课题CAI在初中物理新课程中的应用.docx

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课题CAI在初中物理新课程中的应用

课题：

CAI在初中物理新课程中的应用

CAI在初中物理新课程中的应用

一摘要

1中文摘要

本文结合初中物理新课程的基本理念，结合多媒体CAI的基础理论，特别是建构主义理论，就初中物理新课程中怎样应用多媒体CAI，做了一些探讨。

尤其是对于新课程标准中所强调的科学探究方面，提出了多媒体CAI五个方面的具体应用：

展示情境，提出问题，"从生活走向物理"；帮助学生相互交流，分享信息、创意和成果；培养学生的想象力；培养学生的观察能力；展示物理知识在生产生活中的应用，"从物理走向社会"。

本文还提出，使用电脑辅助教学，重要的意义在于我们可以更好地用建构主义的思想来进行教学设计；运用多媒体CAI的时候，应该灵活使用，不要让教学的思路受到CAI的限制。

关键词：

多媒体CAI建构主义新课程基本理念

2英文摘要

Abstract

Basedonestablishing-structuralismandthebasisprincipleofnewcourseinjuniormiddleschoolphysics,thispassagediscussed"howtouseCAIinphysicscourse".

CAIisusefulinphysicscourse,especiallyinscienceinvestigationaspect:

weshouldhelpstudentstodiscoverfromtheobservationofthedailylife;weshouldhelpthestudentstocommunicateandshareininformation,todeveloptheabilityofthinking,todeveloptheabilityofobservation,tounderstandtherelationofscience,techniqueandsociety（STS）.

Noticeably,weshoulduseCAIforthepurposeofstructureknowledge;weshouldgivestudentsvividlessonswhenapplyingCAI.

Keywords:

MultimediaCAI

Establishing-structuralism

Basisprincipleofnewcourse

二前言

初中物理课程改革正在各个实验区开展实验，为新课程的修订、完善和推广创造条件，积累经验。

新的课程标准突出研究性学习。

研究性学习注意培养学生自主学习，主动探究解决问题的意识，同时倡导通过积极良好的情感体验，培养学生团队精神与合作意识，并逐步发展他们与他人交流和经验共享的能力。

在这些方面，CAI（计算机辅助教学）大有可为，特别是研究性学习中，多媒体课件扮演着重要的角色。

电脑多媒体用于教学，不止是作为知识传递的技术手段，在这里更主要的是从培养学生的能力，特别是培养学生探究问题的能力方面入手，来应用电脑课件。

好的课件未必就能获得好的教学效果，关键在于怎样应用它，来达到教学目标。

我们应该用CAI帮助学生从日常生活、自然现象或实验现象的观察中发现、提出与物理学有关的问题，从生活走向物理；帮助学生相互交流，分享信息、创意和成果；充分利用CAI创设想象的情境，提供想象的素材，诱发学生的创造性想象；培养学生的观察能力；用多媒体CAI来加强物理课程与日常生活、技术应用及其它学科的联系，"从物理走向社会"。

在课程改革过程中，在电脑技术迅速发展普及的今天，如何应用CAI，是值得我们探讨的。

三第一部分CAI的理论依据

自从1959年美国IBM公司研制成功第一个CAI（ComputerAssistedInstruction即计算机辅助教学）系统，从而宣告人类开始进入计算机教育应用时代以来，计算机辅助教学的理论基础曾有过三次大的演变：

[1][2]

一、行为主义学习理论

第一次是以行为主义学习理论作为理论基础，时间是从60年代初至70年代末。

这是计算机辅助教学的初级阶段。

由于早期的CAI是由"程序教学"发展而来，其创始人是行为主义心理学家斯金纳，因此在计算机辅助教学发展的初期，其理论基础也就不可避免地要打上行为主义学习理论的深刻烙印。

它是基于这样一个前提：

学习起因于对刺激的反应?

quot;在CAI课件设计中，基于框面的、小步骤的分支式程序设计，多年来一直成为CAI课件开发的主要模式，并且沿用至今，就是行为主义影响的明显例证[3]。

"

二、认知主义学习理论

第二次是以认知主义学习理论作为理论基础，时间是从70年代┲?

0年代末，这是计算机辅助教学的发展阶段。

在CAI课件设计中，人们开始注意学习者的内部心理过程，开始研究并强调学习者的心理特征与认知规律，不再把学习看作是对外部刺激被动地做出的适应性反应，而是把学习看作是学习者根据自己的态度、需要、兴趣、爱好，利用自己的原有认知结构，对当前外部刺激所提供的信息主动做出的、有选择的信息加工过程。

三、建构主义学习理论与教学理论

第三次是以建构主义作为理论基础，时间是从90年代初至今，这是计算机辅助教学的成熟阶段。

建构主义的最早提出者可追溯至瑞士的皮亚杰（J.Piaget），他是认知发展领域最有影响的一位心理学家，他所创立的关于儿童认知发展的学派被人们称为日内瓦学派。

他坚持从内因和外因相互作用的观点来研究儿童的认知发展。

他认为，儿童是在与周围环境相互作用的过程中，逐步建构起关于外部世界的知识，从而使自身认知结构得到发展。

由于个体的认知发展与学习过程密切相关，因此利用建构主义可以比较好地说明人类学习过程的认知规律。

建构主义学习理论的基本观点认为?

quot;知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过建构意义的方式而获得，认识是不断建构的产物，而建构的过程则依赖于主体的不断活动[5]"。

学习总是与一定的社会文化背景即"情境"相联系的，在实际情境下进行学习，可以激发学生的联想思维，使学习者能利用自己原有认知结构中的有关经验，去同化和索引当前学习到的新知识，从而在新旧知识之间建立起联系，并赋予新知识以某种意义。

在学习过程中帮助学生建构意义就是要帮助学生对当前学习内容所反映的事物的性质、规律以及该事物与其它事物之间的内在联系达到较深刻的理解。

这种理解在大脑中的长期存储形式就是关于当前所学内容的认知结构。

由于学习是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人的帮助，即通过人际间的协作活动而实现的主动建构知识意义的过程，因此建构主义学习理论强调以学生为中心，认为"情境"、"协作"、"会话"和"意义建构"是学习环境中的四大要素或四大属性。

"情境"：

学习环境中的情境必须有利于学生对所学内容的意义建构。

这就对教学设计提出了新的要求，也就是说，在建构主义学习环境下，教学设计不仅要考虑教学目标分析、学习者特征分析以及媒体的选择与利用，还要考虑有利于学生建构意义的情境的创设问题，并把情境创设问题看作是教学设计的最重要内容之一。

"协作"：

协作发生在学习过程的始终。

协作对学习资料的搜集与分析、假设的提出与验证、学习成果的评价直至意义的最终建构均有重要作用。

"会话"：

会话是协作过程中的不可缺少环节。

学习小组成员之间必须通过会话商讨如何完成规定的学习任务的计划；此外，协作学习过程也是会话过程，在此过程中，每个学习者的思维成果（智慧）为整个学习群体所共享，因此会话是达到意义建构的重要手段之一。

"意义建构"：

这是整个学习过程的最终目标。

所要建构的意义是指：

事物的性质、规律以及事物之间的内在联系。

在学习过程中帮助学生建构意义就是要帮助学生对当前学习内容所反映事物的性质、规律以及该事物与其它事物之间的内在联系达到较深刻的理解。

这种理解在大脑中的长期存储形式就是关于当前所学内容的认知结构，也称"图式"。

建构主义不仅形成了全新的学习理论，也正在形成全新的教学理论。

如上所述，建构主义学习理论强调以学生为中心，它不仅要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者；而且要求教师要由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。

这就意味着教师应当在教学过程中采用全新的教学模式（彻底摒弃以教师为中心、强调知识传授、把学生当作知识灌输对象的传统教学模式）、全新的教学方法和全新的教学设计思想，因而必然要对传统的教学理论、教学观念提出挑战，从而在形成新一代学习理论──建构主义学习理论的同时，也逐步形成了与建构主义学习理论、建构主义学习环境相适应的新一代教学模式、教学方法和教学设计思想。

由以上分析可见，CAI理论基础的第三次演变有两大特征：

一是学习理论由一般的认知主义演变为建构主义（目前心理学界公认，建构主义学习理论是认知学习理论的最新发展）；二是不仅强调要以建构主义学习理论作为计算机辅助教学的理论基础，而且也强调要以建构主义的教学理论作为计算机辅助教学的理论基础。

而在此之前（例如在计算机辅助教学的前两个阶段，即初级阶段和发展阶段中）在广大计算机教育工作者中是只强调学习理论（行为主义或认知主义）的指导作用，而往往忽视现代教学理论（尤其是教学设计理论）的指导作用。

尽管在CAI课件的开发过程中（尤其是在CAI课件脚本的编写过程中）实际上离不开教学设计理论的指迹窃贑AI发展的前两个阶段中，许多计算机教育工作者（包括CAI课件开发人员）并未意识到这一点，或者并未自觉地意识到这一点。

这种状况开始有所改变，即认识到CAI课件设计应当重视教学理论和教学规律还是在80年代中期以后的事情（1986年6月美国"教育技术"杂志，第一次用专刊形式开展对这个学术问题的讨论，在讨论中，专家们一致强调，课件开发者应加强对教学理论和教学规律的研究，就是这种状况开始改变的主要标志）。

真正确立教学理论在CAI中的指导地位则有赖于九十年代以来建构主义的迅速发展。

建构主义成为CAI的主要理论基础这个事实，标志着人们对CAI的认识已日益深化、日益全面、日益成熟。

第二部分初中物理新课程基本理念

一、课程基本理念[7]

（一）注重全体学生的发展，改变学科本位的观念

义务教育阶段的物理课程应以提高全体学生的科学素质为主要目标，满足每个学生发展的基本需求，改变学科本位的观念，全面提高公民的科学素质。

（二）从生活走向物理，从物理走向社会

义务教育阶段的物理课程应贴近学生生活，符合学生认知特点，激发并保持学生的学习兴趣，通过探索物理现象，揭示隐藏其中的物理规律，并将其应用于生产生活实际，培养学生终身的探索乐趣、良好的思维习惯和初步的科学实践能力。

（三）注重科学探究，提倡学习方式多样化

物理课程应改变过分强调知识传承的倾向，让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识。

改革以书本为主、实验为辅的教学模式，提倡多样化的教学方式，鼓励将信息技术渗透于物理教学之中。

（四）注意学科渗透，关心科技发展

结合国际科学教育的理论和实践，构建具有中国特色的物理课程体系，注意不同学科间知识与研究方法的联系与渗透，使学生关心科学技术的新进展和新思想，了解自然界事物的相互联系，逐步树立科学的世界观。

（五）构建新的评价体系

物理课程应该改革单一的以选拔为目的的评价体系。

在新的评价观念指导下，注重过程评价与结果评价结合，构建多元化、发展性的评价体系，以促进学生素质的全面提高和教师的不断进步。

二、关于科学探究

科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。

新的课程标准将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。

学生在科学探究活动中，通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习物理知识与技能，体验科学探究的乐趣，学习科学家的科学探究方法，领悟科学的思想和精神。

科学探究的形式是多种多样的，其要素有：

提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作。

在学生的科学探究中，其探究过程可以涉及所有的要素，也可以只涉及部分要素。

科学探究渗透在教材和教学过程的不同部分。

（一）、提出问题：

要求学生能从日常生活、自然现象或实验观察中发现与物理学有关的问题，能书面或口头表述这些问题。

（二）、猜想与假设：

要求学生尝试根据经验和已有知识对问题的成因提出猜想，对探究的方向和可能出现的实验结果进行推测与假设。

（三）、制定计划与设计实验：

要求学生明确探究目的和已有条件，经历制定计划与设计实验的过程，尝试选择科学探究的方法及所需要的器材，尝试考虑影响问题的主要因素，有控制变量的初步意识。

（四）、进行实验与收集证据：

要求学生能通过观察和实验收集数据，能通过公共信息资源收集资料，尝试评估有关信息的科学性，会阅读简单仪器的说明书，能按书面说明操作，会使用简单的实验仪器，能正确记录实验数据，具有安全操作的意识。

（五）、分析与论证：

要求学生能初步描述实验数据或有关信息，能对收集的信息进行简单的比较，能进行简单的因果推理，经历从物理现象和实验中归纳科学规律的过程，尝试对探究结果进行描述和解释。

（六）、评估：

"评估"就是在完成某项工作或在工作到达某一阶段时应该进行反思，检查思路和具体措施，发现错误和疏漏，对自己的探究结果做出评价：

可靠程度如何，误差多大，如何改进等等。

要求学生有评估探究过程和探究结果的意识，能注意到假设与探究结果间的差异，能注意到探究活动中未解决的矛盾，发现新的问题，并尝试改进探究方案，要求学生有从评估中吸取经验教训的意识。

（七）、交流与合作：

要求学生能写出简单的探究报告，能准确表达自己观点，在合作中注意既坚持原则又尊重他人，能思考别人的意见，改进自己的探究方案，有团队精神。

三、应用多媒体CAI才能更好地实现新课程基本理念

物理新课程基本理念是建构主义理论的体现，也是CAI的应用指南。

"物理学研究的是最基本最简单的运动形式的一般规律，以及如何应用这些规律去利用自然改造自然，是观察、实验与科学思维相结合的产物[6]。

"物理课程的学习，要经过实践到认识，再由认识到实践的过程，也就是新课程基本理念里的"从生活走向物理，从物理走向社会，通过探索物理现象，揭示隐藏其中的物理规律，并将其应用于生产生活实?

quot;。

新课程理念认为，"初中阶段的物理教育，目的是培养全体学生的科学素养，而且应该是全面的科学素养，使学生在科学知识与技能，过程与方ǎ楦刑扔爰壑倒鄣确矫娴玫饺娴慕逃齕8]"。

改变过分强调知识传承的倾向，让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识。

以上这些正是建构主义理论的体现。

建构主义学习理论的基本观点认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过建构意义的方式而获得的。

课程理念中的学习方式多样化，正是用多种学习方式为意义建构创造条件，而探究式学习的过程，正是意义建构的过程。

只有多媒体CAI才能更好地实现在教学过程中创设建构主义的学习环境，它可以用来提供大量的信息，创设必要的情境，帮助学生交流与合作，按照物理新课程基本理念进行教学，CAI是必不可少的技术手段。

物理新课程基本理念是建构主义理论的体现，也是CAI的应用指南。

第三部分CAI在初中物理新课程中应用的几个视角

CAI在初中物理新课程中大有可为。

应用CAI可以帮助学生从日常生活、自然现象或实验现象的观察中发现、提出与物理学有关的问题，从生活走向物理；帮助学生相互交流，分享信息、创意和成果；加强与日常生活、技术应用及其它学科的联系，从物理走向社会。

探究式学习中要求的科学想象能力，科学推理能力，掌握科学思想的能力，理解学术观念、驾驭学科知识的能力，获取、利用信息资源的能力，在交流中获取知识、提高素质的能力等等，都是传统教学难以甚至是无法解决的能力培养问题，但恰是CAI应用于教学的长处所在。

在课堂教学中CAI不仅是教师传授知识的教具和助手，也是学生获取知识的学具和学伴、研究问题的工具和导师。

以下，从几个方面来说明CAI在初中物理课程中的应用。

一、展示情境，提出问题，需要用CAI

发现问题和提出问题对科学探究具有重要意义，如果没有发现问题、不能提出问题，科学探究便无从谈起，因此，发现问题和提出问题是进行科学探究的前提，另外，发现问题和提出问题的过程是极具创造性的过程，要想从平常的、已经习惯的事件中发现不平常的因素，这是很不容易的事，它比在现成的问题下寻求解决问题的方法更需要创造性思维。

科学探究的最终目标之一就是发展学生的创造力。

发现问题和提出问题对实现这一目标起着重要的作用。

电脑多媒体课件可以展示物理情境，帮助学生从日常生活、自然现象或实验现象的观察中发现与物理学有关的问题，从生活走向物理。

对发展学生的创造力这一目标起着重要的作用。

对于十三、四岁的中学生来说，受他们的生活阅历的限制，某些自然界、生产和生活中存在的现象，只是在头脑中有很粗浅的认识，情境不够完整，细节不够丰富。

而且自然界的现象，又有很多不可能直接在物理课堂上原样展示。

而应用CAI手段，可以生动、丰富地虚拟情境：

可以用电脑展示静态的文字、画面；还可以展示动态的录像片段、动画片段，使人有身临其境的感觉，帮助学生从日常生活、自然现象等来发现问题。

有利于激发学生的联想思维，让学生在生活、自然情境中发现有趣的物理问题。

例如：

《凸透镜成像》一节课里，我们可以这样应用CAI：

展示物理情境帮助提出问题，用CAI演示出相机、放大镜、幻灯机、电影放映机等的结构共同点（都是用凸透镜），并展示所成像的不同点。

学生发现像是不同的，进而提出问题：

它们的像有何不同，为何造成这些不同？

《速度的变化》[15]一节课里CAI的应用：

用CAI演示百米赛跑，展示物理情境帮助提出问题（到底是否是匀速，还是时快时慢？

由此引起争论，进而提出问题：

怎样测定运动物体在某一段的平均速度）从生活走向物理。

《声音的发生与传播》：

一节课里CAI的应用：

展示物理情境，自然界中的发声体，通过对它们的观察，发现或猜测出发声体在振动。

提出问题：

声音是由物体的振动产生的吗？

二、帮助学生相互交流，分享信息需要用CAI

建构主义认为，协作学习环境以及学习者与周围环境的交互作用，对于学习内容的理解（即对知识意义的建构）起着关键性的作用。

这是建构主义的核心概念之一。

分享与合作的意识与能力是现代人所应具备的基本素质。

在以往的课堂教学情境中，学生间的交流与合作缺少充分的机会与条件，新课程基本理念所提倡的研究性学习要为学生提供一个有利于沟通与合作的良好空间，学生得以在这个过程中发展乐于合作的团队精神，学会交流和分享研究的信息、创意及成果，并在欣赏自己的同时，也学会欣赏别人[12]。

这些离不开多媒体CAI。

在学生口头、书面充分表达自己的想法，与其他同学交流以外，用电脑帮助展示那些复杂、繁多的学生猜想、假设和方案，可以更好地帮助学生之间的交流与合作，分享信息、创意和成果。

例如：

《声音的发生与传播》[16][17]这一节课里，为帮助学生之间更好地交流，可以这样应用CAI：

关于声音的速度，安排学生课下设计测量声音速度的方案，然后收集学生的设计方案，其中有代表性的，教师将其设计成FLASH动画，在下次课堂上形象地展示，使学生学会交流和分享研究的信息、创意及成果，并在欣赏自己的同时，也学会欣赏别人。

同时又可以发动学生对各种方案分析与论证。

能对方案进行简单的比较，进行简单的推理评估，并尝试改进实验方案。

再比如，在CAI教室里，将各台电脑用通信线联接起来，构成局部计算机网络，学生在学习过程中，就可以通过网络向同学提问问题，求得帮助和进行简单的讨论，也可以使用同学的信息资源[3]。

通过这样的学习，学习者群体（包括教师和每位学生）的思维与智慧就可以被整个群体所共享，即整个学习群体共同完成对所学知识的意义建构，而不是其中的某一位或某几位学生完成意义建构。

三、培养学生的想象力需要用CAI

爱因斯坦指出"想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识的源泉[9]"。

在物理教学中，有些物理实验，由于条件限制在课堂教学中无法演示，学生只能从理论上了解，我们可以充分利用CAI创设想象的情境，应用电脑动画进行动态的模拟演示，提供想象的素材，诱发学生的创造性想象，使学生更好地理解这些知识，实现抽象到具体的转变。

比如，机械运动中的相对运动的内容我们即可应用多媒体课件来演示空中加油的情境和等速救护的过程，配上声音的效果，把存在于头脑中的想象情境形象地显示在学生面前。

CAI动态的变化，立体的感觉表达出语言所不能表达的意境，从而诱发学生的创造性想象。

物理教学中的理想化模型较好地反映了事物的基本特征和基本规律，但是在课堂教学中无法演示，学生只能从理论上了解。

地球磁场的磁感线，磁铁磁场的磁感线，光线的概念、电磁波的波形、原子物理等等，我们可以应用电脑动画进行动态的模拟演示，使学生更好地理解这些知识，实现抽象到具体的转变。

在教学中，每当学到磁场这一部分时，总有一部分学生会掉队，研究其原因是因为缺乏空间想象能力，用FLASH可以制作磁场的空间分布，并且通过旋转切割得到各个方向的视图。

（"FLASH是一种专业的标准动画软件，它制作出来的动画是矢量的，制成的文件较小，便于传递，只要画出初、末两个画面，中间的动画过程就会自动产生[10]。

"）物理教学中，许多空间的、渐变的、动态的物理过程的描述，用传统的教学方法很难解决，用CAI就很容易。

教师运用高新技术，其本身就是对学生创造性求知欲的启发和最好的榜样。

从表现形式上来看，多媒体展现的物理过程和控制条件下形成的物理变化以及通过三维立体图像展现的物理情境都会给同学留下充分的想象空间与发挥创造性思维的空间，教师只需稍加点拨，学生有思考的余地和可能，效果自不待言[11]。

四、观察能力培养需要用CAI

观察力是人类智力结构的重要组成部分，敏锐的观察力是科学探究的基础。

CAI可以将物理过程形象、生动、动态、高效地在课堂中展示出来，充分激发了学生的学习兴趣，使学生去认真、仔细的观察，从而激发学生的强烈的探究欲望。

例如在物理教学中，有很多物理现象出现的时间极短，当学生还没来得及看清时，该过程就已经结束。

学生就理解不了其中的本质，给教学带来困难。

如"观察水的沸腾"，要培养学生的观察能力，首先,观察实际的水的沸腾的实验（分组实验）,让各实验小组在观察、讨论的基础上口头，或者书面表达出观察到的现象，然后，我们可以使用数码相机把水沸腾的全过程拍下来，利用计算机播放沸腾的全过程，不易注意到的细节，可以用特写镜头展示，学生从中会发现自己对实物观察的不完备、不准确之处。

经过一些案例的积累，观察能力就会不断提高。

五、物理知识在生产生活中的应用展示需要用CAI

《物理课程标准》提出：

要让学生"了解科学、技术、社会（STS），关心科学发展的前沿，具有可持续发展的意识，树立正确的科学观，有振兴中华、将科学服务于人类的使命感和责任感。

"要求"加强与日常生活、技术应用及其它学科的联系。

"

在物理课程中，教师应通过多种手段，特别是应用CAI，选取结合实际的事例，丰富和充实物理课程的内容。

例如：

《声音的发生与传播》里，学习了声音是由物体的振动而发出的之后，用课件展示振动发声在科技中的应用，按照发展顺序，依次展示唱片、磁带、VCD让学生观察实物后，用课件简要