信息技術(shù)與高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合效果實(shí)踐研究＊——以整合“高二物理實(shí)驗(yàn)”為例

陳衛(wèi)國 湯 捷

（北京師范大學(xué)貴陽附屬中學(xué) 貴州 貴陽 550023）

1 問題的提出

新課標(biāo)、新教材賦予實(shí)驗(yàn)教學(xué)新的內(nèi)容和要求.高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)明確要求：從課程目標(biāo)的三個(gè)維度來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程［1］.

2 問卷調(diào)查和前測統(tǒng)計(jì)

2.1 調(diào)查目的

就學(xué)生對信息技術(shù)的了解、傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法設(shè)計(jì)調(diào)查問卷.前測統(tǒng)計(jì)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

在湖南省示范性高中（株洲縣第五中學(xué)）選取高二一個(gè)班為實(shí)驗(yàn)班（命名1班），相應(yīng)選取另一個(gè)班為控制班（命名2班），進(jìn)行信息技術(shù)與高二實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合模式實(shí)踐對比研究.

2.3 前測成績統(tǒng)計(jì)及分析

高二以其高一學(xué)年結(jié)束期終成績作為前測成績.統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1.

對株洲縣第五中學(xué)高二（1）、（2）班學(xué)生的前測平均成績采用SPSS［1］獨(dú)立樣本t檢驗(yàn).t檢驗(yàn)結(jié)果顯示：經(jīng)雙側(cè)t檢驗(yàn)，P值為0.723，表明高二（1）、（2）兩個(gè)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(jìn)行信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合教學(xué)實(shí)踐.

表1 學(xué)生前測成績均值的差異一覽表

3 實(shí)驗(yàn)研究

3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募凹僭O(shè)

本實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟跈z驗(yàn)：信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合教學(xué)模式是否能有效提高高二學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)水平，是否是高效學(xué)習(xí)物理的一種有效形式.

本實(shí)驗(yàn)的基本假設(shè)是：結(jié)合一定的物理情境，采用信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合教學(xué)模式教學(xué)可以提高學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)水平和應(yīng)用信息技術(shù)的能力.

結(jié)果主要通過學(xué)習(xí)成績來體現(xiàn)，同時(shí)輔以收集任課教師的反饋意見.

3.2 實(shí)驗(yàn)對象

對上述選取對象進(jìn)行分析，我們得出同一個(gè)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)班和對照班學(xué)生的前測成績沒有顯著性差異.故而取選取對象為實(shí)驗(yàn)對象.

3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)采取單因素前后測設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)法，自變量為信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合教學(xué)模式，因變量為學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰退降奶岣撸罱K反映在學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)水平的提高上，主要通過后測即高二學(xué)年結(jié)束（2012年6月）物理實(shí)驗(yàn)成績來體現(xiàn).

3.4 實(shí)驗(yàn)實(shí)施的教學(xué)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一個(gè)學(xué)年（2011年9月 ～2012年6月），教材采用人教版高中《物理》教材［3］.

3.5 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)班教師以信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合思想指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，在實(shí)驗(yàn)班采用了信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合模式進(jìn)行教學(xué)，對照班采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式.

教學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前，初步擬定了實(shí)施方案，然后向合作的物理教師介紹了此次實(shí)驗(yàn)的目的、方法，為了讓參與合作的教師能在教學(xué)中更好地對我們的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)施，在聽取他們建議的基礎(chǔ)上根據(jù)各個(gè)實(shí)際情況對方案做了相應(yīng)的變動.但實(shí)驗(yàn)班的大部分教案由筆者與任課教師協(xié)商確定.

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，筆者收集考試成績并進(jìn)行結(jié)果統(tǒng)計(jì)，對此次實(shí)驗(yàn)教學(xué)作分析研究，總結(jié)此次實(shí)踐研究的得失.

教學(xué)案例：“電容器充放電”傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字實(shí)驗(yàn)的整合

問題：傳感器整合定性實(shí)驗(yàn)，定量探究電容器充、放電過程（放電電流與時(shí)間關(guān)系）.

教師活動：蘇威爾數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測繪電容器在2V，4V，6V電壓下的充、放電曲線.

演示：連接電路，電流傳感器、電壓傳感器與smart數(shù)據(jù)采集器連接，數(shù)據(jù)采集器與電腦連接，如圖1所示.進(jìn)入蘇威爾DIS軟件，打開實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉半娙萜鞯某浞烹姟边M(jìn)行實(shí)驗(yàn).

圖1 測繪電容器充放電的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

（1）打開活頁夾，設(shè)置“I－t”關(guān)系及其他設(shè)置，點(diǎn)擊“開始”，閉合開關(guān)至“1”充電.

（2）在電壓穩(wěn)定后將開關(guān)轉(zhuǎn)至“2”，觀察放電現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)圖像如圖2.

圖2 放電電流圖像

學(xué)生活動：

（1）觀察演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（充、放電時(shí)小燈泡的亮、暗情況和電腦屏上得到的圖像形狀，與自己猜想比較）.

（2）思考電流 －時(shí)間軸所圍面積的物理意義.

（3）電容器帶電荷量Q與極板電壓U的關(guān)系.

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

（1）電容器是儲存電荷的裝置.電容器在充、放電的過程中，伴隨能量的轉(zhuǎn)化.電容器的電壓增大，極板帶的電荷量增多，但是電荷量與電容器兩極板間的電壓比值不變.

在整合實(shí)驗(yàn)中，我們不改變原來傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基本結(jié)構(gòu)，同時(shí)引入DISLab系統(tǒng)，在原來的電路中加裝電流和電壓傳感器通過數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接.這樣，既能保證從燈的亮暗變化上直觀感知電容器的充、放電情況，又能及時(shí)獲取詳盡、準(zhǔn)確的電流、電壓數(shù)據(jù)并生成圖像.通過對比圖像，一方面較好地體現(xiàn)了結(jié)果的直觀性，同時(shí)也克服了主觀判斷的不準(zhǔn)確性，另一方面用數(shù)據(jù)說話也是科學(xué)探究的基本原則.

3.6 實(shí)驗(yàn)程序

前測：以高二學(xué)期結(jié)束期終的成績作為前測成績.

后測：以2012年5月底進(jìn)行的株洲市第四次模考成績作為后測成績.

4 統(tǒng)計(jì)結(jié)果及分析

經(jīng)過一個(gè)學(xué)年的教學(xué)實(shí)踐，在2012年6月取得各實(shí)驗(yàn)班的后測成績，使用SPSS19對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)分析如下.

4.1 實(shí)驗(yàn)班與控制班物理測驗(yàn)成績的均值差異比較（采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)）

高二（1）、（2）班成績統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見表2和表3.

表2 組統(tǒng)計(jì)量

表3 獨(dú)立樣本檢驗(yàn)

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：高二（1）班的成績平均60.28分，高二（2）班的成績54.70分 .

高二實(shí)驗(yàn)班與控制班后測成績經(jīng)SPSS獨(dú)立樣本雙側(cè)t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示：P＝0.042，小于0.05，說明在0.05的水平上差異顯著.表明實(shí)驗(yàn)班和對照班成績均值差異顯著.

4.2 實(shí)驗(yàn)班與控制班物理測驗(yàn)成績的前后測配對樣本檢測比較（采用配對樣本t檢驗(yàn)）

高二配對樣本t檢驗(yàn)見表4.

表4 成對樣本檢驗(yàn)

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：配對樣本t的雙側(cè)檢驗(yàn)得：P1＝0.000，P2＝0.071，其中實(shí)驗(yàn)班的結(jié)果為0.000遠(yuǎn)小于0.05，即實(shí)驗(yàn)班前、后測成績差異性極其顯著，整體效果非常明顯；控制班的為0.071大于0.05，說明僅僅依靠傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，前、后測差異性沒有那么顯著.

4.3 不同水平的學(xué)生教學(xué)效果分析（采用配對樣本t檢驗(yàn)）

從上面獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：信息技術(shù)與高二物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合教學(xué)模式對不同層次學(xué)生整體上較傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式顯現(xiàn)出更高效益.為更具體研究信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合教學(xué)模式對一個(gè)班中不同層次學(xué)生的效果，我們現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)班和控制班被試按高、中、低分組，進(jìn)行高、中、低分組實(shí)驗(yàn)前后差異比較.（高、中、低分組劃分標(biāo)準(zhǔn)：按成績降序排列，取成績前20%學(xué)生為高分組，后27%為低分組，其余中分組）

高二（1）、（2）班高、中、低分組的成績統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表5.

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：配對樣本t的雙側(cè)檢驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)班（1）中高、中、低分組分別為P1＝0.557＞0.05，P3＝0.000＜0.05，P5＝0.003＜0.05，即信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合教學(xué)模式在實(shí)驗(yàn)班中，高分組學(xué)生無顯著差異，但對中、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＝0.693＞0.05，P4＝0.330＞0.05，P6＝0.075＞0.05，即控制班中高、中、低分組在0.05的水平上沒有顯著性差異.

5 研究結(jié)論

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果和t檢驗(yàn)結(jié)果，可以得出這樣一些結(jié)論.

（1）信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合教學(xué)模式是與物理新課程標(biāo)準(zhǔn)匹配、適應(yīng)學(xué)生接受能力的一種有效、高效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式［4］.大部分高中物理傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是定性與半定量的，數(shù)據(jù)由人眼觀察與手工記錄，無法及時(shí)采集任意數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是相對離散或者定性的.而DISLab系統(tǒng)通過與計(jì)算機(jī)連接的傳感器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間上細(xì)微過程的數(shù)據(jù)自動記錄，記錄具有時(shí)間連續(xù)性，實(shí)現(xiàn)了瞬間變化“可視化”.它的實(shí)時(shí)性、高精度和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，正可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的缺憾.因此，它能夠激發(fā)廣大學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生的物理素質(zhì).并且，它與新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)的發(fā)動學(xué)生探究、建構(gòu)的精神是內(nèi)在統(tǒng)一的.

表5 成對樣本檢驗(yàn)

（2）從高二實(shí)踐結(jié)果看，就整體教學(xué)效果而言，實(shí)驗(yàn)班成績均值比控制班高.同時(shí)，就實(shí)驗(yàn)班與控制班物理測驗(yàn)成績前、后測配對樣本t檢驗(yàn)，顯示實(shí)驗(yàn)班前、后測成績差異性極其顯著，整體效果非常明顯；而控制班僅依靠傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，前、后測差異性沒有那么顯著.進(jìn)一步對不同水平學(xué)生教學(xué)效果分析（采用配對樣本t檢驗(yàn)）顯示實(shí)驗(yàn)班（1）中，高分組學(xué)生無顯著差異，但對中、低分組顯示出顯著性差異.控制班（2）中高、中、低分組在0.05水平上沒有顯著性差異.

雖然高分組學(xué)生在掌握知識水平上兩種實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)無顯著差異，但調(diào)查訪談發(fā)現(xiàn)其信息獲取能力上明顯高于傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì).對低學(xué)業(yè)水平學(xué)生，先前知識不足，自身表征系統(tǒng)簡單、系統(tǒng)性差，自我監(jiān)控能力弱.由于計(jì)算機(jī)認(rèn)知工具模式多方面提供表征，加強(qiáng)了自我監(jiān)控，因此在掌握知識的水平和信息獲取能力上表現(xiàn)均顯著優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)中低學(xué)業(yè)水平學(xué)生.此外，通過對學(xué)生訪談得知，信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合的教學(xué)設(shè)計(jì)下，學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容興趣濃厚，希望以后教學(xué)多采用這種形式.通過平時(shí)教學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)學(xué)生使用信息工具篩選信息能力增強(qiáng)了.

信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合教學(xué)模式能夠優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)，提高課堂教學(xué)效率與效果，對中、低學(xué)業(yè)水平學(xué)生，實(shí)驗(yàn)班明顯優(yōu)于控制班，且對低學(xué)業(yè)水平學(xué)生差異更加顯著.能夠解決在傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境下不能解決的問題.可以改變實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，也可以同時(shí)進(jìn)行連續(xù)不同實(shí)驗(yàn)條件下模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的對比，多方位觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，易于得出和深刻體會實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合教學(xué)模式，可以幫助學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容感興趣，激發(fā)學(xué)生研究問題的欲望，變被動接受知識為主動學(xué)習(xí)，在主動參與的過程中，逐步提高探究問題的能力.可以充分利用網(wǎng)上資源，提高學(xué)生獲取信息的能力，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng).可以對學(xué)生進(jìn)行因材施教，在教學(xué)與評價(jià)過程的結(jié)合中，自主地進(jìn)行自我認(rèn)識、自我調(diào)整.

總的來講，這次信息技術(shù)與高二實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合教學(xué)模式實(shí)踐，雖然不一定能完全準(zhǔn)確反映高二學(xué)生知識水平方面還是遷移能力方面提高的實(shí)際情況，但一定程度上可以說明，采用該教學(xué)模式不僅有利于學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維能力，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，而且能培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使其形成良好的情感態(tài)度與價(jià)值觀，同時(shí)也說明信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合教學(xué)模式是實(shí)踐上可行的、可操作的教學(xué)模式.總之，這次在高二進(jìn)行的信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合的教學(xué)模式實(shí)踐是比較成功的.

1 中華人民共和國教育部.物理課程標(biāo)準(zhǔn).北京：人民教育出版社，2004

2 楊曉明.SPSS在教育統(tǒng)計(jì)中的應(yīng)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·選修3－1.北京：人民教育出版社，2010.6

4 Figuring Physics.THE PHYSICS TEACHER.Vo1.37.Feb.1999：22