1、 信息技术与中学实验课程整合【摘要】新世纪，信息技术正不断改变着人们学习，思维的方式。如何将信息技术与中学实验课程整合是近一段时期以来教育界的热点话题。信息技术与实验课程整合的主要任务就是以信息技术为支撑的实验教学新模式的探索。在实验教学信息化过程中，教师面临着实验选题范围狭窄，以信息技术为支撑的实验教学课程设计相对困难等现实难题。本文正是针对实验教学的新特点，对上述问题做了较为深入的探讨。另外，文中还对信息技术与实验课程如何实现有效整合，以及整合的具体模式，网络环境下的教学设计，实验课件设计的理论基础等相关问题作了一定程度的探讨。【关键词】信息技术;实验课程;实验教学技术;网络技术;实验教学
2、改革 引言时代已经进入 21 世纪，这个以知识经济为主体的时代，对知识型劳动者的需求大量增加，人们对知识的欲望空前提高。信息技术在教育领域的普及渗透，使我国教育领域发生着日新月异的变化,使教育信息化迅速明显加快。实验教学作为实践能力培养的重要手段，业已随着信息技术的迅猛发展，信息化速度大大加快。现今实验教学过程中己很少有单纯的传统教学仪器，一般都用计算机做终端，形成新一代智能化实验教学仪器，以弥补传统教学仪器的不足。本文研究的重点正是新形势下信息技术与实验课程的有效整合。实验是科学的基础，是科学发展的动力源泉，实验教学在现代教学中占有重要的位置。实验教学的基本目的是让学习者学习实验的测量方法、
3、学科基本研究方法和科学思维。在中学实验教学中， 学生是实验教学的主体，在实验教学中具有能动性，对实验加以理解和体验；无论是课堂实验还是家庭实验，都成为实验教学资源开发的重要组成部分。从这一角度上讲，学生也是实验教学的一种资源。但是目前中学实验课程中普遍存在的问题是，学生学习兴趣低下，知识面窄，发现问题、分析问题与解决问题，以及动手操作的能力下降，这已成为中学的实验教学迫在眉睫需要解决的问题。开展信息技术与实验教学整合的实践与研究，就是要解决这些问题，寻求现实的可操作性的途径和方案，促进技术优势转化为教学效益，推进信息技术在实验教学过程中的效用，因此信息技术与实验教学整合的实践与研究，具有重要的
4、现实意义。信息技术在实验教学中的应用主要是进行计算机辅助实验教学(CAI)，即利用计算机接口技术、多媒体技术和虚拟仿真技术对实验进行数据采集、储存、处理和监控以及对实验进行模拟、重现的教学过程。充分发挥信息技术的多种优势，与传统实物实验优势互补，化抽象为形象，提高实验的效果。开展计算机辅助实验教学研究，可以解决传统实验教学模式中难以解决的一些问题，是实现实验教学最优化的一个重要途径。信息技术应用于实验课程的教学，其作用不仅是改变传统的实验教学手段，更重要的是将信息化(数字化、多媒体化、智能化和网络化)的教学内容和方式融于实验学科课程教学的过程之中，实现新的更高的教育教学目标和更好的教学效果。信
5、息技术与课程整合将带来课程内容的不断革新，信息技术的高速发展，要求传统的课程必须适应信息化社会发展的要求，增加与信息技术相关的内容并要求各门课程都必须根据时代发展，革新原有课程内容。信息技术与课程的整合将是课程内容革新的一个有利促进因素。信息技术与实验整合，有利于规范实验的操作。实验的基本操作是实验教学的重要内容。学生只有掌握了规范的实验操作，才能保证安全地进行实验和得到准确的结果。利用多媒体可通过视频信息为学生展示规范、严格的操作过程。同时也可以模拟出错误操作后造成的不安全后果。信息技术与实验整合，有利于突破性质实验中的疑难点，物质的性质实验在中学实验中占很大的比重，这些实验中有一部分却属于
6、疑难实验，有的因为反应速度过快稍纵即逝，通过信息技术与实验的有效整合可以放大实验的过程引导学生从多角度进行观察。这些经过信息技术整合后的模拟实验都是物质性质实验的有益补充。信息技术与实验整合可以模拟放大微观过程，促进对基本概念和原理的理解。有些实验的概念和原理比较抽象，这类实验在学生已感知实验事实的基础之上，很难形成理性认识。要真正认识实验现象的本质和规律。信息技术无疑在对促使学生对概念和原理的理解上有明显的优势。通过计算机的模拟功能，用图像化的形式来显示微观运动的动态过程，为学生提供形象直观的感性材料。信息技术引发的新的教学模式正在改变传统的教学观念，希望更多的学校参加到运用新教学模式的实验
7、中来，为 21 世纪信息技术的挑战培养更多的人才本文正是在新课程改革大背景下，探索信息技术与实验课程整合过程中一些所必须关注的问题。教学实验信息化的根本目的是使广大教师和学生充分利用优秀教育信息资源进行教育教学改革，提高现代教育水平，实现培养创造性人才的目标。信息技术与实验课程整合，包含着两个不同层面的内容，它既包含了信息技术与实验学科的整合，又包含了信息技术与具体实验教学的整台，整合的具体模式是我们探讨的重点问题。1. 信息技术与实验课程整合的模式探索教学模式是指在一定的教育思想、教学理论和学习理论指导下，在某种教学环境和资源的支持下的教学活动中各要素之间稳定的关系和活动。由局域网、计算机终
8、端、计算机辅助教学系统及多媒体技术组成的计算机实验教室，正在受到越来越多的学校领导和教师的青睐这种用信息技术装备起来的功能性实验教室，促成了一种新的教学模式的产生，并快速发展影响着新型教学模式的构建。使课堂实验的“教”与“学”合二为一。这是新型教学模式。这是一种以学生为“主体” ，教师为“主导”的新型教学方式。在建构主义教学理念指导下，运用“学教并重”的教学设计理论，完成实验教学课堂设计的构建。1.1 网络技术支持下的小组协作实验学习模式探究基于网络的协作学习是指利用计算机网络，由二名或多名学生针对同一学习内容彼此交流与合作，以达到对教学内容比较深刻理解与掌握的过程。网络为学生提供了一个学习的
9、空间（资源库、电子图书馆、虚拟大学） 。基于网络的协作学习是一种不受时间约束的学习，学生在学习过程中，随时都可以获得在线帮助和学习资源。互联网使任何一个具备上网条件的学习者可以在任何地方、任意时间根据自己的实际情况有选择地学习，这突破了传统的学校教育的时空界限，使得学习、交流、合作在更广阔的空间进行。在传统交往方式下，个体的人际交往往往局限于实际生活的狭小圈子内，难免受种种约束和限制。网络交往有利于个体主体意识、参与意识的提高。网络提供了一个可以畅所欲言绝好空间，这有利于提高行为主体的参与意识和人际交往的主动性。网络给协作学习提供了最好的交流工具，网络教学模式以学生为中心，学习的合作性增强。在
10、传统的面对面教学中，以教师为中心的教学模式已经深入人心，协作过程中，教师的参与、帮助、指导经常有意无意地变成领导、控制，学生的协作变成教师逻辑有序的安排，这与协作学习的宗旨相违背。而在网络环境下，它更强调学生的自主学习，通过伙伴或教师的帮助自主建构知识，因此，网络环境下学生之间的合作性增强。对于创造性较强且需要建立相互合作建立解决问题的机制时，往往采用小组合作式教学策略，例如：在学习物理实验“波意耳定律”时，可以采用学生分组研究、以探索规律的教学方式。学生分成多组，测出多组(P，V)数据，然后输入计算机，利用自己掌握的计算机技术，研究这些数据，寻找规律。这里结论已经不是教学重点，难点在于通过什
11、么途径能够从数据中得出规律。各小组根据自己的擅长选用了不同的方式，有的小组将数据在坐标纸中描点找函数关系,这是传统的也是通常学生能想到的方法；但是有一小组发现了另一种思路，他们在网上找到一个软件，只要输入实验数据，计算机就能作出“P 一 V”函数曲线，再输出该曲线的函数形式；这是学生主动运用信息技术获得的结果。在课程评价阶段，教师将各个小组的实验数据共享在网络上，并由各个小组的学生代表进行自我评价，然后互评，学生相互发表意见。虽然这是一节传统的物理实验课，但这很好的实现了信息技术与传统课堂实验的整合。起到了极好的效果，这一方法体现了学生对实验过程的控制能力，并运用计算机处理数据的能力的得出实验
12、的结果，最后的评价阶段又运用网络支持下的非正式小组座谈会进行，将学生由传统的被动接受地位变成了主动的评价者。 基于网络技术的实验学习合作模式，更利于学生创造性思维的培养，促使小组内学习者对实验积极思考，并多方面交流，利于形成理想的态度性格。这很大程度上培养了学生交流及表达的技能，该方法还是将理论用于实践的理想方法，对学生发挥自己的主观能动性，培养良好的人际关系都有极好的作用。1.2 以多媒体视听技术为基础的集体实验教学模式探索集体教学主要是指在学校班级教学的基础上由于视听技术的引进而形成的一种教学模式。有些在实验过程中难以发现的规律，或者危险性的实验可以通过多媒体技术为支撑如：在稀释浓硫酸的操
13、作中，必须将浓硫酸沿烧杯壁缓缓地倒入水中，而不能将水倒入浓硫酸中。如果实验演示错误操作的后果具有一定的危险性，那么使用计算机课件，用动画的方式模拟出水倒入浓硫酸时的沸腾和四溅现象，会加深学生对这一操作的认识，对学生的实际操作起了良好的指导作用，学生实际动手操作时将有显性认识，不致操作失误。因此多媒体课件可以通过视频信息为学生展示规范、严格的操作过程。同时也可以通过课件模拟出错误操作后造成的不安全后果。再如有的因为反应速度过快稍纵即逝，如钾、钠与水的反应；有的现象模糊不易观察，如胶体的电泳现象；有的实验因条件限制不能完成。这些疑难实验则都可以通过 CAI 课件模拟演示，放大实验的过程。如利用视频
14、信息演示钠与水反应的过程，放侵、定格实验的各个现象，引导学生从多角度进行观察。还可以利用计算机动画模拟出胶体的电泳实验，引导学生观察现象思考电泳的本质。模拟出氟气、氯气、溴分别与氢气的实验，引导学生观察思考它们在反应条件和反应现象上的差别。这些模拟实验是物质性质实验的有益补充。在实验课的集体教学模式中，其教学过程主要是教师以视听媒体作为辅助教学手段或传播手段，把实验的内容展示给学生，并通过相应的评价方式来检验学生的学习结果是否达到预期的目标。这种模式的优点是适合于缺乏经验的学习者，而且需要教师的解释和指导。在不适合学生操作的实验课程学习时，这显然更适合于知识的传授。1.3 以交互式课件为基础的
15、个别化实验教学模式学生用课件自学，根据自己的兴趣和基础进行个别化学习、分析和总结 i 学生与学生之间单向通信交流并可得到教师的个别指导，达成自我意义建构 i 用习题进行在线检测，巩固和深化知识。其特点：利于学生对学习的主动参与、自主控制，使学生能根据自身学习情况制定学习进程，以获得积极的学习情感体验。交互式课件的功能体现在对实验知识结构体系的把握，并能提高学习这设计实验的能力，CAI 课件的交互性和容量大的特点，为建立知识之间的联系和将知识结构化和网络化提供方便。例如化学实验中，气体的制取装置的设计和气体的除杂、干燥以及尾气的处理装置的设计，涉及的气体较多，知识面广，情况复杂，是实验教学中的难
16、点。运用 CAI 课件可以有效地突破此难点。课件设计出各种模拟仪器，利用课件的交互性，要求学生通过计算机进行实验的设计。这样既简单又在有限的时间内增大了学生的思维容量，从而提高学生的实验设计能力。课件还将设计好的实验进行类比，引导学生找出它们的共同之处和各自的特点，从而得出规律，使零散的知识结构化和网络化。在以个别化学习的教学模式中，要求学生在实验中调动一切感知手段去观察、去思考、去实践，而这一切都必须在实际的实验中实现。同时同一个实验因实验者的不同和条件的差异,其过程及现象也不尽相同，甚至实验会失败，但这对实验者也是一种经验的积累,要获取过程。就要动手，而这些是计算机课件无法模拟的。从这个角度而言没有一个实验能完全模拟。所以CAI 课件不能完全代替实验教学，它仅仅是实验教学的补充，起着重要的辅助作用。以信息技术为基础，以个别化学习为目的课件设计是实验教学是一个新的课题，它对课件设计者提出了更高的要求，这不仅要求设计者掌握过硬的信息技术，也必须了解个别化学习的课件设计原则，已达到更好的学习效果。
