最新《现代教育技术与物理课程整合研究》研究报告.docx
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最新《现代教育技术与物理课程整合研究》研究报告
《现代教育技术与物理课程整合研究》研究报告
摘要：
本课题以系统论、信息论、控制论为指导；以物理教学论、教育技术学、教育心理学的研究成果为基础，力图从整体上探究现代教育技术与物理课程整合在提高物理教学效率方面的有效性；构建完善的现代教育技术与物理课程整合的教学体系和教学资源库；并培养一大批掌握现代教育技术与物理课程整合的能力和具备教育科研能力的新型教师。
课题组开展了现代教育技术与物理课程整合教学资源库建设、现代教育技术与物理课程整合的理论研究、现代教育技术与物理课程整合的现状和前景的调查研究、现代教育技术与物理课程整合的教学模式研究、现代教育技术与物理课程整合的教学策略研究、网络环境下学生的物理自主学习和协作学习研究、物理实验室中的现代教育技术应用研究、现代教育技术与物理课程整合的应用软件研究、计算机仿真技术在物理教学中的应用研究、现代教育技术与物理课程整合的评价研究，取得了一批有价值的研究成果，并通过成果的推广应用，优化了我省的中学物理教学。
一、课题的提出
当前，以计算机、通讯、软件为主要内容的信息革命影响了人类生活的一切领域。
在教育领域、信息时代正以前所未有的巨大动力推动着教育内容、教育方法、教育技术以及教育过程从传统向现代进行变革。
为了迎接世界信息技术迅猛发展的挑战，世界各国都把“教育信息化”作为新世纪创新教育发展的一项重大战略目标，纷纷加快以多媒体技术和网络技术为核心的现代教育技术在各学科教学中的应用，实现现代教育技术与课程教学的有机整合。
2000年底，美国教育部出台了《美国国家教育技术计划》，提出了现代教育技术与教学整合的五大目标：
①全体学生和教师在他们的教室、学校、社区和家庭运用信息技术；②全体教师将利用信息技术有效地帮助学生达到高的教学标准；③全体学生具有信息技术素养技能；④为了促进教与学，研究和评价将改进下一代信息技术应用；⑤数字化内容和网络的应用将革新教与学。
加拿大教育界在这一领域也取得了很好的进展，温哥华社区的“信息技术研究报告”认为现代教育技术与课程整合可有效地改进对课程的教学，实现下述目标：
“①增强学生的批判性思维、合作技能与解决问题的能力；②使信息技术的运用成为学习过程的有机组成部分，从而便于学生掌握信息的收集、检索、评价、分析、转发和利用等技能；③不仅促进了班级内学生的合作交流，而且还促进了本校学生与全球性学习社区的合作交流，从而大大开阔了学生的视野”。
在我国，现代教育技术的飞速发展也为物理课程改革带来了新的发展机遇。
国家基础教育课程改革纲要要求“积极利用并开发信息课程资源”；全日制义务教育物理课程标准“鼓励将信息技术渗透于物理教学之中”，并对开发、收集、选择和利用现代教育技术作了专门的说明，为在新一轮课程改革中实现现代教育技术与物理课程整合指明了方向。
综观我国的中学物理教学现状，可以看出，虽然有很多学校的现代教育技术硬件资源已基本具备，但在如何有效地实现现代教育技术与物理课程整合，以便更好的完成物理教学任务方面仍存在许多的不足。
具体体现在：
过多的把现代教育技术作为演示工具，把注意力放在单纯事物的演示和知识的呈现上，没有将其作为重要的课程资源来认识；教师自制的课件绝大多数是演示性的，缺乏交互性，且不利于学生动手操作，不能成为学生积极进行探究学习的工具；学生处于被动学习地位，除教材外，与社会上、国际上的物理教育资源几乎隔绝，对信息的获取、筛选、加工和处理的能力得不到培养；课堂教学模式多数仍然以教师为中心，教师是整个教学活动的主宰，学生处于被动接受的地位，而现代教育技术在物理教学中成了辅助教师向学生灌输的工具；市场开发的软件许多是简单重复教材，有的含有太多的应试成份，违背了教育规律，且软件交互性能简单，缺乏内部的有机联系；多数物理教师的计算机应用能力较差，缺乏独立开发现代信息资源的能力；现代教育技术的应用局限于课堂教学，没有引进物理实验室和物理研究性学习；对现代教育技术与物理课程整合的评价研究滞后，仍然用传统教学理念来指导评价；如何利用网络环境提高学生自主学习能力的研究几近空白等等。
凡此种种，可以看出现代教育技术与物理教学的有机整合仍存在大量值得研究的问题。
基于此，我们选择“现代教育技术与物理课程整合的研究”作为研究课题，以期通过研究，探索出一条物理课程改革的新路。
二、研究假设
以建构主义理论和新课程改革理念指导物理教学，通过现代教育技术与物理课程整合，实现教师角色由知识的传授者向教学活动的组织者和指导者转变；学生角色由知识的被动接受者向知识的主动探究发现者转变；现代教育技术的作用由知识灌输的辅助工具向学生手中的认知工具转变；教学过程由“教师传授学生听讲”向“创设学习情境，学生主动探索协商，实现意义建构”转变；教学模式由“以教师为中心”向“教师指导下以学生为中心”转变，实现新课程理念下的物理课程价值。
三、概念界定
整合——指一个系统内各要素整体协调、相互渗透，使系统内各要素发挥最大效益。
现代教育技术与物理课程整合——指将现代教育技术有机地与物理课程结构、课程内容、课程资源以及课程实施等融合为一体，成为物理课程的有机组成部分，成为与物理课程内容和物理课程实施高度和谐自然的有机部分。
四、理论基础
“现代教育技术与物理课程整合”的思想理论依据是丰富而深厚的，主要表现在以下几个方面：
建构主义学习理论认为：
（1）学习者对知识的学习与掌握不是通过教师的传授与机械的记忆得到的，而是学习者在一定的情境与社会文化背景下，借助教师和学习伙伴的帮助，利用必要的学习资源，通过意义建构的方式而获得的。
（2）新型的教学模式要求教师与学生在教学活动中都要改变自己的传统角色地位。
按照以学生为中心的教学模式，要求学生在学习过程中从以下几个方面发挥主体作用：
①教学活动中要让学生用探究法、研究性学习去建构对客观现实的认识。
②要求学生将目前学习的内容与已知事物建立联系，并对这种联系加以认真思考（教学活动就是为学生创设一个有利于学习者将学习内容与已知事物联系的环境）。
③在教学活动中学生应主动去搜集、分析、加工、处理有关的信息和资料用于学习过程中的意义建构。
（3）教师在教学过程中应发挥以下指导作用：
①激发学生的学习兴趣，帮助学生形成学习动机。
②通过创设符合教学内容要求的情境和提示新旧知识之间联系的线索，帮助学生建构当前所学知识的意义。
③为了使意义建构更有效，教师应在可能的条件下组织学生进行协作学习（开展讨论与交流），并对协作学习过程进行引导，使学习活动向着有利于意义建构的方向发展。
④教师从传统的“传道、授业、解惑”为中心的“教师”角色转变为学生“学习活动的组织者、设计者、帮助者和学习伙伴”的“导师”角色。
建构主义学习理论强调学习环境对学生的自主学习的重要性，认为理想的学习环境有利于促进学习者的意义建构。
CLE是一种用于设计建构主义学习环境的最新模型的简称，该模型由六个部分组成：
①问题（包括疑问、项目、分歧等）：
这是整个CLE设计的中心，学习者的目标是要阐明和解决问题（或是回答提问、完成项目、解决分歧）；
②相关的实例（或个案）：
与问题相关的实例与个案（如法律、医疗或社会调查等方面的实例或个案）；
③信息资源：
与问题解决有关的各种信息资源（包括文本、图形、声音、视频和动画等）；
④认知工具：
主要指在计算机上生成的、用于帮助和促进认知过程的工具，通常是可视化的智能信息处理软件，如知识库、语义网络、几何图形证明树、专家系统等；
⑤会话与协作工具：
使学习者群体可以相互交流、讨论、协商，共同建构问题的意义；
⑥社会背景支持：
在设计建构主义学习环境时要考虑社会文化背景、客观环境、物质条件等方面对于当前学习所能提供的支持。
现代教育技术学认为：
（1）现代信息技术的交互性有利于激发学生的学习兴趣和充分体现学习主体作用。
（2）现代信息技术提供外部刺激的多样性有利于知识的获取与保持。
（3）现代信息技术的超文本特性可实现对教学信息最有效的组织与管理。
（4）计算机网络特性有利于实现培养合作精神并促进高级认知能力发展的协作式学习。
（5）超文本特性与网络特性的结合有利于实现能培养创新精神和促进信息能力发展的发现式学习。
综合以上五个方面的分析可知，以计算机为核心的现代信息技术若能与学科课程加以整合，确实具有优化教育、教学过程的特性，这些特性的集中体现就是能充分发挥学生的主动性与创造性，从而为学生的创新能力的培养营造最理想的教学环境。
物理教学法认为：
教学方法和教学手段是为学生认识物理世界的规律性这一教学目的服务的。
如果说，正确的教学方法是教师对教学规律的自觉运用，那么，有效的教学手段就是教学过程中教学媒体的综合。
物理教学中，常用的传统教学媒体是书本、板书、板画、语言符号、实物、模型、挂图等非技术性媒体；现代信息技术是电视、录相、电子计算机、网络等。
现代信息技术与传统教学媒体恰当组合来传递物理教学信息，可以实现物理教学的最优化。
现代教学论认为：
课堂教学的本质是信息传递过程。
传播者，受传者与教学传播媒体是课堂教学的三个要素。
遵循信息传播、反馈调控的原理，整体性和有序性的整合原则，强化教学媒体传递的力度和作用，优化组合传播者、受传者与教学传播媒体，是提高受传者主动接受转换信息的有力措施，是提高教学效率与效果的有效方法。
心理学理论认为：
从心理学角度来看，现代信息技术的心理意义在于它通过物理刺激量的加强来增加心理感受量，从而提高教学效率和教学质量。
心理实验表明，感觉本身包括运动和变化的成份，它包括内导环节，又包括外导环节。
感觉将言语符号的积极译码作用包括在自己的成份中，而知觉过程的积极性质更加明显，对象知觉不仅具有多种感受器的性质，而且依靠一系列分析器的协同工作更积极地把运动和变化的成份包括在自己的组成之中，而感知物理现象恰恰是学习物理的第一步。
心理实验又表明，学生的视觉运动在知觉物理现象过程中有决定性的作用，不动的眼睛或缺乏运动的眼睛几乎不能知觉由许多组成要素构成的图象和信号。
也就是说，物理现象的知觉是以视觉运动的积极探索为前提的。
正是在这一点上，现代信息技术能提供学生视觉的运动和变化，能动的调节强度，增加了学生在感知物理现象时的视觉运动量和物理刺激量，从而能按幂定律或对数定律的量化关系来增加物理现象的心理感受量。
物理课程论指出:
物理教学离不开现实的物理情境。
但是，学生的直接经验、学校的实验室条件，都是十分有限的，也不可能让学生做太多的现场参观，因此，切合学习实际的音像资料是十分必要的。
音像资料的收集与选择应该注意以下几点。
1．收集学生难以见到的、有重要物理意义的、展示科学技术发展的实况录像，例如航天发射、大型船闸、蒙古包外的风力发电机、小山村的水磨、激光手术等。
2．利用快录、慢录、显微摄影等技术手段拍摄的音像资料，向学生展示物理过程的细节。
例如，利用慢录快放展示颜料在液体中的扩散；用快录慢放展示足球受力后的形变及运动方向的变化。
3．收集课堂上难以完成的实验录像资料。
例如用磁悬浮表现超导；以粗铁丝作棱，以薄橡胶膜作面做成中空立方体，放到水中表现液体内部各个面的受压情况。
音像资料可以使用一些动画对科学知识进行说明，但不宜过多。
音像资料的主要功能应该是帮助学生接触科学现实。
投影片、挂图是展示物理情境的有效手段，应该继续开发这方面的教学资料。
计算机多媒体软件以其交互性和超文本链接的能力显示了它在科学教育中的巨大发展潜力。
在物理课的学习中提倡智能型软件，学生输入条件后它按照科学规律自动给出正确的情境。
例如，凸透镜的焦距由学生给定后，用鼠标拖动“物体”，计算机就按科学规律给出物体的像，其位置、大小、正倒、虚实都由机器正确地呈现出来。
这种教学软件可以丰富学生对于物理情境的感性认识，深化对于科学规律的理解。
对于中学实验室中不能完成的实验，这类软件的意义更为重要。
五、研究目标和研究内容
研究目标
本研究是一项试图对中学物理教学进行整体性变革的探索性研究，我们将目标划分为如下部分：
1、构建现代教育技术与物理课程整合的操作策略、模式体系、评价体系以及教学资源库。
2、探索网络环境下学生自主学习与协作学习的最佳途径。
3、寻求适应现代教育技术与物理课程整合的软件开发新路。
4、在物理教学中利用现代教育技术创设物理课程情境，丰富物理教学内容，激发学生的学习动机，培养学生学习物理的兴趣，发展学生的科学探究能力、自主学习能力、协作学习能力、以及获取信息和处理信息的能力，培养学生良好的科学态度和科学作风，促进学生素质的全面发展。
5、涌现一批具备现代教育理念，熟练掌握应用现代教育技术，并具备教育科研能力的新型教师。
研究内容
总的来说，本课题研究的主要内容为现代教育技术与物理课程整合时的教学体系构建和教学资源库建设。
课题研究涉及到现状与发展、教学思想、教学策略、教学目标、教学模式、教学手段、教学评价等各个系统。
围绕着“现代教育技术与物理课程整合研究”这一基本内容，可开展如下一些专题性的研究（即子课题研究）。
1、现代教育技术与物理课程整合的现状和前景的调查研究
在上世纪90年代，一些发达国家已经进行了现代教育技术与课程教学整合的研究探索，并已取得一定的成效，先后开发出了“支架式教学法”、“抛锚式教学法”和“随机进入教学法”等教学方法。
在我国，也有一些学校在进行现代教育技术与课程教学整合的尝试。
本专题应通过调查研究，掌握国、内外在这一研究方向上取得的研究成果和成功经验，了解国内外在这一研究方向上存在的疑难困惑，展望这一研究方向的发展前景，为课题组确定研究切入点，以及深入开展课程研究奠定基础。
2、现代教育技术与物理课程整合的教学模式与教学策略研究
教学模式是指在一定的教育思想、教学理论、学习理论指导下，在某种环境中展开的教学活动进程的稳定结构形式。
它是教育思想、教学理论、学习理论的集中体现。
如何利用建构主义学习理论和新的课程改革理念及课题研究目标来构建现代教育技术与物理课程整合的基本教学模式，是课题研究的重点内容。
构建基本教学模式时应根据不同的现代信息技术手段来确定教学模式的种类。
一般来说，可考虑构建以下四种基本教学模式：
①基于传统媒体和现代媒体结合的“多媒体组合课堂教学模式”；
②基于计算机多媒体技术用于课堂教学的“多媒体计算机辅助教学模式”；
③基于互联网络的“网络教学模式”。
④基于计算机仿真技术的“虚拟现实教学模式”。
在构建基本教学模式时，应同时研究如何在教学中为学生的自主学习提供教学策略[如建模（行为建模，认知建模）策略、教练策略、支架策略等]支持，以及如何优化课堂教学组织形式等。
在构建课堂教学模式时，还可借鉴国外比较成熟的教学方法（如支架式教学法、抛锚式教学法和随机进入教学法等）中的教学设计思想。
3、现代教育技术与物理课程整合的教学模式与传统教学模式的比较研究
“比较”是确定研究对象之间差异点和共同点的思维过程与方法。
比较研究不是简单的找出两种教学模式的异同点，而是要通过对两种不同教学模式的比较研究，进一步拓宽视野，开阔思路，更新观念，发现新的可供深入研究的内容。
研究过程中可对两种教学模式的以下方面进行比较研究：
①教学目标；②教学过程；③教学手段；④设计教学模式时所依据的教育理论；⑤教学方法；⑥课堂上的师生关系；⑦课堂教育情境创设；⑧课堂教学评价标准；⑨其他方面。
通过以上的比较研究，要找出两种模式的相同点和差异点，从科学性与合理性的角度对两种模式的不同侧面进行评价，提出深入研究的方向，使教学方法改革在传统教学的基础上做到“扬长补短，逐步优化”。
4、网络环境下学生的自主学习和协作学习的研究。
自主学习是学生自主进行知识建构意义建构的学习模式，其核心是要发挥学生学习的主动性、积极性，充分体现学生的认知主体地位和作用，使学生由被动接受信息刺激转变为信息加工的主体和知识意义的主动建构者。
协作学习是学习者以小组形式参与，为达到共同的学习目标，在一定的激励机制下为获得最大化个人和小组习得成果而采取的一切相关行为。
在协作学习中，学习者之间协同工作并共同分享学习目标，取得成功的关键是每一个参与协作的人都获得成功。
网络具有资源丰富，交互方式多样，传输方式灵活，资源高度共享等特点，在网络环境下开展学生自主学习和协作学习，将有利于促进以“学生为中心”的教学模式建构，有助于积极的探究性学习，有助于将学生学习置于现实生活的背景之下。
开展本专题研究时，要探究如何让学生自主获取网上资源（教师要根据探究课题，向学生提供网站和数据库的索引，以实现课程信息由单向传递向双向交换转变），自主利用网络资源进行探索和发现；探究如何让学生通过网络的交流功能，通过在线谈论和在线答疑方式延续学习过程和进行深入讨论；探究如何构建以学习为中心，以情境创设为前提，以问题驱动为导向的自主学习模式；以及如何构建生生互动、师生互动、学习者和学习媒介互动的学生协作学习模式。
还要探究网络环境下学生如何开展物理研究性学习；探究网络环境下的“教”与“学”、“师”与“生”的关系定位等等。
5、物理实验室中的现代信息技术应用研究。
《物理课程标准》指出：
“《标准》的很多教学内容要求通过科学探究活动来学习，因此应该逐步做到大部分物理课在实验室中进行，要为达到这一目标创造条件。
”为了让学生的科学探究活动能适应信息时代，应该深入研究现代信息技术在物理实验室中的应用。
本专题应研究计算机传感技术和实时测量技术（包括接口电路、转换器、传感器、模/数转换器以及放大电路的应用）在学生实验中的应用途径；以及如何用Excel、Access等数据处理软件处理物理实验数据；如何用计算机评价物理实验数据等内容。
6、现代教育技术与物理课程整合的应用软件研究。
本专题研究包括教学资源库建设，对已有软件的创造性应用及新型应用软件开发三大部分。
（1）教学资源库建设
构建开放性的现代教育技术物理资源库能给广大物理教师创设物理情境提供丰富的素材和资源，能为广大物理教师自己开发教学软件提供极大的方便，能为各级学校节约重复开发所需的人力和财力投入。
因此，要从理论上对资源库建设的最佳形式进行探讨，并要根据课题研究的总体要求，按照新的物理课程准建设完善的初、高中各个年级的现代信息技术资源库（包含网络资源库）。
（2）随着现代教育技术在中学日益普及，市场开发出的物理应用教学软件种类也越来越多，这些教学软件给物理教师的教学带来了很大的方便。
已有的教学软件虽然不乏成功之作，但有大量的教学软件存在教学设计思想陈旧。
交互性能较差，不利于学生进行探究性学习等缺陷。
本专题要对已有物理教学软件的创造性应用进行深入研究，通过研究，一方面要发掘出这些已有软件的价值，另一方面要为开发新的教学软件提供借鉴。
（3）随着物理课程改革的深入进行，物理教学理念和教学设计思想也发生了新的转变，在原有教学理念指导下开发的软件已不能适应新的要求，有必要对开发新课程理念下的物理教学软件进行深入探讨，本专题要以建构主义理论和现代教育技术学指导新型软件开发研究，通过研究，探索出具有方法论价值的新型软件（包括演示型软件，自主学习型软件、模拟实验型软件、训练复习型软件、教学游戏型软件、资料工具型软件以及网络型软件等）设计原则、制作方法以及评价标准。
要在新型软件的设计中，突破简单的演示型辅助模式，重视提问与反馈方式的设计，提供丰富的多媒体资源以及实现软件的超链接结构。
在本专题研究中，还要进行“Authorwere”、“方正奥思”等多媒体开发工具在物理教学中的应用研究，以及“WebcL”等网络教学支撑平台在物理教学中的应用研究，并将研究成果进一步推广。
7、计算机仿真技术在物理教学中的应用研究
Flash、几何画板等计算机软件开发工具能开发出逼真的、模拟实际实验现象的教学软件，并能够进行时空拓宽、动态分析、图景展示、静态强化、构建立体模型，模拟细微现象等工作。
因此，应深入研究这些软件开发工具在辅助物理实验教学方面的应用途径，并在广大中学物理教师中大力推广它们的使用方法。
8、现代教育技术与物理课程整合的评价研究。
本专题要在物理课程标准与建构主义学习理论指导下，研究出在现代教育技术与物理课程整合的前提下，科学评价教师课堂教学与学生探究学习的评价体系，设计出切实可行的评价方法，使评价成为促进“教”与“学”的有利手段。
9、现代教育技术在物理知识考试和技能考查中的应用研究
本专题主要研究如何运用现代教育技术进行物理学科知识考试，如制作包含有智能试题库的测试网页并在课堂上对学生进行网上测试，由网络即时将测试结果反馈给师生，以便教师根据测试情况迅速调整教学策略。
本专题还研究如何运用录像技术和计算机实时测量技术考查学生的实验理解能力和实验操作能力，如选择实验仪器、电路连线、采集并处理实验数据、实验步骤排序、查找实验疏漏、排除实验故障、调试实验仪器等。
五、研究策略
研究路径
本课题采取了“总体设计，多端切入；统一要求，分题研究；课题做小，研究求深；多题结合，优势互补；多方合作，协同攻关；求真务实，突出特色”的研究路径。
1、总体设计，多端切入
本课题由罗维治教授牵头，进行总体设计，提出研究目标和主要内容。
各子课题组依据本地实际，根据所选专题制定研究方案，多端切入课题研究。
2、统一要求，分题研究
作为一个整体性的大课题，需要在研究目标、内容和研究进程及其管理上有统一的要求。
各子课题组既要按照统一要求进行各自的课题研究与实验，又要在各自的专题研究中发挥自己的优势，以创新精神搞好自己的研究。
3、课题做小，研究求深
本课题是较大的课题，但可对研究工作做必要的分解。
对从事专题研究的单位来说，专题不求其大而求其深、求其新。
各子课题组要从实际出发，量力而行，尽力而为。
4、多题结合，优势互补
各子课题组在研究过程中要加强协作，及时交流研究心得与成果。
做到相互渗透，相互支撑，相互为用，优势互补。
5、多方合作，协同攻关
本课题研究难度较大，需要聚集全省各级教研部门和一批有代表性的中学的研究力量。
总课题组除了要做好课题的组织管理工作、培训实验教师，在课题研究的各个阶段组织集中进行总结和研讨外，还要与子课题组保持经常的联系，到第一线指导课题研究，共同解决子课题组在课题研究中遇到的困难和问题。
各子题组也要积极主动向总课题组汇报情况，争取支持。
6、求真务实，突出特色
坚持科学的态度，实事求是进行研究。
各子课题组要根据本课题实际，找准切入口，确定研究方向，突出自己的特色，以创造出富有个性的研究成果。
研究方法
本课题采用了调查研究法、文献研究法、经验总结法、行动研究法等方法开展研究。
研究过程中坚持把解决实际问题放在首位。
同时，在研究中注意把全面总结与个案研究结合起来，做到了边研究，边实践，边推广。
1、调查研究法
通过问卷调查、实地调查、走访、座谈等方式，全面了解我省中学现代教育技术装备现状及在中学物理教学中的应用情况，了解物理教师在应用现代教育技术进行物理教学方面存在的困难，收集物理教师对现代教育技术与物理课程整合工作的需求与建议。
2、文献研究法
广泛查阅国内外有关现代教育技术与物理课程整合的论文、著作、报道等，寻找本课题实施的理论依据以及可资借鉴的优秀经验。
通过文献研究启迪课题组成员的思想，开阔研究思路。
3、经验总结法
我省有一些学校在现代教育技术与物理课程整合方面积累了相当的经验，对这些经验进行及时地挖掘和总结，并上升为理论成果或应用规律，为其他单位开展此项课题研究提供榜样和借鉴。
4、行动研究法
在研究过程中坚持对课题研究工作的经常性总结与反思，发现和分析课题研究过程中存在的缺陷与问题，及时修正课题研究思路与方案，使课题研究循着正确的方向进行。
七、研究过程
本课题于2003年11月30日被立项为湖南省教育科学“十五”规划资助课题。
课题研究周期为4年，至
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