中学实验与信息技术的结合教育论文发表

来源：职称驿站所属分类：中学教育论文
发布时间：2014-04-21浏览：12次

　　【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,实验教学改革

　　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、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。

　　2. 信息技术与实验整合过程中，教师角色的把握

　　信息技术与实验课程整合的过程使学生的主体地位得到了发挥，充分调动了学生学习的主动性，教师的角色也出现了根本性地转变，由“台前”走到了“幕后”，是整个学习过程中的辅导者。教师通过参与学生的学习以及评价过程，从而帮助学习者进行协作化学习。教师在整个过程的主要任务有：向学生呈现总体教学目标以及每个实验小组的任务告诉小组成员。告诉学生如何使用利用信息技术获取网络资源;如何通过网络工具与其他成员实现交互;观察学生在学习过程中的表现并作相关记录, 要求学生通过计算机展示成果，组织学生进行在线交流并对学生进行综合评价。

　　信息技术条件下，知识不仅可以通过教师传授得到，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，通过意义建构的方式也可获得。因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”，“会话”和“意义建构”是学习环境中四大要素或四大属性。教师的主导地位在信息技术与实验课程整合的过程中与传统实验教学相比业已发生了重大变化。

　　2.1 以信息技术为支撑选择实验课题

　　在选题之前应首先明确教学目的，进行教学对象分析。了解的信息越多，设计的计划就越完善。确定实验所要解决解决的重点、难点问题，是激发学习兴趣、调动积极性的重要条件，

　　信息技术的优势突出表现培养学生获取信息、处理信息的能力，培养学生自主学习的能力、与同组学习者交流合作的能力，增进所要学的实验与社会生活的现实联系。为此，实验选题通常遵循以下原则：

　　实验信息课堂表现的丰富性，可从网络，图书期刊得到，而课本信息远远不够的;并有大量音像资料和模拟实验资料，以便于在屏幕上建立情境，适宜为学生创造合作学习和研究性学习的真实情境;在时空上需要扩充、深入，而学生无法或无条件在课堂动手完成操作实验的;应用性强，较多联系社会和生活知识的;动态过程比较繁杂，需要对录像或模拟动画仔细观看、分析，认真思考的。

　　选题之后，应提供与实验相关的生活与社会背景。以便学生学习时会有更加现行的现实认识。例如，结合浮力的实验，播放氢气球、热气球的充气与上升的视频录像，也可以播放死海中游泳，轮船、潜艇、飞艇、航空母舰的录像。针对温度影响蒸发快慢的实验，播放热风干手机的录像;针对磁极的相互作用实验，播放磁悬浮列车的录像;针对液体能够传播声音的实验，播放水上芭蕾运动员表演的录像;针对回声现象，播放面对大山壁喊叫、天坛公园回音壁、测海底深度的录像;针对惯性现象，播放汽车飞越断桥、汽车相撞的录像;针对增大摩擦力的实验，播放生产中张紧皮轮的操作、汽车刹车片、滚珠轴承构造与运转的录像……这些信息技术的运用，均能对物理实验起很好的辅助作用，达到传统实验教学所达不到的教学效果。

　　2.2 信息技术条件下教师对实验教学课堂的控制

　　教师在课堂的演示是学生获取知识的重要手段，在信息技术与实验课程整合过程中，教师的课堂安排有其自身特点。课堂实验教学在课程设计阶段：根据行为主义，认知主义，建构主义三种教学模式为理论基础，根据具体不同的实验学科，不同的教学内容，所要达到的不同教学目标，以及所采取的不同方式，我们应采取不同的行为流派，不同模式的差异关键在于其采用的研究方法和手段不同，其核心是在于其采用的研究角度和思路不同，那么把这些研究思路运用到具体实验教学中，就采用了不同的教学设计模式。

　　随堂实验的目的是为让学生自己动手，直接观察，收到更好的实验效果。适合于随堂实验的内容：对常用仪器的构造和使用方法的讲解，如物理天平、电表等;有利于学生动脑动于来掌握概念和规律的教学内容，如研究弹簧的刻度，电磁感应现象等;为了做好随堂实验的教学上作，教师要做好充分准备，包括讲解和实验的配合，仪器的准备和检查，实验的操作步骤等。在教学中，要密切注视学生的动态，适时进行引导、组织，以达到预期的日的。但是在一些特别的随堂实验教学中，由于课程目标的需要进行随堂实验，却又不能正常实现，这样，信息技术的天然优势便的得到充分展示。

　　以下以观察波的干涉条纹为例，展示一节物理波动实验的课堂设计：

　　课前准备：以充分调动学生学习的兴趣为目的，同时要求学生利用学校的网络资源，搜集网上相关的材料，以电子文稿的方式传递给教师。教师把搜集到并且上传的资料，加以汇编和整理，向学生们发布。放映录像：课前拍摄的下雨时雨滴落到池塘中所产生的水波相遇时的现象。可以看到两波保持原来状态各自继续向前传播，就像未曾相遇过一样。这一演示实验真实、直观、常见，同学们都看过，但是由于太普遍，同时进行的速度较快，看到了以后并没有深入的思考。在课堂上我们可以调整放映，使之适合于我们观察，加上老师的讲解，可以让同学对波的叠加留下深刻感性印象。

　　多媒体演示：应用媒体素材库中相应的课件，演示波峰与波峰相遇的某一时刻，叠加后每一质点的位移为原来两波引起位移的矢量和，即典型的峰峰相遇。扩展到波峰与波谷、波谷与波谷相叠加的情况;并用多媒体课件演示这两个过程。传统的实验中实验进行的很快，学生根难观察，运用信息技术可以更好地讲解。分析两列频率、振幅相同波的叠加。让学生讨论有两列振动频率相同、振幅相同的波连续不断地相向传播叠加的情况。引导同学利用波的叠加原理，联系有关知识，弄清两列波在相向传播的过程中加强点与减弱点运动情况有何异同。演示波的干涉现象：改造双头振源，由于两根振针固定在同一振片上，因此振动起来频率相同，放在水波盘中，接通电源后能产生明显的干涉图样，再加上频闪等可以使实验的效果更加显著。

　　分析总结：本案例的可取之处在于恰当地、适时地运用信息技术的优势弥补丁传统教学中的缺陷，同时又特别强调实验观察的重要作用，并没有简单地用动态图像代替波的叠加分析，而是引导学生通过观察自己分析波的叠加原理，较好地体现了从知识与技能，过程与方法，情感交流三个方面实现教学目标。这里，信息技术与课程整合改变了传统的教学方式，增加了课堂的容量，极大限度地利用现有的教学设备的潜力，使一些传统实验手段无法表现或无法仔细观察到的细微之处表现无遗。

　　本节课将信息技术与实验课程教学自然和谐地融为一体，表现在学生搜集资料、教师准备材料、多媒体演示等多方面，使课堂传授知识、学生接受知识的手段多样化。这种教学模式，既利用了信息技术的特长，又体现了传统实验教学的优势，有利于在课堂中实现双向交流、应对学生的操作全过程，真正实现因材施教，体现了以学生为主体的教学观念。

　　通过本节课的教学，实验课程具有直观性、可操作性强的特点通过整合得到较好发挥。整合教学使知识更容易被学生理解和应用，提高了教与学的质量，使得教育资源得到崇发挥，优化了课堂教学，提高了课堂效率，这是整和过程中信息技表现力的充分体现。

　　2.3在信息技术条件下教师对传统实验教学方法的改进

　　传统的实验教学方法分为讲授法，谈话法，直观演示法，练习法，讨论法，参观法等几种形式，在信息技术条件下，教师的角色发生改变，传统的教学方法作为教师控制课堂的手段也已经发生变化。

　　2.3.1、实验教学讲授法的新变化

　　这是在复杂的实验教学中通常采用的方法，在某些复杂的实验中，如化学实验中氯气的制取，生物试验中小动物的解剖，以及物理实验中原子核的内部结构观察，这些实验基本无法通过正常渠道在课堂予以演示，只能通过教师的口头讲述予以实现。但是这种方法的弊病毋庸置疑：缺乏直观性，形象性，不利于学生的感性思维发展。在信息技术条件下，却可以将此类较难观察的实验变抽象为具体，变学生被动接受为学生主动思考，通过媒体的演示，较好的呈现教学内容，达到较好的教学效果。

　　2.3.2实验教学谈话法的新变化

　　在传统实验教学中，谈话法是教师根据已经积累的实验知识和经验提出问题，并要求学生回答，通过师生间的对话交流，引导学生独立思考，以获得实验课程的知识和巩固知识的方法。信息技术条件下，教师在实验课程进行中的实现形式更加多样，教师可以利用即时通讯软件，实现实验教学的即时评价，也可以进行以班级为单位让学生畅所欲言，以得到更好的实验教学。但更多的是利用邮件形式，与学生进行个别交流。教师还可以将实验谈话的规模加以夸大，让学生通过电子公告板的形式，实现师生间的双流。

　　2.3.3、实验教学演示法及参观法的新变化

　　在实验教学中教师通常设计教学演示或者参观以得到对课堂教学有益补充的目的，社区化学实验教学资源是校内化学实验教学资源的重要补充。这是我们以往常常忽视的一类教学资源。化学实验教学的社区资源主要包括：社区图：幅馆、科技馆、高等学校、科研机构、化工厂、农村、家庭等。比如化学实验中对某一问题的理解通常要走进化工厂才能获得更切身俄体会，在中学物理实验学习中如对动量的理解，通常需要去诸如河边去观察小船的运动等。在文科教学中也有时要设计课外实验，或者播放相关的教学录像，这些都是设计教学情景，改变传统的学生被动接受方式，以达到优化课堂的目的。在信息技术条件下，却可以节省教学开支，将实验环境用教学录像或者动画地形式，加以模拟，这样不仅减少教学时间，缩减教学开支，还可以节省教学资源浪费，不必为实验现场的疑难教学费心，从而取得更好的学习效果。

　　另外，在传统实验教学中的练习法也因为信息技术的引入而发生了巨大变化，网络使得在线练习成为可能，并形成交互，这更强调环境建构的作用，而不仅仅是传统情况下由学生机械的作练习题。

　　3. 实验教学课件设计的理论基础

　　3.1 以行为主义学习理论为基础的实验课件设计

　　行为主义学习理论认为学习是一种行为的变化，它认为人的大脑是一个黑箱，对黑箱的内部我们一无所知，也没有必要去知道。行为主义反对人的大脑内部进行研究，只重视外部的输入和反应，也就是给予一个刺激，人就要作相应的反应，从这些反应中，选出我们所需要的进行强化，从而使学习者形成教育者所希望的行为，所以行为主义认为把学习者置于一个特定的环境里，给他以特别的刺激，当他作出明确反应时学习就发生了，该理论强调刺激、反应和强化。在上面理论指导下，行为主义学习理论为CAI课件设计提供的设计原则是：①接近原则，即反应必须在刺激之后立即出现;②重复原则，重复练习能加强学习和促进记忆。③反馈与强化原则。与反应正确性有关的信息可以促进学习。④提示及其衰减原则。在减少提示的情况下，朝着期望的反应引导学生，从而完成学习。

　　这一类实验课件设计的主要目的是‘强化。在化学课中，以胶体电泳实验现象为例。在教学中，该实验都是以教师为中心的，主要体现在教师的“教.该课程的课件设计也主要是以教师为中心，展开设计。在信息技术与实验的整合条件下，这些疑难实验可以通过CAI课件模拟演示，利用视频信息加以演示，再如钠与水反应的过程，可以放慢现象、并定格实验的各个现象，引导学生从多角度进行观察。利用计算机动画模拟出该实验，引导学生观察现象思考思考的本质。使学生获得“强化”，在这里，很明显课件的作用仅仅停留在对知识的“灌输”，而很少体现学生的主动性。虽然信息技术引入了该实验过程，但最终还是基于行为主义的教学，强调强化及“反馈”的重要意义。

　　目前，单纯以行为主义学习理论为主的课件并不少见，因为这类课件设计相对简单，学生对实验的学习也仅仅停留在“看,教师通常可以采用的做法是一课件为辅助，用语言及其它手段弥补课件本身的不足。

　　3.2 以认知主义学习理论为基础的实验课件设计

　　认知学习理论认为人类的学习不单是外部刺激产生的结果，也与人脑的内部有关，是人脑与外界刺激相互作用的结果，学习不仅是行为的变化，也包括人的认知结构的变化，它包括人的内部心理过程。认知学习理论将人脑看作灰箱，认为人脑已经具备了一定的认知结构，它是根据人类对信息的处理过程来描述的，根据对人的内部信息处理过程的假设不同，认知学习理论又分为信息加工理论和建构主义理论两大流派。认知理论的信息加工理论是将人脑比作计算机，因为二者之间在功能上相似，然后用计算机对信息的处理过程来解释人脑，从而得出了人对信息加工的模式。在这里是根据信息的意义进行存储，当要求学习者产生行为时，存储的信息和技能必须能被搜索和提取，搜索到的信息从长时记忆提取到短时记忆，与新进来的信息相结合形成新的学习能力，或是通过反应器将信息转换成动作。

　　这一类的实验课件设计，不再仅仅将学生的学习仅仅看作是实验知识的被动接受过程，而是留给学生适当的“空间”展开思考，发挥自己的智力技能。再水的电解实验中，教师设计课件，模拟实验现象，但是不能把结果直接透露给学生，而是让学生考虑实验结果。其间，教师可以予以提示，如教师将水的化学成分提示给学生，并将该过程同样设计在课件中，这样学生的思考会有的放矢，最终的结果不仅仅是使学生得到答案，还促进了学生积极思考，发展了学生智力技能。

　　再比如物理实验关于浮力现象的教学中，我们设计课件时不仅仅是简单的呈现实验现象，如：当物体浸没在水中，如果F浮>G，则物体上浮，若物体开始露出水面，则F浮减小;随着物体露出水面的体积增大，F浮减小，直到F浮=G，物体就飘浮在水面上了。这是一个动态的变化过程，十分抽象，对于学生学习来说，既重要，又难于理解。教师通过多媒体画面，就能很好地突破了这一难点，但是我们设计的重点却并不仅仅是现象的呈现，否则直接用现实的实验更能显性说明问题。我们更应该关注教学的系统性问题，不仅是呈现现象，更应该设计学生思考的空间，在课件中加入假如结论思考，现象描述等让学生主动参与思考的部分，也可以引入根课程相关的课外思考，将平时见到的现象引入其中，作为引导学生发散思维的成分，从中可体现以认知主义学习理论为基础的课件设计的优点。

　　这类课件设计相对困难，但是相对行为主义为基础理论的课件来说，显然更利于学生创造性思维发展。

　　3.3 以建构主义学习理论为基础的实验课件设计

　　建构主义理论也是把人脑看成一个灰箱。它假定，人们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，这些知识在大脑中的动态结构我们把它叫做图式。人们又是在与环境的相互作用中使图式得到发展的。图式的发展有两个基本过程;认为对知识分为“同化”与“顺应”。认知个体就是通过“同化与顺应这两种形式来达到与周围环境的平衡：当个体能用现有图式去同化新信息时，他是处于一种平衡的认知状态，而当现有图式不能同化新信息时，平衡即被破坏，而修改或创造新图式(即顺应)的过程是寻找新的平衡的过程，个体的认知结构就是通过同化与顺应过程逐步建构起来，并在“平衡—不平衡—新的平衡的结构中实现知识的重新建构。

　　建构主义学习理论认为，学习是学生主动获取知识的过程。建构主义认为，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，通过意义建构的方式而获得。由于学习是在一定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意义建构过程，因此建构主义学习理论认为“情境”、“协作”，“会话”和“意义建构”是学习环境中四大要素或四大属性。

　　从建构主义基础理论可以看出，以此为基础的实验教学更能体现开放性，师生，学生的交互性，更充分体现学生的主体作用。这类课件要求较高的技术含量。让学生自己动手，是一种极好的学习方法。以物理课程中关于“单摆运动规律实验为例。在计算机上用《几何画板》作力的分解、单摆及运动的合成和分解三个实验，把平时费尽口舌学生还一知半解的教学难点，在这个虚拟的实验环境下，通过学生的主动探究而尽释疑难。用计算机做单摆实验我是这样进行的：

　　首先，在教学中利用实物教具演示，单摆概念.得出了单摆的振动规律。学生当堂在计算机上利用《几何画板》软件.按以下步骤操作：

　　(1)作一个较大的圆.并在圆的下端对称地取两点A、B，连结AB并作其垂直平分线.选取垂直平分线与圆的交点标为O‘作为平衡点。

　　(2)在圆弧AB上作一自由点，标为E点.选中E点和弧AB，让自由点E在弧AB上作往返运动。把E点向下平移2厘米，并连接E点与平移点作为重力G。

　　(3)把重力G进行分解，得到回复力，并度量回复力的大小。

　　(4)连接O‘E，作为位移S，并度量它的大小。

　　(5)利用“几何画板”的计算功能，并根据机械能守恒定律，求出速度和加速度的大小，并且计算机能够在运动中即时计算更新速度和加速度的值。最后可以用效果图。

　　手动拖动B点进行演示，让学生在实验中可以一目了然地观察到：1.单摆在振动过程中的位移、回复力的大小和方向的变化，及位移与回复力变化关系。2.从拖动过程中，计算机不断计算且即时演示出速度和加速度的数值变化，很直观地反映了速度和加速度的变化关系。最后，可以双击“自动演示”按钮，让计算机自动演示，学生体验在整个振动过程中位移与回复力、速度与加速度间的变化关系。

　　从以上介绍可知，教学过程完全让计算机做了单摆实验，在单摆振动过程中直观地体现了各个物理量间的变化关系。而学生不仅自己可以设计实验，也利用课件亲自动手实践，探索实验规律。同时也可以进行实验过程的自由讨论，并与教师形成教与学的相互，达到极好的学习效果。

　　建构主义学习环境下的教学设计原则，也是CAI课件的设计的重要原则。原则包括：强调以学生为中心。强调“情境”对意义建构的重要作用。强调“协作学习”对意义建构的重要作用。强调对学习环境(而非教学环境的设计)。强调利用各种信息资源来支持“学”(而非支持“教”);强调学习过程的最终目的是完成意义建构(而非完成教学目标)。

　　3.4 对三种实验课件设计模式的研究思路和方法的评价

　　我们发现三个实验课件设计模式的不同在于它们各自选择的学习理论不同，从而对学习机制的看法不同，这种看法的不同来源于其对应的心理理论不同。由不同的理论基础从而导致的不同的研究思路和方法。由上可知，不同模式的差异关键在于其采用的研究方法和手段不同，其核心是在三个设计模式的不同在于它们各自选择的学习理论不同，从而对学习机制的看法不同，这种看法的不同来源于其对应的心理理论不同。由不同的理论基础从而导致的不同的研究思路和方法。

　　研究实验课程课件开发时，当行为主义盛行时，人们都在研究行为主义的CAI实现模式;当认知理论产生以后，人们又开始研究认知理论的CAI实现模式，而忽略对行为主义研究;当现在建构主义比较盛行的时候，再加上教学改革正强调以学习者为中心，加强素质教育，于是人们又去研究建构主义的CAI实现模式，从而忽略了认知理论的CAI模式。为了更加科学的解决这个问题，我们主张在以一种理论为主要理论基础时，同时需要兼顾其它的理论，以完成更好的实验课件设计。

　　4. 以信息技术为基础的实验课程开发系统探究

　　信息技术对实验课程的影响，简单地说就是计算机实时综合地处理文字、声音、图像等各种媒体信息的系统技术。在实验课程学习中，多媒体网络系统，把多媒体技术与网络通信技术紧密结合起来，它具有各种媒体信息处理和人机交互功能，更重要的是，它代表了实验教学最新发展和必然趋势。

　　4.1 信息技术条件下，实验课程系统开发的可行性分析

　　基于实验的课程开发系统，它的开发周期一般偏短，所以我们就需要考虑一系列问题：课件制作的时间期限、课程开发关键技术的实现难度等。

　　第一个要考虑问题是实验课件制作时间期限。因为某个课件一般是为某一次实验课设计的，又由于教师的教学进度是比较固定的，所以这个课件的制作时间是有限的，在某些实验的实验可行性研究时，例如化学中硫酸的制取，实验任务量较大，所以课件耗费时间较多，应根据课程安排考虑一些其它的问题解决方法。

　　第二个问题是课件关键技术的实现难度。可以想象，一个在技术上不能实现的课件，不管它的设想有多么好，其最终的结果还是“流产”。只有可以实现的设想才是一个好的设想。用以上实验为事例，要考虑课件中关键技术实现的难度、课件信息量的大小、信息搜集输入的时间、课件修改维护的时间等等。这是实现课程开发的关键要素，在这里它的重要性我就不举例说明了。可投入的制作时间直接和人员数量、人员素质、人员对制作工具的熟练程度有关。

　　4.2 信息技术条件下，实验课程开发的系统设计

　　实验课的开发过程首先分析教学对象，课程最终是通过计算机表现出来的，在制作之前应首先明确教学目的，进行教学对象分析。先了解一下课件的使用者是哪些人，他们目的是什么?了解的信息越多，设计的计划就越完善。其次要认真分析教学内容，确定是解决重点、难点问题，还是扩大知识面的介绍;是激发学习兴趣、调动积极性，还是培养技能技巧、加深学生对抽象理论的理解等。当掌握了这些关键信息以后，就可以在纸上大致勾画出网页的样式，这个过程可能要画很多草图，最后从中选择一种比较理想的设计方案进行具体的制作，从而获得最优化的教学效果。在此，我将信息技术条件下实验课程的开发看作是一项软件开发，那么它的设计包括两个步骤：总体设计、详细设计。

　　4.2.1 以信息技术为基础的实验课程开发总体设计

　　总体设计时，目标在于形成软件的一种层次的可对底层节点交叉引用的模块化结构。设计者应采用自顶向下的方法，即从一个大的功能为出发点，将它分为若干个具有独立功能的小模块，如此这般，将模块一直分化到最基本、最容易实现的基础模块。设计者在设计时，应该尽可能的重用已经设计的底层小模块(包括交叉引用，即从A模块引用B模块中的小模块)。总体设计就是考虑如何将实验的具体教学内容分解成一个合理的层次模块结构，

　　实验课程开发过程中，采用自顶向下的总体设计就是在实验的具体目标确定情况下，将实验的过程分成几个部分，分别编写相应的课件组成部分。对于总体设计的要求、准则如下：

　　(1) 通过模块的分解和合并，以求减小模块间联系为目标，增大块内联系。

　　(2) 一个模块的作用范围应处在这个模块的控制范围以内。

　　(3)降低模块出口的复杂性，以便使个模块拥有更科学的链接

　　(4) 力求设计单入口、单出口的模块。

　　以物理实验动量守恒定律的实验为例，在足够光滑的地面上，两个学生互相推了一下，实验要证明的是质量大的同学运动速度慢，而质量小的同学运动速度快。实验总体设计如下：

　　(1)实验目标设计(2)实验内容设计(3)实验评价设计(4)实验总结设计。

　　以上四部分在设计时，可以作为并列的模块，设计出块内最大的联系，而减少四个部分彼此间的联系复杂性，并采用非线性的超文本结构，以达到较好的课程设计效果。

　　4.2.2 以信息技术为基础的实验课程开发详细设计

　　详细设计的具体工作就是计算机的程序编码。基于信息技术的实验课程开发，可以使用多种软件平台，但有的多媒体课件要依托于网络传输，在网上运行，一方面要求网络带宽要大，另一方面它也受到技术支持及文件容量的制约。另外，由于某些模块的流程设计并不确定，每个教学模块呈现的教学信息也不确定，所以以多都是非线性的超文本结构。以多媒体技术为基础的实验课程结构分为线性结构，树状结构，网状结构和混合结构。

　　课件设计通常有以下特点：图片与动画比例较大，并配以说明性文字。即使用图片与动画也要文件的容量小，对图片来说一般用JPG格式。动画尽量使用二维动画，像GIF动画或Flash动画，这能更能节省空间。一个显示页面文件最大不要超过40KB。从选择要看页面算起到经网上下载完于浏览器看到该页为止最好不要超过30秒钟。图形文件尽量使用颜色少的图形格式以减小文件大小。

　　在遵循以上原则基础上，该实验具体设计过程如下：

　　实验目标设计：将该实验的具体学习目标(动量定理的掌握)用文字形式加以叙述,并展示给学生。目标设计较为简单，但是要注意言辞的准确表达。占课件比例也不大，一般的工具软件均可实现。

　　实验内容设计：将实验现象(两个人互推过程)加以呈现，这是课程开发的主要部分。选择以多媒体制作软件或者编程语言予以实现，以此呈现易于学习者观察的学习内容。在内容的设计中，我们更应该注重学习内容的形象表达。

　　实验评价设计：主要是测试题目的编制(如该例中可以将动量定理公式)，用课件加以实现，并可以借助网络，展示给学习者，实现在线评价。若教学过程中采用其它的教学方法，比如小组学习模式，则可以将小组成员彼此间的评价作为评价体系的一部分。

　　实验总结设计：对整个学习过程予以总结，此过程一般有教师和学生共同参与，可以借助网络的即时通讯功能，在线讨论，也可以通过BBS系统，由教师搜集学生的相关意见，加以总结，以对实验过程各个方面进行全面总结。也可以建立实验学习过程及评价体系数据库，多用网络SQL编程语言实现，以促进已有学习经验的再利用。

　　4.3 以信息技术为基础的实验课程开发设计案例

　　案例：中学生课外训练实验“中国电子工业如何应对WTO”探索。

　　4.3.1 总体设计

　　分为教学目标，教学准备，教学过程，教学总结等阶段，分成不同模块，分别设计，并且尽量减少模块间的联系。

　　4.3.2详细设计

　　教学目标:本节课的教学目标是培养学生准确筛选信息的能力;培养学生利用网上资源构建意义的能力;培养学生对课外知识掌握的能力;了解中国入关的一些基本知识。

　　教学准备:

　　(1)搜索有关WTO专题的主要网站，如《羊城晚报》，《人民时报》和新加坡《联合早报》等。

　　(2)准备相关素材，如有关《中美签署入关协议》录像或图片资料，也可以从图书，期刊杂志等寻找相关文字资料。

　　教学过程:

　　(1)创设情境，提出问题，引起思考。

　　播放教学录像《中美签署入关协议》，教师提出问题：如：中国入关指日可待，作为一个学生，应怎么办?

　　(2)提出假设，角色扮演，思考感受

　　教师提出假设，假如你是一名(A酒店服务员、B电子电器经销商、C企业管理人员)，在得知中美签署有关协议的那一天(1999.11.15)感受如何?你看到了哪些有关情形?请以此为内容写一篇300字左右的短文，文体不限，题目自拟，以表达你的感受及相关看法。

　　(3)资源利用，协商讨论

　　教师可以自己做示范，并引导学生上网查阅资料，搜集相关主题材料，也可以分小组交流讨论。

　　(4)网上作文，教师监控

　　确立了观点并准备好了写作素材，学生进入留言板进行写作。这是整个过程中最重要的一个环节，学生运用从电脑网络搜集到的材料证明观点，实际上是建构意义的过程。与此同时，教师通过控制平台观察学生的进展，了解他们的作文速度，获得讲评作文的第一手资料

　　(5)发布展示、交流点评

　　学生通过网络留言发表作文，并自由浏览其他同学作品，进行分析、讨论、点评，并打分。教师也挑出质量不一的学生作业组织学生口头评议并阐明理由，鼓励学生提出相反意见，展开争论。

　　(6)教师总结

　　教师针对作文中出现的问题，在学生讨论评析基础上概括总结，说明写作的主要方面：主题是否明确;论据是否得当;语言是否精练、流畅。

　　4.3.3 课程剖析

　　这个课外实验较好的利用了信息技术条件下课程设计的基本思路，严格按照总体设计和详细设计的思路进行，课堂教学的详细设计工作利用了信息技术的优势，发展了学生利用信息技术的能力，引导了学生的创造思维的发展。

　　5. 网络是实验课程发展的新阶段

　　5.1 基于网络的实验教学新特点

　　实验教学要培养创新人才，培养学生探索知识、发现知识的能力。同样实验课堂的教学不仅要让学生学到一定的知识，更重要的是要让学生能够自己去探索知识、发现知识，具有自我教育的能力，具有分析问题、解决问题的能力，让他们在不断尝试，不断错误和不断修正错误的过程中进行知识的探索。网络则恰好提供了这样一个探索的空间。布鲁纳认为：“学习者自己发现的东西才是最重要的和最富于独特的个人特色的知识”。

　　信息技术与实验的整合要体现这一趋势。

　　多媒体网络中的实验教学有很大的灵活性和可选择性，有利于开展实验设计的个别化教学，也有利于学生展开小组教学。使教学真正作到尊重学生的个性差异，因材施教。在实验具体教学过程中，教师可以达到对实验更加科学的展开教学目标设计的目的。学习者可以根据自己的不同实验开展个性十足的教学，而且能方便地查阅与正在学习的内容相关的知识，因此可以极大地提高学习效率和学习效果。

　　基于多媒体网络的实验教学包含的媒体数量多，信息量大，覆盖面广，能面向全体学生，使媒体资料能得到充分共享，从而使实验教学优化。不仅扩展了原有的实验教学空间，使教学摆脱了以实验室中心、课本为中心和教师为中心的束缚，让学生徜徉在知识的海洋里，拥有自由遨游的学习空间。理科类型的过程演示实验，如以上4.2.1中的动量定理，以及对化学实验现象进行的“增速“，“减速”等，都是对多媒体技术的应用体现。

　　基于网络的实验教学有利于形成交互的学习氛围。在某些文科类的课外实验中，如上篇4.3中的案例分析，网络交互性的交互性尤为重要。多媒体网络系统具有很强的人机交互功能，能很方便地进行教师与学生、学生与学生之间的信息交流。教师可以通过网络界面向网络中的学生规定同一信息内容的学习任务或提出有待解决的问题，学习者在教师监控下学习。在实验进程中，教师可以通过网络空间监视每个学习者的学习情况，随时对学生进行引导，使学生的注意力集中在与解决问题最直接的相关问题上。在这种教学模式中，学生与学生之间也能进行直接的交互，学生能通过网络空间交流信息，发表个人的不同观点，分析评价他人的看法，学习者通过对问题的探讨最终取得一致的意见。在这一教学过程中，学生与老师的关系发生了微妙的变化。在学生眼里，教师不再以指导者的身份出现，而是学习过程的积极参与者，学生对教师的恐惧心理消失，主观能动性得以充分发挥。在与教师、同学进行交流的过程中充分表现了学习者的创造性，其个性得以完全的施展。在英语的课外教学实验案例中，通常需要网络实时交互，而某些复杂的理科实验，如化学种浓硫酸的制取，气体的干燥实验，以及生物学科中动物解剖等复杂的疑难理科实验，都需要教师-学生，学生-学生的交互，以共同完成教学目标。这是对网络技术应用的体现。

　　5.2 网络环境下实验教学系统构建

　　5.2.1 网络实验教学管理系统：

　　主要为网上教学管理维护提供支持。包括课程管理：提供课程介绍，内容要求以及实验的整体框架，如可以将实验教学目标，方法等作为系统的组成部分，以虚拟实验室为依托，实现网络的实验教学管理功能。

　　5.2.2 网上实验授课系统

　　主要为教师在网上开展多媒体实验教学提供支持：为教师提供一个利用网上多媒体教学资源，在多媒体教室或网络教室开展多媒体课件教学的服务。学生可以在线学习。如在4.3.3节中，可以将课件作为网上授课系统的主要组成部分。

　　5.2.3 网上实验课程讨论系统

　　这非常适合网络实验课程评价。通过电子邮件、公告牌等，学生和教师可以建立多向异步在线交流，给学生充分自主权和发言权，如在动量守恒定理这一实验中，教师可以将实验的测试题目在线测试，吸引学生及时反馈，必要时师生可以共同参与某一讨论。

　　5.3 网络环境下实验教学存在的问题

　　首先是较为成熟的多媒体网络实验教材不足，实验课程网络资源库的建设相对稀缺，这给实验课程网络化带来困难。还有网络课件制作时间长，性价比过高的难题，今后应该是发展的难点，必须给予高度的重视。

　　因为实验课程大都以多媒体课件作为主要形式，所以数据量较大。而网络环境下存在的一个显著问题就是：传输数据量大与网络传输速度偏慢的矛盾。它在一定程度上制约了实验课程网络教学的发展，

　　另外，由于网络资源的复杂性，教师在实施实验课程教学时，面对着如何将学生注意力集中的问题，这在现实实验教学中迫切需要解决。

　　最后，教师对网络实验的认识，以及技术层面上面临的问题都是我们应该关注的。

　　6. 对中学实验课程信息化的展望

　　近年来，关于实验教学信息化的概念在中小学引起不小“风波”，其中，尤以“实验模拟”“实验教学游戏”最为引人关注。在信息技术与实验课程整合的环境下，这是极其典型的一种方式。也是未来发展的重点。模拟是关于某种情况的再现的练习。很多情况下，小组成员根据实验目的的要求，扮成不同的角色表演，在游戏中力求战胜对方。这不仅启发学生智力，还锻炼了小组成员的交际能力。在技能性质实验训练中，这种学习方式尤其适合。其技术基础主要是虚拟现实技术。

　　虚拟现实技术是实验课程交互式，多媒化发展的最高层次。这是一个高度交互的，以计算机为基础的多媒体环境，用户在使用的过程中完全沉浸在计算机所产生的虚拟世界中，即以实验为核心的媒体环境中，计算机则完全从他们的头脑中消失。虚拟现实有多媒体的许多特点，例如高度集成了多种媒体，信息表征具有高度的交互性、多样性、灵活性，要求学习者的积极参与，而实验教学具备这种特点，这样就非常适合于模拟演练和技能类，性质类实验教学，

　　进行技能训练的虚拟仿真软件，也是未来实验信息化重点研究课题。这是利用了虚拟现实技术。学习者在进行实验课程学习时，就像在玩电脑游戏，充满了学习的乐趣。同时，在学习过程中，学习者被置于错综复杂的环境中，需灵活的进行决策、分析问题和处理问题，能力得到充分的锻炼和提高。学习者可以在无危险的虚拟时空环境中反复训练，而没有任何真正的风险。就像飞行员在飞行模拟器上进行飞行训练，作为一种教学辅助工具，该软件能缩短教学时间，提高教学效率。因此虚拟现实技术是多媒体发展的最终趋势。

　　7. 结语

　　以上是我对实验课程与信息技术整合过程中一些急切需要解决的问题的理解，这些都是富有挑战性的课题，在中小学中已作为重点课题加以研究.在中小学课程改革中，十分注重实验教学的重要性，因为这是发展学生动手能力的重要手段，当然，实验教学改革所面临的现实问题是要靠我们教育工作者的艰苦工作才能逐步解决的，这更需要我们艰苦的努力才行。是新形势下的课程改革是一项工程，也是一项任务，作为实验教学，已经迎来其发展的重要历史阶段，在中小学实验课堂中，随着硬件设施及软件系统的不断改善，大大加速了实验改革的进程，我们研究的课题正是在这样一种历史条件下，推行课程改革的需要，更是教育信息化，现代化的需要。

　　同时，我们可以清楚的看到，在实验改革信息化浪潮中，不论是中小学硬件设施，还是教师的既有技术，以及相关配套的软件资源，都相对不足，并不能很完美的为实验课程改革服务，这是在新一轮教学改革中所迫切需要解决的问题。

　　总之，信息技术与实验课程的整合是一项艰苦而重要的工作，需要全体教育工作者的共同参与，并真诚的献身于这场改革之中。我们的教育事业需要真诚的奉献者，信息技术与实验课程整合的探索，同样也不例外，我们面临的普遍现实是任重道远!

《中学实验与信息技术的结合教育论文发表》

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