大数据时代信息技术与物理教学融合创新研究

 大数据时代信息技术与物理教学融合创新研究

廖渝姜

重庆市字水中学 ：400023

一、引言

为了适应信息社会的新型教育，就要进行以理论、方法、技术为基础的创新教学。在初中物理实验这样看似固化的学科教学中，要突破传统的观念，不论是从教学内容、教学模式以及组织教学的方式方法，都要实现信息化、数字化。以现代教育思想和理论为指导、在教学的过程中合理的应用信息技术手段，优化教学环节，注重培养学生信息素养，从而提高教学质量和教学效率。注重建构主义、人本主义、行为主义、认知主义理论的综合运用，构建适应信息时代要求的新型教学，要将学科知识的获取、处理、应用、创新等环节的合理设计作为教学过程有效实施的基础。[1]信息化教学过程的目的就在于，针对初中物理实验教学的特点，利用信息技术手段使其所有的教学环节达到最优化，就像在第五章所谈到的，信息技术可以实现理想化的教学设计，只要老师能想到，学生学习活动需要的，信息技术手段就能够解决。

二、初中物理实验教学所需要的信息化教学环境分析

以现代化信息技术为核心的信息化教学，要能够创设丰富、多样、美好的教育信息环境，提高教学中各种软件、硬件、的技术含量与信息质量，使学校教室、办公室、实验室、图书室、阅览室电子化、网络化，使师生在任何时间任何地点都能获得充满生机和活力的校园环境的熏陶。[3]按照建构主义思想，学习者学习和发展的动力来源于学习者与环境的相互作用，因此，教学环境的建设是信息化教学的关键所在。初中物理实验教学所需要的教学环境主要包括以下几种。

（一）多媒体教学环境

利用多媒体可以优化教学过程，在多媒体教学环境中，教师可以综合处理和控制文字、声音、图形、图像、影像等多种媒体信息，把多媒体的各个要素按教学要求，进行有机组合并通过屏幕或投影机投影显示出来，同时按需要加上声音的配合，以及使用者与计算机之间的人机交互操作，这种环境具有交互性、集成性、可控性等特点。物理学科的实验中，存在很多体积小巧的实验器材，教师讲解起来很费力，这时，就可以用实物投影设备，将其进行放大投放在屏幕上，这样所有学生都能观看具体的操作过程，以此来增强实验的效果。多媒体可以有针对性地突破教学难点。学生物理学不好较大原因是由于在某段时期被一个知识难点难倒，解决不了知识难点，从而逐渐失去了学习物理的动力，利用多媒体可以很好的帮助学生来突破学习难点，使学生增强学习物理的自信心。利用教学课件、Flash动画、视频音频，使得教学更加生动形象，从而假声学生对所学知识的正确认识。

（二）计算机网络教学环境

网络教学是一个开放的概念，在先进理念指导下，运用网络资源，在教师指导下，促进学生积极自主学习，加强师生交流，加强师生协作研讨，优化教学过程，这种教学环境具有实时交互、资源共享、信息丰富等特点。[4]利用计算机网络环境可以优化课堂教学信息容量，初中的物理学习内容涉及到了微观粒子，如分子、电子，还包括对天体运动的学习，这些现象用原来的仪器很难向学生进行演示，学习的时候学生总是难以理解。

计算机的辅助教学对解决这一问题可以发挥出很大的作用。如在讲开普勒定律时，应用多媒体给学生展示天体运行，使学生对遥不可及的天体有一个清晰的了解，这样开普勒定律就会更好的理解。利用互联网络，学生甚至可以跟一些物理学家进行面对面的交流，通过网络视频，观看物理学探究的全过程。

（三）虚拟仿真教学环境

虚拟仿真实验室应秉承培养学生创新精神和实践能力的设计理念，以学科课程标准为指针，为教师和学生提供一个界面友好、科学准确、内容丰富的实验学习平台。为了对原有的常规实验进行补充，虚拟化的实验器材可以更加真实、形象的帮助学生了解实验室中的大部分实验器材;可以对每个演示实验提供规范的操作规程，包括分步演示、连续演示和虚拟操作，其中分步演示可以方便的让学生看到具体的展示和讲解，连续演示帮助学生了解实验的规范操作步骤，虚拟操做提供仿真的演示环境。学生在真正进行探究实验前，可以利用虚拟的实验器材，进行假试性的实验，虽然不是用真实的器材进行操作，但系统会产生与真实操作相似的效果。虚拟仿真实验室能够增强实验的可操作性，在物理教学中有很多抽象的概念难理解，若能充分利用虚拟仿真实验室模拟实验情景，可以给学生提供直观而形象的认识，使他们接受起知识更加轻而易举。利用虚拟仿真技术，学生能够看到传统教学中展示不了的实验现象，加深了学生对实验原理的理解，同时，虚拟的实验器材，也在一定程度上降低了学校的投入成本，实验设备的使用周期也不再是教师进行实验课的阻碍。

三、基于信息技术的初中物理虚拟实验平台的设计

初中物理虚拟实验平台主要由演示与分组实验虚拟软件、探究实验虚拟软件、虚拟平台模拟工具三大部分组成。下面对这几部分做详细的介绍。

（一）演示与分组实验虚拟软件

演示与分组实验虚拟软件由虚拟操作平台、操作演示、实验仪器介绍及实验原理介绍四部分组成。

虚拟操作平台以动画形式为使用者提供虚拟实验操作环境。根据实验教学的需要，该操作环境能够为每个实验步骤提供必要的虚拟实验仪器与器件，使用者可以按照实验原理自主操作仪器与器件完成实验过程。

操作演示以动画形式演示规范的实验过程操作步骤，分为分步演示和连续演示。根据实验教学的需要，配备了必要的原理讲解和拓展应用模拟。

实验仪器介绍对实验中所涉及的仪器采用三维可交互方式展示和平面方式展示，并提供了目的、用途、使用方法及注意事项等方面的资料。

实验原理介绍提供实验的原理、目的、意义、器材、步骤、注意事项等方面的资料。

（二）探究实验虚拟软件

探究实验虚拟软件由支撑软件、实验方案、实验指导及实验仪器介绍四部分组成。

支撑软件以动画形式为使用者提供虚拟实验操作环境。该操作环境能够按照物理规律，为每个实验步骤提供必要的虚拟实验仪器与器件，使用者可以根据探究活动的需要自主操作仪器与器件，完成探究实验过程。

实验方案提供探究实验任务分析、探究活动设计、学习成果评价方法等方面资料。

实验指导提供探究实验目的、意义、器材、步骤、注意事项等方面资料。

实验仪器介绍对实验中所涉及的仪器能以三维可交互方式展示和二维方式展示，并提供用途、使用方法及注意事项方面的资料。

结语

总之，将信息技术面向初中学生、物理实验教师，不仅能够满足日常的教学活动而且还能够满足教师备课、上课的各种需求。还能够弥补现在学校实验器材陈旧、设备不足，更新换代慢等缺点，利用该教学环境可以运用探究式教学模式，不仅可以指导老师更好的开展实验教学工作，还能亲身让学生经历科学探究的整个过程，既能够学习科学研究方法，又能培养学生的探索精神、动手实践能力以及创新精神。

参考文献

[1] 刘兆扬.谈信息技术与初中物理的有效整合[J].中国信息技术教育,2014,(18):102-102.

[2] 刘晓波.论信息技术与初中物理课堂教学的整合研究[J].新校园（上旬刊）,2013,(10):193-193.

[3] 曹玉芳.信息技术下的初中物理自主实践研究[J].中学物理（初中版）,2013,31(8):18-19.

[4] 邓涛.谈信息技术与初中物理学科的整合[J].中国校外教育（理论）,2012,(z1):738.

[5] 陈勇. 初中信息科技人工智能课程的开发与实践[J].上海市世界外国语中学《教育传播与技术》2019年第2期.