陳衛(wèi)國 湯 捷

（北京師范大學貴陽附屬中學 貴州 貴陽 550023）

1 問題的提出

新課標、新教材賦予實驗教學新的內(nèi)容和要求.高中物理課程標準明確要求：從課程目標的三個維度來設計實驗教學過程［1］.

2 問卷調(diào)查和前測統(tǒng)計

2.1 調(diào)查目的

就學生對信息技術的了解、傳統(tǒng)的實驗教學方法和信息技術與實驗教學整合的實驗教學方法設計調(diào)查問卷.前測統(tǒng)計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）選取高二一個班為實驗班（命名1班），相應選取另一個班為控制班（命名2班），進行信息技術與高二實驗教學整合模式實踐對比研究.

2.3 前測成績統(tǒng)計及分析

高二以其高一學年結束期終成績作為前測成績.統(tǒng)計結果見表1.

對株洲縣第五中學高二（1）、（2）班學生的前測平均成績采用SPSS［1］獨立樣本t檢驗.t檢驗結果顯示：經(jīng)雙側t檢驗，P值為0.723，表明高二（1）、（2）兩個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行信息技術與實驗教學整合教學實踐.

表1 學生前測成績均值的差異一覽表

3 實驗研究

3.1 實驗目的及假設

本實驗目的在于檢驗：信息技術與實驗教學整合教學模式是否能有效提高高二學生物理實驗水平，是否是高效學習物理的一種有效形式.

本實驗的基本假設是：結合一定的物理情境，采用信息技術與實驗教學整合教學模式教學可以提高學生物理實驗水平和應用信息技術的能力.

結果主要通過學習成績來體現(xiàn)，同時輔以收集任課教師的反饋意見.

3.2 實驗對象

對上述選取對象進行分析，我們得出同一個學校的實驗班和對照班學生的前測成績沒有顯著性差異.故而取選取對象為實驗對象.

3.3 實驗設計

實驗采取單因素前后測設計實驗法，自變量為信息技術與實驗教學整合教學模式，因變量為學生物理實驗能力和水平的提高，最終反映在學生物理實驗水平的提高上，主要通過后測即高二學年結束（2012年6月）物理實驗成績來體現(xiàn).

3.4 實驗實施的教學內(nèi)容

實驗進行一個學年（2011年9月 ～2012年6月），教材采用人教版高中《物理》教材［3］.

3.5 實驗方法

實驗班教師以信息技術與實驗教學整合思想指導實驗教學實踐，在實驗班采用了信息技術與實驗教學整合模式進行教學，對照班采用傳統(tǒng)實驗教學模式.

教學實驗進行前，初步擬定了實施方案，然后向合作的物理教師介紹了此次實驗的目的、方法，為了讓參與合作的教師能在教學中更好地對我們的實驗進行實施，在聽取他們建議的基礎上根據(jù)各個實際情況對方案做了相應的變動.但實驗班的大部分教案由筆者與任課教師協(xié)商確定.

實驗結束后，筆者收集考試成績并進行結果統(tǒng)計，對此次實驗教學作分析研究，總結此次實踐研究的得失.

教學案例：“電容器充放電”傳統(tǒng)實驗與數(shù)字實驗的整合

問題：傳感器整合定性實驗，定量探究電容器充、放電過程（放電電流與時間關系）.

教師活動：蘇威爾數(shù)字化實驗系統(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.進入蘇威爾DIS軟件，打開實驗模板“電容器的充放電”進行實驗.

圖1 測繪電容器充放電的實驗系統(tǒng)

（1）打開活頁夾，設置“I－t”關系及其他設置，點擊“開始”，閉合開關至“1”充電.

（2）在電壓穩(wěn)定后將開關轉至“2”，觀察放電現(xiàn)象，實驗圖像如圖2.

圖2 放電電流圖像

學生活動：

（1）觀察演示實驗現(xiàn)象（充、放電時小燈泡的亮、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的關系.

實驗結論：

（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.

在整合實驗中，我們不改變原來傳統(tǒng)實驗的基本結構，同時引入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)采集器與計算機系統(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，又能及時獲取詳盡、準確的電流、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)了結果的直觀性，同時也克服了主觀判斷的不準確性，另一方面用數(shù)據(jù)說話也是科學探究的基本原則.

3.6 實驗程序

前測：以高二學期結束期終的成績作為前測成績.

后測：以2012年5月底進行的株洲市第四次?？汲煽冏鳛楹鬁y成績.

4 統(tǒng)計結果及分析

經(jīng)過一個學年的教學實踐，在2012年6月取得各實驗班的后測成績，使用SPSS19對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，統(tǒng)計分析如下.

4.1 實驗班與控制班物理測驗成績的均值差異比較（采用獨立樣本t檢驗）

高二（1）、（2）班成績統(tǒng)計結果，見表2和表3.

表2 組統(tǒng)計量

表3 獨立樣本檢驗

統(tǒng)計結果顯示：高二（1）班的成績平均60.28分，高二（2）班的成績54.70分 .

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

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

高二配對樣本t檢驗見表4.

表4 成對樣本檢驗

統(tǒng)計結果顯示：配對樣本t的雙側檢驗得：P1＝0.000，P2＝0.071，其中實驗班的結果為0.000遠小于0.05，即實驗班前、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)實驗教學模式，前、后測差異性沒有那么顯著.

4.3 不同水平的學生教學效果分析（采用配對樣本t檢驗）

從上面獨立樣本t檢驗發(fā)現(xiàn)：信息技術與高二物理實驗教學整合教學模式對不同層次學生整體上較傳統(tǒng)實驗教學模式顯現(xiàn)出更高效益.為更具體研究信息技術與物理實驗教學整合教學模式對一個班中不同層次學生的效果，我們現(xiàn)將實驗班和控制班被試按高、中、低分組，進行高、中、低分組實驗前后差異比較.（高、中、低分組劃分標準：按成績降序排列，取成績前20%學生為高分組，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)計結果見表5.

統(tǒng)計結果顯示：配對樣本t的雙側檢驗，在實驗班（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，即信息技術與物理實驗教學整合教學模式在實驗班中，高分組學生無顯著差異，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 研究結論

從統(tǒng)計結果和t檢驗結果，可以得出這樣一些結論.

（1）信息技術與物理實驗教學整合教學模式是與物理新課程標準匹配、適應學生接受能力的一種有效、高效的實驗教學模式［4］.大部分高中物理傳統(tǒng)實驗是定性與半定量的，數(shù)據(jù)由人眼觀察與手工記錄，無法及時采集任意數(shù)據(jù)，實驗結果是相對離散或者定性的.而DISLab系統(tǒng)通過與計算機連接的傳感器實時采集數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)，實現(xiàn)時間上細微過程的數(shù)據(jù)自動記錄，記錄具有時間連續(xù)性，實現(xiàn)了瞬間變化“可視化”.它的實時性、高精度和強大的數(shù)據(jù)處理能力，正可以彌補傳統(tǒng)實驗的缺憾.因此，它能夠激發(fā)廣大學生對物理實驗學習的興趣，提高學生的物理素質(zhì).并且，它與新課程標準倡導的發(fā)動學生探究、建構的精神是內(nèi)在統(tǒng)一的.

表5 成對樣本檢驗

（2）從高二實踐結果看，就整體教學效果而言，實驗班成績均值比控制班高.同時，就實驗班與控制班物理測驗成績前、后測配對樣本t檢驗，顯示實驗班前、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)實驗教學模式，前、后測差異性沒有那么顯著.進一步對不同水平學生教學效果分析（采用配對樣本t檢驗）顯示實驗班（1）中，高分組學生無顯著差異，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.

雖然高分組學生在掌握知識水平上兩種實驗教學設計無顯著差異，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)教學設計.對低學業(yè)水平學生，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.由于計算機認知工具模式多方面提供表征，加強了自我監(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)教學設計中低學業(yè)水平學生.此外，通過對學生訪談得知，信息技術與物理實驗進行整合的教學設計下，學生對教學內(nèi)容興趣濃厚，希望以后教學多采用這種形式.通過平時教學觀察發(fā)現(xiàn)學生使用信息工具篩選信息能力增強了.

信息技術與實驗教學整合教學模式能夠優(yōu)化教學結構，提高課堂教學效率與效果，對中、低學業(yè)水平學生，實驗班明顯優(yōu)于控制班，且對低學業(yè)水平學生差異更加顯著.能夠解決在傳統(tǒng)教學環(huán)境下不能解決的問題.可以改變實驗條件進行模擬實驗設計，也可以同時進行連續(xù)不同實驗條件下模擬實驗現(xiàn)象的對比，多方位觀察實驗現(xiàn)象，易于得出和深刻體會實驗結論.

信息技術與實驗教學整合教學模式，可以幫助學生對所學內(nèi)容感興趣，激發(fā)學生研究問題的欲望，變被動接受知識為主動學習，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，提高學生獲取信息的能力，培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng).可以對學生進行因材施教，在教學與評價過程的結合中，自主地進行自我認識、自我調(diào)整.

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

1 中華人民共和國教育部.物理課程標準.北京：人民教育出版社，2004

2 楊曉明.SPSS在教育統(tǒng)計中的應用.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