調查目的

就學生對信息技術的了解，傳統(tǒng)的實驗教學方法和信息技術與實驗教學整合的實驗教學方法設計調查問卷．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)，相應選取另一個班為控制班(命名為2班)，進行信息技術與高三實驗教學整合模式實踐對比研究．

2.3 前測成績統(tǒng)計及分析

高三以其高二學期結束期終成績作為前測成績．統(tǒng)計結果見表1.

對株洲縣五中高三(1)、(2)班的學生前測平均成績采用SPSS[2]獨立樣本T檢驗．T檢驗結果顯示:經雙側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與高三實驗教學整合教學實踐．

表1 學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 實驗目的及假設

本實驗目的在于檢驗信息技術與實驗教學整合教學模式是否能有效提高高三學生物理實驗水平，是否是高效學習物理的一種有效形式．本實驗的基本假設是：結合一定的物理情境，采用信息技術與實驗教學整合教學模式教學可以提高學生物理實驗水平和應用信息技術能力．結果主要通過學習成績來體現(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，我們得出同一個學校的實驗班和對照班學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 實驗設計

實驗采取單因素前后測設計實驗法，自變量為信息技術與實驗教學整合教學模式，因變量為學生物理實驗能力和水平的提高，最終反映在學生物理水平的提高，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 實驗實施的教學內容

實驗進行一個學年(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與實驗教學整合思想指導實驗教學實踐，采用了信息技術與實驗教學整合模式進行教學，對照班采用傳統(tǒng)實驗教學模式．

教學實驗進行前，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中更好地對我們的實驗進行實施，在聽取他們建議的基礎上根據各個實際情況對方案作了相應的變動．但實驗班的大部分教案由筆者與任課教師協(xié)商確定．

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

表2 DIS實驗設計內容

附錄教學案例

案例：傳統(tǒng)實驗與數字實驗的整合

實驗探究作用力與反作用力的關系，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系？

學生提出猜想，設計實驗，如圖1所示，用兩個彈簧測力計進行實驗如實填表3并總結規(guī)律．

圖1

實驗結論：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系．請兩個學生演示兩個力傳感器在靜止狀態(tài)和運動狀態(tài)時對拉．

學生分析圖線，如圖3所示.

圖3

實驗結論：作用力與反作用力總是大小相等．

學生從力的大小、方向、作用點三個方面總結作用力和反作用力的關系，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:以高二學期結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?？汲煽冏鳛楹鬁y成績．

4 統(tǒng)計結果及分析

經過一個學年的教學實踐，在2012年06月取得各實驗班的后測成績，使用SPSS11.5對數據進行統(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SPSS獨立樣本雙側T檢驗,，結果顯示：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 不同水平的學生教學效果分析(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)：信息技術與高三物理實驗教學整合教學模式對不同層次學生整體上較傳統(tǒng)實驗教學模式顯現(xiàn)出更高的效益．為了更具體研究信息技術與物理實驗教學整合教學模式對一個班中不同層次學生的效果，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)計結果顯示：配對樣本T的雙側檢驗，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，即信息技術與物理實驗教學整合教學模式在實驗班中高、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 男女學生的教學效果分析(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)計結果顯示：配對樣本T雙側檢驗得：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，即信息技術與物理實驗教學整合教學模式在實驗班男生、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)復習的進行，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，但實驗班學生成績提高幅度更大．

5 研究結論

5.1 教學整合模式的優(yōu)勢

(1)信息技術與物理實驗教學整合教學模式是與物理新課程標準匹配、適應學生接受能力的一種有效、高效的實驗教學模式[4]．它能夠激發(fā)廣大學生對物理實驗學習的興趣，提高學生的物理素質．并且，它與新課程標準倡導的發(fā)動學生探究、建構的精神是內在統(tǒng)一的．

(2)從高三的實踐結果看，就整體實驗教學效果而言，實驗班的成績均值比控制班要高，并且，隨著高三全面復習的深入，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，學生思想的成熟，對自己前途的關注，所有學生思想上對物理有了較大的重視．學生能夠充分利用計算機提供的豐富信息，借鑒同學和教師的意見，并且按照自己的學習步調，通過積極探索和歸納進行深度的學習加工，使外部信息與自己的認知結構進行反復交互作用，最終加深對知識的意義建構，從而提高遷移能力[5]．對中、低學業(yè)水平的學生，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．信息技術與實驗教學整合的教學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)于控制班的學生．信息技術與實驗教學整合的教學模式在有效、高效提升學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：信息技術與實驗教學整合的教學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．

調查顯示：實驗班女生普遍反映物理實驗學習更輕松，學習興趣更高．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的空間變化過程難以進行完整地想象和分析，信息技術與實驗教學整合的教學模式本身具有的形象性與抽象性結合的特點，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習物理．

5.2 學生潛在的影響和變化

(1)學生的學習興趣有了較大的提高

學習興趣是學生力求認識世界、渴望獲得文化科學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，以活動結果獲得的滿足感而鞏固、加深．一個人學習物理，如果有學習動機，有學習活動，但活動結果沒有獲得滿足感，是難以產生興趣的，即使產生興趣也難以持久．皮亞杰說：“一切有成效的工作必須以某種興趣為先決條件．”信息技術與實驗教學整合的教學模式是一種探究式、發(fā)現(xiàn)式的學習．學生在獨立地發(fā)現(xiàn)問題并創(chuàng)造性地解決問題的過程中，表現(xiàn)出濃厚的學習興趣、較高的學習熱情和積極的參與意識．

(2)學生的思維品質發(fā)生了積極的變化

學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，學習習慣亦發(fā)生了變化．學生的形象思維、直觀思維、抽象思維能力都得到了相應的提高．

(3)學生的問題意識得到了加強

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

(4)學生知識結構和認知心理結構得到優(yōu)化

在信息技術與實驗教學整合的教學模式實踐中，學生分組實驗、仿真實驗、數字實驗三者相互作用，這樣的過程有利于學生多維建構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習無法達到的效果，使認知結構得到重整和優(yōu)化[8]．

5.3 教師的觀念發(fā)生了變化

信息技術與實驗教學整合的教學模式實踐活動也給了學校教師更多的思考，對實驗在中學物理學中地位和意義有了更深刻的理解．知識是一種解釋、假設或假說，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[9]．知識是能力的載體，學生今天的學習依賴于以前的學習，是為以后走向社會和終身發(fā)展奠定基礎，對學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的知識，但仍然掌握著相應的方法．所以，教師應該成為學生意義建構的幫助者和促進者，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生實施意義建構的過程．

參考文獻

1 中華人民共和國教育部．物理課程標準．北京：人民教育出版社，2004

2 楊曉明．SPSS在教育統(tǒng)計中的應用．北京：高等教育出版社，2004.109～115

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

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

5 施良方．學習論．北京：人民教育出版社，2005.177～178

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

7 閻金鐸，田世昆．物理思維論．南寧：廣西教育出版社，1996.180

8 王甦，汪安圣．認知心理學．北京：北京大學出版社，2007．132～152，127～130

9 閻金鐸，梁樹森．物理學習論．南寧：廣西教育出版社，1996.134，123，116