物理研究性学习材料模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇物理研究性学习材料，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

    地理科学的学科研究对象和研究任务决定了地理科学的学科特点，地理学科不仅知识性很强，而且地理知识与社会、人文联系特别的紧密，即地理学科具有很强的实践性，地理学科的实践性突出体现在学生必须通过亲身实践才能正确的认识人类赖以生存和发展的地理环境及其人地关系。同时地理知识具有广泛性、综合性和区域性特征，这就要求地理教学结构与形式向灵活性和多样性发展，教学方法向有利于培养学生实践能力与有利于培养学生智力的方向变化，所以调动全体学生的积极性，人人参与动手实践是地理教学的需要，是达到教学目标的重要手段。地理科学的学科特点决定了地理教学需要一种能使学生跟社会实践相结合的全新的教学方式——研究性学习。通过对地理学科特点和研究性学习的分析，我们看到地理教学中所需要的正是研究性学习所能够提供的效果。很多地理知识只有在实践中才能更好的把握和学习。地理学的很多知识就是社会客观现实，是客观存在的具体的事物，如果能在实践中进行学习，效果会更佳，研究性学习就是这样的一种学习过程和方法。那么地理学科综合能力的培养与研究性学习有何关系呢？

    一、地理研究性学习是地理学科综合能力的运用

    1．搜集整理地理信息的能力。在地理研究性学习中，学生要独立自主地去研究课题，几乎没有或很少有现成的资料，学生会根据需要接触各种信启、资料，从中去查询自己所需数据、事实和实例等。各类信息有着各自不同的特点面对众多的信息，如何筛选整理取决于学生搜集、整理地理信息的能力。

    2．语言表达能力。语言是人类所特有的用来表达意思、交流思想的工具。语言表达能力是地理思维能力发展水平的重要标志。在研究性学习中，学生要经常向别人表达自己的观点和想法：探讨或征询与研究性课题有关的问题。如何恰到好处地表达清楚自己的思想、语言表达能力就尤为重要。

    3．读图和图文转换能力。地图是地理知识的载体，具有直观、简洁的特点，是地理学科的第二语言和重要工具。在地理研究性学习中，学生要用到各种地图，如何将图中的知识和各种信息提取、深入挖掘和灵活运用，完全由学生的读图能力决定。在读懂图的基础上还需要具有将图中的图形符号转变为文字表述的能力，也就是图文转换能力。如对柱状图、地形图、农业分布图、矿产资源分布图等的读取图文转换。

    4．地理空间想象能力。当今世界，经济高速发展，区域交往与联系日益密切。有关区位的问题已引起世人的关注，此类课题也是地理研究性学习中经常涉及的问题。如工业区位的选择、农业的区位因素、商品产地与运输和销售市场之间的区域联系等，所有这些都具有鲜明的空间特征。开展这些课题的研究，学生必需具有一定的空间想象力。

    5．理论联系实际的能力。学习地理知识的目的重在应用，研究性学习就是一改以往“读死书、死读书”的误区，突出地理知识的实用性。在研究性学习中，需要学生学以致用，具有理论联系实际的能力。如应用农业区位理论，调查研究当地发展某种种植业的区位因素；应用城市区位理论，实地考察、分析形成的区位因素等。

    6．团结协作的能力。学生实践活动多是以小组或集体的形式进行，人际交往面大大增加，团结协作的机会也远大于平时。即使是个人活动也离不开与他人的交流、互相帮助。共同合作，从这一点来看，研究成果应说是大家团结协作的结晶。

    7．分析问题解决问题的能力。开展研究性学习，学生需要具有一定的分析问题解决问题的能力。通过具体分析把地理事物分解成各部分和各组成要素，然后再运用比较、归纳、综合等能力，把各部分和各要素连接成一个整体，从中考察各部分、各要素间的联系进而揭示事物的内在联系，把握事物的本质和规律，使研究性学习的最终目标得以实现。  

   二、地理研究性学习是培养地理学科综合能力的重要途径

    1. 发挥地理与其他学科的联系功能，有利于培养综合感知能力

    学习是从感性知识开始的，在学习过程中提供必要的感知材料有助于学生进一步理解事物的本质和规律。为在教学中提供更加丰富、更加真实的感知材料，教师应从学生熟悉的日常生活和常见的自然现象入手。如讲述大气的热力作用这一抽象的物理过程时，可从夏季白天多云气温不会太高，引出云层对太阳辐射的反射作用；从睛朗的天空呈现蔚蓝色，引出大气对太阳辐射的散射作用；从学生都很熟悉的大棚蔬菜的种植，引伸到大气的温室效应等等，并密切联系初中物理讲过的热对流的条件、热辐射的原理、水的三态变化等知识，从多方面来帮助学生加深认识。为了让学生正确地感知月相的变化，在教学中我注意运用多种媒体，同时将我国古代优美的诗词引入其中，调动学生多种感官参加活动。

    2.发挥地理与其他学科的联系功能，有利于培养综合理解能力

    在感知的基础上实现对学习材料的理解是学生认识活动的中心环节。理解的过程是一个借助思维使知识不断“内化”的过程。这就需要通过对感知材料的分析、综合、比较、抽象和概括，以实现知识质的飞跃。教学中，教师应特别注意从多方面引导学生加宽、加深对学习材料的理解。

篇2

研究性学习是学生在教师指导下，从自然、社会和生活中选择和确定专题进行研究，并在研究过程中主动地获取

知识、应用知识、解决问题的学习活动［1］。

一、如何理解“研究性学习”

“研究性学习”有广义和狭义的两种理解。广义的理解泛指学生探究问题的学习。狭义的理解是指学生在教师指

导下，从自然、社会和生活中选择和确定专题进行研究，并在研究过程中主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。

在当今国际科学教育改革的热潮中，探究是出现频率最高的几个关键词之一。科学探究指的是科学家用来研究自然界并根据研究所获事实证据做出解释的各种方式［2］。科学探究也指学生构建知识、形成科学观念、领悟科学研究方法的各种活动。之所以这样表述，是由于学生的科学探究式学习活动在本质上与科学家的科学探究活动有很多相似之处，因此学生应像“小科学家”一样，以小主人公的身份发现问题、解决问题，并在探究过程中获取知识、发展技能、培养能力，特别是培养创造能力，发展自己的个性。因此教师应该用探究的方式展现科学知识，学生也应该用探究的方式学习科学内容。从基本理念的角度分析，“研究性学习”的核心就是学生自主探究与合作学习，它与“探究性学习”并没有实质上的差异［3］。

二、如何进行研究性学习

我们今天倡导的“研究性学习”不仅仅是转变学习方式，更是主张把学习内容与学生的整个社会生活联系起来，

通过转变学习方式以促进每一个学生的全面发展。它尊重每一个学生的独特个性和具体生活，为每一个学生的充分发展创造空间。

研究性学习的实施一般分为三个阶段：问题情景阶段、实践体验阶段和表达交流阶段。在学习的过程中，这三个阶段常常相互交叉、相互推进。

研究性学习课题应具有专题性、开放性、综合性、实践性、创造性和学生自主性及可操作性等特点［4］。

寻找和确定研究性学习的课题就是选题，确立研究性学习的主题。选题的过程，就是培养学生学会发现问题、提出问题的过程。而强化学生的问题意识，正是培养学生创新意识和创新精神的起点。

（一）“课题”是由“问题”而来。

“问题”无所不在，无时不有。如何才能做到发现问题和提出问题？善于观察和勤于思考是基本途径：随时记录自己不能回答的问题；坚持不懈地提出问题；学会由一个主题出发，提出各种问题。但发现问题并不是件容易的事，很多时候，问题是隐藏在事物的表面现象之后的，因此，在观察各种现象时，我们要特别关注一些有价值的现象。

研究性学习课题产生的渠道是多方面的，主要有以下几个方面：专家讲座、科学前沿引发问题；已有的文献、资料引发问题；从学科学习中找问题；从日常生活中发现问题；在社会实践中发现问题，如社会热门话题、参考教师提供的课题。

（二）从“问题”中筛选“课题”。

问题的提出有不同的角度，但并不是所有的问题对所有的人都能成为一个研究题目。

1.学会将问题进行归纳分类。

（1）从回答问题的要求划分：“是什么”的问题、“为什么”的问题、“怎么办”或“如何做”的问题；

（2）从回答问题的方式分类：读书报告类、参观调查类、实验研究类、设计制作类、观察记录类等。

同一个事物或现象，可以有不同层次的研究问题。我们可以根据现有的基础知识、资料的来源、查阅资料的能力、实验条件，以及教师的指导程度等来决定将选择什么样的问题作为研究课题。

2.“问题”与“课题”的关系。

“问题”与“课题”之间有着密切的联系，但也有区别。简而言之，课题是值得研究的问题，即有一定的研究价值，能回答和解释某种现象的问题，符合学生知识能力水平及教师的指导能力，对学生有教育意义。一般来说，能够成为课题的问题具有如下特点：问题比较明确，而不是含糊不清；问题涉及多个变量，而不是单一变量；问题的提出有一定基础，而不是虚无的；问题具有通过实际研究解决的可能性。

（三）在选题阶段教师应该做什么。

1.注意学生在“选题”中容易出现的问题，如提不出课题；课题提出的依据不足；课题太大、太空；课题太难，不切实际。

2.针对学生的困难提供有效的帮助，启发引导学生学会发现问题。

学生一开始大多不知道从哪里发现和寻找课题，教师可以从多方面启发学生，利用一切机会引导学生注意周围的事物和现象，让学生养成细观察、勤思考、善提问的良好习惯。

3.为学生创设一定的问题情境。

创设问题情境，是指教师精心设计一定的客观条件如提供学习材料、启迪实践活动、解决问题方法等，使学生面临某个迫切需要解决的问题，激发学生疑惑、惊诧的情感，进而产生一种探究的愿望。问题的提出可根据内容和学生的实际，采取不同方式，如教师可以用设问的方式引入、从演示实验中提出、从各种图表中提出、用生动有趣的故事引入、从日常生活中需要解释的现象导入、从与知识实际应用相关的问题提出等。问题情境的创设可运用于每一个教学环节，贯穿在整个教学过程中，如教师在讲授新课之前，提出一些问题，揭示矛盾，导入新课，也可以在学生学习完部分内容之后，创设问题情境，使知识得到扩展和延伸。

4.指导学生对选题作出价值判断。

教师要引导学生从课题研究的价值、意义、完成课题研究的条件和可能性等方面对所选课题进行评估，帮助学生选题和立题。

三、教师如何认识研究性学习

研究性学习的改革指向是双重的，除了改变学生的学习方式外，还要求改变教师的教学方式。

（一）转变观念，提高素质。

研究性学习的组织和实施，教师的素质、态度、适应性是关键［6］。

1.转变教育观念：教师要树立以学生为主体的教育思想。

2.先进的教育理念：教师要鼓励创新和实践，学会欣赏学生。

3.角色的转换：教师是研究性学习的参与者、组织者、合作者、指导者、服务者、促进者、鉴赏者、研究者，以及校内外教育教学资源的开拓者，而不是研究性学习的主宰者。

4.知识和能力：教师要有合理的知识结构（物理学科知识、学科前沿动向、教育教学理念、常用的信息技术、科研知识、学生心理知识），并有快速获取和接受新知识的能力、较强的科研能力，以及高超的教学技能。

（二）中学物理课堂教学中的研究性学习与教师的作用。

课堂教学是教与学双边活动的主要场所。但在教学实践中，教师往往按照自己长期积累形成的教学经验，较多地关注学生对教师自身教法的适应，而很少调整自己的教学策略去适应学生的学法［7］。研究性学习的提出是为了改革课堂教学中不适应新形势的弊端，让学生模拟科学研究的过程，从选择方案、研究过程和开发利用资源，到探索研究结论，都由学生自主操作，教师更多的是活动的共同行动者与合作者。

不同的学生必定有不同的学习基础和学习策略。针对不同的学生设计不同的教学策略，才能体现教师的主导作用。教师可以在教学内容中选择适合学生自己阅读的部分，让学生自学，也可以在学习内容的纵横方向上，为学生提供命题或材料，让学生自己查找补充材料，自己进行归纳、综合、对比等。在完成若干内容后，让学生回顾现在的学习策略与过去的不同之处，并对哪些是适合自己的学习策略、哪些是不太适合自己的学习策略，以及如何正确使用学习策略等产生自觉的认识。

学生是教学过程中的主体，教学活动只有通过学生自己的学习活动才能实现，因此课堂教学需要民主、平等的气氛。教师在教学过程中，应该摆脱传统教学角色的限定，超越“你”与“我”而成为“我们”，使教学过程具有生命的活力。

教师在教学过程中应该创造一种能充分发挥学生的主体性和自主性的条件和环境，设法调动学生学习的主动参与性，激活学生的经验储蓄和知识储蓄，发散学生的思维，让学生对自己的学习有所反省、有所总结，对学习产生“元认知”，在教师帮助下进行自我构建。

中学物理课堂教育中的研究性学习，由于学习内容的多样性和综合性、学习方式的主动性和独立性、学习过程的开放性和民主性，需要广大教师加倍关注学生思维能力的培养。学生是否掌握某个具体知识并不最重要，关键是能否对所学知识有所选择、判断、解释、运用，从而有所发展、有所创造。也就是说，研究性学习的过程本身就是它所追求的结果，学生通过问题来探究与社会、生活和生产密切相关的各种现象，并在这一过程中学习如何与人交往、合作。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部编制.普通高中“研究性学习”实施指南（试行）.2000.

［2］美国国家科学院编写.中国科协信息中心译.《美国国家科学教育标准》简介［J］.小学自然教学，2000，（12）：34.

［3］钟启泉等.基础教育课程改革纲要（试行）解读.华东师范大学出版社，2001.

［4］胡永生.中学生研究性学习的方法与范例.上海交通大学出版社，2001.

篇3

究过程

在高中数学研究性学习中，选择研究课题时，教师应注意社会性与实践性原则.社会性原则即重视数学和社会生活之间的关系.在数学教学中，研究性学习的目的是让学生学会综合运用所学知识去自主发现生活中的数学问题，并自主分析与解决问题.所以，在选择研究性课题时，教师应尽量选择贴近生活实际，贴近社会生产与发展的问题，让学生在探究过程中认识到数学知识的实用性，学会创造学习.实践性原则即让学生参与调查实践活动，学会收集与整理信息，分析验证与表述结论，从而得到探究与实践体验，学会自学质疑，动手动脑，培养创新与创造意识.

例如，在讲“正余弦定理”后，教师可依照教材和活动设计研究方案，要求学生围绕“正、余弦定理在日常生活中的应用”的课题进行研究性学习.（1）研究目标：①收集当地高建筑、桥或河的名字、建成时间、位置与应用现状.②调查高建筑物与桥的状况，认识它们在当地人心中的位置及作用.③前往测量高建筑、桥、河的路线.（2）研究内容：①当地有哪些高建筑，其所处位置、名字、建成时间与应用状况；②当地有哪些重要河流与桥，其名字、位置与建成时间；使用有关测量仪器，获得代表性建筑物高、河宽与桥宽.③让学生了解当地发展历史.同时，教师需要依照研究主题，为学生提供相关的资源，如有关测量仪器；学校实验室、电脑室、图书馆；规划局、国土局、当地街道办的联系人及其电话；评价量规等，并适时指导，让学生完成研究性学习任务.

二、把握问题性与适应性原则，拓展延伸知识，加深知

识理解

在高中数学研究性学习中，所选课题并非是学生未接触的、未学习的内容，而是需要研究与学习的问题，以深入了解所学知识的背景，利用已学数学知识或构建数学模型等分析与解决问题，这是问题性原则的要求.教师还要注意课题的适应性原则.在研究性学习中，其主体是学生，因而课题应符合学生认知水平，难度适中，让学生联系所学知识，并深入研究问题、解决问题，从而让学生理解与应用所学知识，把握科学研究方法.

例如，教师可立足教材，充分发掘教材研究资源，选择适宜的课题：（1）求函数的最小正周期、单调区间、值域等问题时，常常希望将自变量在一个地方出现，因此变量集中的原则为我们提供了解题方向，请试着研究所有与变量集中原则相关的类型；（2）在数学学习中，数形结合是重要的思想与方法，但是单位圆中的三角函数线则被人们所忽视，请试着探求三角函数线在解决三角问题中的数形结合功能；（3）运用变化观点分析数学问题，则会发现问题的实质与问题的联系，请通过收集与整理这方面的材料进行综合研究；（4）研究绝对值不等式和物理模拟法；等等.这些研究性问题既立足教材，又超越教材，是教材知识的拓展与延伸，符合学生已有认知结构，有助于学生理解所学知识，可培养学生的自学与探究意识，提高学生的学习能力.

三、抓住探究性与开放性原则，拓宽教学空间，彰显学生

个性

篇4

《高中物理新课程标准》在课程实施上注重自主学习，提倡教学方式多样化.高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考.通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神.

如何在高中物理课堂教学中开展研究性学习，从根本上改变学生学习态度和学习方式，更好地培养高中学生的探究能力和创新精神，这是一个现实而又具体的问题.通过教研交流，在听课活动中发现现在的高中课堂教学活动，还是传统的教学方法占主导地位.教师一言堂的现象还是普遍存在，新课程理念还是以口号的形式呈现，没有得到很好的落实，甚至在心理上还存在抵触情绪，在实际教学中不敢放手学生，不相信学生潜在的学习能力.

为此，要能动摇教师的这一思想，关键的是要树立典型，让教师把在课堂教学中落实新课程理念的想法和做法不要理想化、条件化，不要认为这些都是发达地区才能做的事情；让他们把眼光收回来，看看我们身边，就我们的现有教学环境，教学条件下同样可以在课堂教学中落实新课程理念，让学生体验学习的快乐和幸福.

为了达到这一目标，我从我的课堂进行改革，借助2011年毕节市“六个三工程”立项课题《高中物理教学中实施研究性学习课程模式实践探索与研究》和全国教育科学“十二五”规划2011年度教育部规划课题《优质课堂与现代教学技艺运用的研究》课题的立项子课题《优质课堂与尝试研学课堂教学模式的研究》（课题组成员自费课题）的研究，在综合毕节市《毕节地区“六个三工程”的课题指南（2012-2015年）》（毕地教办研【2011】64号）的通知和中国教育科学研究院教育科技研发中心《优质课堂与现代教学技艺运用的研究》总课题组的指导材料，结合《人民教育》发表的“尝试教学”理论，在教学中采用小组合作尝试教学的方式进行课堂教学的改革.

通过尝试教学将研究性学习思想与高中物理教学有机结合，并在课堂教学中进行实践研究，在课堂教学实践中落实高中物理新课程理念，创造让学生在自主、合作、快乐中学习物理的课堂环境.通过近一年来的实践研究，让我的课堂发生了根本性的变化，也让研究班级的学生对高中物理学科的学习由惧怕转变为喜欢，甚至是爱上了物理.这些转变都得益于以课题研究为支撑，以先进的理念为指导，在课堂教学实践中落实.

通过教学实践，我认为在高中物理教学中要落实新课程理念，最关键的是要改变传统的教学观念，教师教学观念的转变对落实高中新课程理念起着至关重要的作用，只有教师的教学观念改变了，才能去影响学生的学习方式.在实际教学中，教师的教学观念的改变和学生学习方式的转变是制约新课程理念能否在课堂教学中落实的瓶颈问题.只有教师在思想上、心理上和行动上突破了这一瓶颈问题，新课程理念在课堂中的落实才能取得突破性进展的第一步.

在突破了教师方面的瓶颈问题后，接下来的是要帮助学生在思想上、心理上、行为上突破由传统的灌输式教学在学生心理产生深刻影响的瓶颈问题，在这一问题的突破中，教师要根据高中学生的心理特点、认知特点有针对性的进行突破.在这里切记不能只使用说教的方式进行，因为专门的说教是很难让学生对已形成的根深蒂固的学习方式发生改变.我认为最好的方法是教师创设学习情景，让学生在认知行为中发生认知上的冲突，教师再巧妙的、不露声色的进行引导，让学生自己由心理上对灌输式教学的学习效果与小组合作学习方式的教学效果进行比较，让他们在无意中从心理上接受小组合作尝试教学的学习方式.也只有这样，才能让学生在后面的学习中全身心的投入到讨论学习中来，才能激发学生的内在潜力，让学生的智慧为小组服务，让每一个小组成为一个小的智囊团体.

在突破使学生学习方式转变的这一瓶颈问题时，我常采用的是游戏的方式和学习中的当堂检测，通过这些教学活动，让学生从心理意识到我们平时看了、听了认为自己懂了而实际上不一定真的懂了的学习现象彰显出来，同时让学生知道我们在平时的学习中常出现的“一听就懂、一做就错”的学习现象正是来源于此，让学生产生认识上的冲突.这样学生就能由心理上对小组合作尝试教学的方式产生亲切感，从而乐意去接受这种学习方式.

在突破了教师和学生在认识上的瓶颈问题后，接下来是要将理论和学生实际相联系，在理论的指导下进行课堂教学实践，将研究性学习的思想融合到小组合作尝试教学中来.要让我们的课堂教学成为高效的学习活动，形成真正意义上的优质课堂.

在课堂教学实践中我以尝试教学理论的基本观点“学生能尝试，尝试能成功，成功能创新”为教学指引，结合研究性学习的理论，在教学中以学习小组为单位进行“先试再研，研后展示，展示升华”的教学三环节.

结合高中物理学科的特点，以小组合作尝试教学为基础实行“331学习”模式：即3情3动1规划教学模式；3情指以课本情景、问题情景和实践情景为载体的尝试学习情景；3动指自动、互动和慧动――个人内心的尝试学习活动、小组内的尝试学习互动、成果展示的智慧生成互动；1规划指教学活动在老师的宏观规划下进行.

1以物理课本为情景载体的学习

研究性学习是建构主义实际应用的一个方面，其中一个核心概念就是认知结构.而“认知结构”是指学科知识的实质性内容在学习者头脑中的组织.它是由有组织的、稳定的概念组成.认知结构的构成遵循“不断分化”和“综合贯通”的原则，使其形成一个按层次高低和纵横联系组织起来的“金字塔”式的结构.

以高中物理课本内容为情景载体的尝试研学过程是建构主义的隐性体现.这一过程是在教师的宏观指导下，学生以小组合作学习为单位，根据课本相应内容自主地通过各种形式去研究、去学习、去尝试应用，并不断地获取新的物理知识的学习过程.在以课本情景为载体的小组合作尝试研究中最显著的特点是学生学习物理心态的改变，是以我要学好物理的积极心态进行学习，而非要我学好物理的消极态度.

在积极的心理驱使下，以课本内容为载体情景，通过小组成员的合作互助，不断地提取物理知识信息.而这些信息的提取都是小组成员基于自己已有的知识基础之上形成的信息，正是这样，被提取的信息在与小组员的讨论与争辩中不断与原有知识进行不断分化和综合贯通、纵横联系组织起来形成自己新的认知结构.在实践过程中还发现一个非常有用的现象就是：通过在新旧知识的融合过程中还不断的将学生原有的认知上的不足给彰显出来，在同伴互助的作用下得到纠正与提升.

在小组成员的尝试与讨论中，考验着成员的性格和合作精神，锻炼成员的意志，培养着成员的科学态度和创新精神.

2以问题情景为载体学习

在教育心理学里，有效学习即有意义学习.有意义学习的心理机制是同化，其产生的条件，在客观上，学习材料本身要有逻辑意义；在主观上，学习者本人应具有有意义学习的心向，同时其认知结构中应有可以用来同化新知识的原有观念.其过程即新旧知识相互联系、相互作用的过程 （ 即同化的过程）.任何知识都是整体网络上的一个点或一个节，离开了网络，也就丧失了生存的基础.

在以“物理问题”为情景载体的尝试研学中正是利用了教育心理学中的有效学习这一原理.在每周所给的物理问题都是结合学生学习实际，让问题材料与学生所学的知识具有很强的逻辑性.通过小组合作尝试研学，在对物理问题的讨论与交流中将所学的知识点在认识体系中同化成新的知识网络，让这些知识网络又为新的知识获得建立认识上的新起点.

JP]在对物理问题情景为载体的学习中，随着教学研究的深入，在所给的材料呈现上也作了相应的调整.在开始时都给出了相应的参考答案，目的是为学生指明解题的方向，然而在具体的学习过程中却出现向答案猜、靠、套的情况.对思维上出现错误的情况却只字不提，让错误的思维在认识深处埋下了一个坎，随着时间的推移，靠猜、靠、套的思维痕迹被惭惭淡忘，原来形成的错误思维方式却又出现，当再次遇到相似的问题情景又出同样的错误.

针对以上出现的情况，对物理问题情景作了一点改变：即在所给的问题情景中不再给出参考答案，让小组成员直接分析讨论.这样的一点改变在小组的讨论中却引起了思维上的巨变，因为没有了参考答案的指引，当对问题的分析出现不同的结果时，也就不知道谁对谁错，这时就只有各抒己见，互表观点，组员们用批判性的眼光理性对待，最终得出一致认同的结果，通过批判性的争议，让错误的思维更是暴露无遗，新旧知识的整合、同化更为深刻.

3以实践情景为载体学习

“实践出真知、尝试是先导”这说明了通过亲身尝试、进行实践研究、体验对学习的重要性.而物理学科是以观察和实验为基础的学科，实践和尝试在学习物理中更为重要.

以“实践体验”为情景载体的教学中，让学生以我们身边的物理现象教学资源，教师建立起物理情景后，让学生结合实际进行分析.如在学习匀速圆周运动时，先准备小球和细线.让学生用细线系住小球并使小球在桌面上做匀速圆周运动（近似认为），学生在玩转体验中对匀速圆周运动这一具体的物理现象有了认识.在认识现象的基础上尝试教学匀速圆周运动.又如在学习薄膜干涉的现象时，事先让学生根据教材提示进行准备，在课堂上进行小组合作实验，通过观察到自己所做的实验现象，再结合物理知识进行分析，让学生在所做、所想和所悟中学习物理.

篇5

在现代教学形式下，教师除了是教学媒体的选择者外，还必须是教学信息的加工和生产者。学生必须具有自主学习意识和能力，能主动获取和处理各种信息，从而成为具有创新能力的人

（一）运用现代信息技术，提高教师的信息技术素养

开展现代教育理念及信息技术培训活动，去更新教师的观念，开阔教师的视野，调动教师学习及运用现代信息技术的积极性，培养乃至提高教师的信息素养，克服教学中只把现代教育媒体作为辅助手段的局限性，发展教师运用现代信息技术的能力。现代的信息技术与多媒体技术为学习者开启打造了一个多彩的充满活力的天地，现代教师就应充分利用这一有利的条件，积极开拓引领学习者进入新天地的渠道。同时还要不断开掘新的资源，建造新的平台，寻找新的栖息地，让学生先感受，多感悟不同世界的新奇与美妙，就可以自然吸引学生主动攀升到新的境地与高度。

（二）运用现代信息媒体，提高了学生的信息技术素养

信息技术与学科教学整合离不开学生的参与，学生及早掌握网络技术与制作演示文稿技术，就能更好地配合教师进行课堂教学改革，如把语文、英语中的阅读及写作课的教学放在网络教室中开展。研究性学习是基于信息资源学习的课程，将知识模块调整后，更有利于学生获取信息，更有利于研究性学习的开展。有利于师生、生生互动。当学生及早掌握了网络中E—mail、BBS、QQ和网页制作等技能，就可以充分利用网络来发表信息、交流信息，这便于生生、师生之间的互动，既可加强他们之间的空间交流，扩大学生知识获得的范围，也为新型的教与学模式的建立与实施创设了条件。

（三）教学手段的交互使用，优化了课堂教学结构

现代信息技术与多媒体技术作为现代教育教学的工具为优化课堂教学结构，促进师生教学的交流互动开拓了更为广阔的空间，发挥着神奇的作用，是以往任何一个时代都不可比拟的，是革命性的。

（四）现代教学手段应用于教学，创新了教学的工具手段

信息技术作为教学工具手段，它与学科教学的整合，是课堂教学模式改革的发展方向。未来的课堂教学方式发展趋势将由目前的“以教为主”变为“以教为辅”，以学生运用各种信息技术手段获取知识和能力为主的“人本主义”教学方式。

二、课堂教学中恰当的选用现代教育手段，能丰富课堂教学内容，提高教学效率

（一）、运用多媒体资源创设问题情境，引发学生探究欲望，培养学生的观察思考能力

以七年级科学《动物的行为》研究课为例。教学中充分利用多媒体资源来创设问题情境，以培养学生的观察能力和思考能力。课堂上出示各种动物在不同场合下的行为的图片和视频，让学生感知，以引发兴趣、提出研究主题。本课在使用多媒体演示文稿提供的丰富图片的背景（图景）下，通过学生的仔细观察、对比、讨论、教师的引导，归纳出动物的先天行为和学习行为，并用表格呈现，帮助学生加以区别、理解和掌握。运用视频、动画等多媒体信息，达到了其它教学手段难以达到的效果，这对培养学生的观察鉴别、分析探究的能力起到了很好的作用。

（二）、运用自制多媒体课件反映学科知识本质规律，促进学生的意义建构

以物理《船闸》研究课为例。要很好地理解“连通器”这个物理现象及其规律以及在现实生活中的应用，仅仅做好实验或利用挂图是不够的。船闸利用了连通器的道理，是利用小道理解决大问题的一个好例子。很多同学对连通器的原理觉得很容易理解，但对于船闸的的工作过程却觉得很难理解或很抽象，在本软件中就给同学们提供了较为科学的学习船闸的方法，使学生可以自主选择自己适合的学习方式：可以先观看船闸的自动演示过程了解了船闸的工作原理以后再来亲自操作实践一下，检验自己的掌握情况；也可以根据连通器的原理进行探索性操作，如果有问题本软件会有一些适当的帮助或鼓励性的文字提示，这时你也可以观看船闸的自动播放过程，然后再重新进行模拟操作。

上面两节课是运用信息技术创设有效教学情景（图景）的两种类型。不管哪一种类型，创设教学情景的基本要求都是，应提出一个与教学内容相关的实际问题或展现一个包含研究主题的现象，以引起学生想要解决这个问题的欲望。创设问题情景后，还要能引导帮助学生积极地展开猜想、探究和有效地思维、分析。教学情景的有效创设和运用，是学生主体教学模式构建很重要的一个方面。

（三）、恰当的网络教学及应用，培养了学生自主探究学习能力

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在科学技术飞速发展的今天，多媒体和网络技术日益普及，多媒体辅助教学进入课堂已不是梦想。多媒体技术不仅可以实现图形、图象动画的实时变换，更重要的是它能图文并茂、声像结合，不但可以看到图形的立体结构，而且还可以更深入到不同层次，使深澳的道理形象化、枯燥的知识趣味化，给学生提供一个形象直观的学习环境，更有利于突破教学难点，激发学生的学习兴趣，使学生能够在短时间内接受更多的信息，提高教学效果。

结合课堂教学的实践发现，在学科中应用网络多媒体教学，主要有这样几大优势：

一、自主性：

因特网是世界上最大的知识库、资源库。它能为学生提供丰富多彩、图文并茂、形声兼备的学习信息源，学生可以从网络中获得的学习资源不仅是数量大，而且还是多视野、多层次、多形态的。与传统教学中以教师或几本教材和参考书为仅有的信息资源相比，学生有了很大的、自由的选择空间，选择的自由是自主学习的前提和关键。

1.学生可以不再被那些仅有的信息源（教师或教材）牵着走，他们可从网络广泛的信息源中选择他们所需的学习材料。教师不用单纯地利用教材提供的例题，而是让学生上网查找自己感兴趣的相关资料，学生的积极性很高，学习的自主性也被调动起来。

2.在多媒体网络中学习还可以使信息的接受、表达和传播相结合，学生通过他所表达和传播的对象，使自身获得一种成就感，从而进一步激发学习兴趣和学习自主性。

二、交互性：

传统教学，虽然教师与学生、学生与学生共在一个空间，但在教学中相互之间的交互性却极为有限。教学内容、教学策略、教学方法、教学步骤等都是教师事先安排好的，教师与学生之间较多发生的是一种从教师向学生的单向广播式作用，学生很难有机会系统地向教师表达自己对问题的看法以及他们解决问题的具体过程。同班同学之间就学习问题进行的交流也是极少的，更不用说和外地的学生进行交流与协作。网络多媒体教学的设计就向学习者提供支持，为他们创设一种相互交流、信息共享、合作学习的环境。可以使教师与学生之间在教学中以一种交互的方式呈现信息，教师可以根据学生的反馈的情况来调整教学。学生不仅可以和自己的任课老师进行相互交流，而且学生之间的交流也可以通过各种网络技术而实现，可以在网络上讨论各种问题。于是学生不仅从自己的思考过程中获取知识，还可以从其他学生的观点中获取知识，从而达到建构和转换自己知识的目的，在课堂上信息交互的机会大大增加，同时也培养了学生合作学习的能力。学生还可以根据网络电脑提供的反馈信息，在学习过程中不断调整学习内容和进度，自由进退、自主构架。 “不服输”是孩子的天性，他们会认真检查出错的练习题，在以后的练习中会更认真、仔细，逐步达到正确、迅速的目的。

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新课程标准指出：“要把信息技术作为学生学习物理和解决问题的强有力工具，致力于改变学生的学习方式，使学生乐意并有更多的精力投入到现实的，探索性的物理活动中。”在以人为本的教育理念指导下，以多媒体计算机和通讯网络为标志的信息技术必将成为教学活动的首选。 利用多媒体技术对文本、声音、图形、图像、动画等的综合处理及其强大交互式特点，为物理教学编制的系列计算机辅助教学课件，能充分创造出一个图文并茂、有声有色、生动逼真的教学环境，为教师教学的顺利实施提供形象的表达工具，能有效地减轻学生课业负担，激发学习兴趣，真正地改变传统教育单调模式，使乐学落到实处。多媒体技术的出现和使用为我们教学手段改进提供了新的机会，产生不可估量的教学效果。

一、多媒体技术与初中物理新课程学习方式的整合

新课程改革的根本标志，就是要建立和形成充分调动与发挥学生主动性的多元化的学习方式，就是要极力倡导基于合作的学习、基于问题的学习、基于实践的学习、基于探究的学习、基于个性的学习等等，在推广应用这些新的学习方式过程中，多媒体技术将会起到重要的作用。现在是知识爆炸的时代，学校传授的知识极其有限，学生在学校学到的物理知识能在将来工作中直接应用的微乎其微，起作用的只是教师传授的思想方法和学习方法。因此，学校的物理教学应该教会学生终身受益的学习方法，培养学生的创新意识和可持续发展能力，使他们在未来的竞争中立于不败之地。现代教学技术进课堂，强有力地冲击了传统的物理教学。许多教师在努力尝试，多种软件被应用于公开课、示范课、研究课，提高了课堂教学的效果，发挥了多媒体技术的作用。可是，一个无法回避的问题摆在我们面前：尽管这些现代化技术的作用很大，有助于学生思维的发展，但它们还仍然只是老师手中的工具，而不是学生主动学习的武器。如何使计算机技术成为学生手中的利器，成为学生开展自主学习和探索解决问题时的工具，才是我们研究的目的。

另一个问题是：随着科学技术的飞跃发展，我们如何充分利用这些不断出现的新技术和新设备，把它们作为一种辅的工具，真正能改善我们的课堂教学，提高教学效果，而不是作为一种摆设，仅仅起到展示的功能。通过实验，提高了自主学习的能力，促使学生发现问题和研究问题，在学中做，在做中学，激发学生的学习积极性。同时培养学生主动探索研究、动手操作实践的能力，培养学生创新精神和创造能力，更重要的是在这一探索性和研究性学习过程中，学生的主体作用得到充分体现，能了解研究性学习的一些基本方法，提升思维活动的层次，培养物理学习的基本素质。触类旁通，学习方法的迁移也将有助于其它内容的学习，从而整体地提高学生的学习成绩。

二、多媒体技术与初中物理新课程教学方法的整合

教学方法是联结教师与学生的重要纽带。通过有效的教学方法把教师的教学活动与学生的学习活动有机地联系起来，是提高教育教学质量和教学效率的关键。

（一）创设情境，激发兴趣，促进乐学。兴趣是力求认识某种事物或爱好某种活动的倾向，这种倾向是和愉快的情感体验相联系的。它是在需要的基础上产生和发展的，由有趣-----乐趣 ----兴趣逐级发展。教育心理学研究表明：人获取的外界信息中，83％来自视觉，11％来自听觉，3.5%来自嗅觉，1.5％来自触觉，1％来自味觉，显然增加视觉、听觉信息量是多获取信息最可取的方法。学生大多活泼、好动，喜欢多变、宽松的教学环境。静态的文字、课本及教师的口语则满足不了学生比较活跃的心理需求，他们在安静的教室里，往往找不到自己的位置，认为老师是演员，自己是观众，是旁观者。因此，思想容易开小差，使教学达不到理想的效果。而教学媒体通过声、像、动画等学生喜闻乐见的形式，以其新颖性、艺术性吸引学生的注意力，为学生创设符合其心理特点的教学情境，不断地给学生以新的刺激，使学生的大脑始终保持兴奋状态，激发了学生强烈的学习欲望，增强了学习兴趣。美国心理学家布鲁纳说：“学习最好的刺激是对所学学科的兴趣。”学生一旦对物理产生兴趣，将达到乐此不疲，废寝忘食的地步，他们会克服一切困难，充满信心的学习物理，学好物理，变“要我学”为“我要学”。

学生的学习兴趣来源于所接受的信息，信息的传递方式适合学生的口味，学生就容易接受，兴趣就浓。因此，作为教师就要很好地把握多媒体及网络信息资源这个教学工具，最大限度的为学生传递更容易接受的信息，使学生在课堂教学中发挥出更多的聪明才智。

（二）释疑解惑，减缓难度，突破难点。

爱因斯坦说过：“提出一个问题，往往比解决一个问题更重要。”现代教学观认为，课堂教学就是引导学生从“无疑”到“有疑”再回到“无疑”的过程。因此，教师在教学过程中要善于运用现代教育技术创设问题情境，引导学生大胆质疑，发表见解，提出有价值的问题，从质疑中显露教学的重点和难点。初中物理“密度”一节内容比较抽象，传统的教学方法只是让学生通过想象，死记规律，要完成这一知识的迁移，难度很大。而在现在，大部分中学物理教师在上这部分内容的课时，自制多媒体课件，将无形的概念变成有形的实体展示给学生，将此过程用多媒体来展示，降低了难度，促使学生客观接受，引导学生抽象思维，使教学取得了事半功倍的效果。

（三）模拟演示，巩固训练，反馈矫正。

多媒体的交互性能还可以提供各种丰富多彩、生动活泼、反应快的反馈信息。多媒体可以实现对学生课堂联系的及时反馈，学习知识的目的在于灵活运用知识，课堂练习是加强对知识的巩固和运用的最好方式。学生稳定性差，易疲劳，在巩固环节思想最容易溜号，只有不断的改变练习形式，不断给学生以新的刺激，才能使他们保持旺盛的精力。多媒体的最大成功之处在于化学习被动为主动，化抽象为具体，通过带娱乐性的练习，能轻松巩固已学知识，从而切实激发学生想做、乐学的学习情感，真正做到“减负”之目的。比如在练习中编各种形式、各种情景的选择题、填空题或解答题等，由软件来判断学生解答的正确与否，并配以声、像根据练习的情况，给予必要表扬鼓励或重复练习等。

三、多媒体技术与初中物理新课程创新教育的整合

（一）强化创新意识的培养。创新教育首先应从培养创新意识入手。多媒体技术可以从“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”等方面建立和谐互动的学习氛围，拓宽学习，用眼观察、动口表达、动脑思维和动手操作的时空领域，通过运用多媒体技术所提供的生动、直观的学习材料，激发学生的联想，唤醒学生长期记忆中的有关知识。经验或表象，去同化新知识，促进其丰富的想象力，形成眼、手、脑等多种感官协同工作的学习习惯，使学生学习注意力、观察力和思维能力不断提高，从而促进学生创新意识的培养和形成。

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新课程促进学习，即作为促进者的教师，其主要时间不是放在传统的组织教案和讲解上，而是放在学习材料的搜集和提供上。促进型的教师集中精力于提供各种学习资源，以使学生进行切合自身实际需要的学习。教师不仅花时间去思考和设计这些材料的显示方式，而且还优化或者简化学生在研究消化这些材料时现实的和心理上的步骤。

新课程当今教学改革的浪潮中，学生的学习方式正由传统的接收式学习向创造性学习转变，为适应这一形势发展的需要，为培养学生研究性学习的能力，发展学生的创新能力、实践能力以及良好的个性品质，教师必须转换角色，由传统的授课者转化为学生自主学习的促进者。

美国著名的心理学家、教育家罗杰斯（1902-1987）认为：“学习只能促进，老师只是一个促进者。教师的作用表现为：帮助学生明确他们想要学习什么，帮助学生安排适当的学习活动和材料，帮助学生发现他们所学东西的个人价值，建立并维持能促进学习的心理气氛。教师的基本任务是要允许学生学习，满足他们的好奇心。”

这就是说，由学生自己决定如何学习，而教师则是促进学生的具有个人意义的学习。在这种师生互动中，学生、学习者处于中心位置，教师不再为学生的发展确定方向，这时，教师担当了促进者、帮助者、合作和朋友等角色。

那么，在物理教学中，教师应如何担当学生自主学习的促进者呢？为此，教师应从以下几个方面做起：

1.放手——做一个“旁观者”

在课堂教学中，教师要给学生一个释放教学天性的机会，这是一次学生主动参与、体验、表现和创造的机会，教师要让课堂始终都是在情感的激荡中进行，怎样才能让学生们淋漓尽致地表达情感、体验学习的乐趣？这就要求教师在课堂上懂得适时放手，让学生去探索、去实践，做一个积极的旁观者。

例如，在学习“串并联电路”时，每组分别配备两个灯座和灯泡，一个电键，一个电源，若干导线……让学生自主设计方案，画电路图，动手实验，而教师来回巡视，适时回答，并不干扰，只是一个旁观者。

当学生按图1连接实物，闭合电键两灯都发光时，便适时提问：“这是一种什么连接方式？若取下一只灯泡，另一只灯泡是否还亮？”让学生自己实验、讨论、总结、归纳……再结合书本，深刻认识串联电路的涵义及识别方法。

当学生按图2连接实物，闭合电键两灯都发光时，提问学生：“这种连接方式和刚才的连接方式同不同？若取下一只灯泡，另一只灯泡是否还亮？为什么？”学生通过实验、讨论、思考，总结出电路的两种基本连接方式：串联电路和并联电路，并掌握了如何识别串联电路还是并联电路。

这里需要注意，串联电路还是并联电路，指的是用电器的串联或并联，而不是指电键或电池的串联或并联。

当学生的学习热情高涨时，每组再分别增加一只灯座和灯泡，再实验、讨论、归纳、总结，看看共有多少种组合，哪个是串联，哪个是并联，哪些不是，从而将课步步引向深入，推向。

下面就是学生通过多次实验和讨论，分析和综合得出的四种接法：三个串联，如图3；三个并联，如图4；两个串联起来之后再与另一个并联，如图5；两个并联起来之后再与另一个串联，如图6。按图5、图6的连接属混联，不是基本连接。

2.鼓励——做一个“支持者”

日本岛大学教授片冈德雄把课堂上积极的气氛称为“支持型”气氛，就是在学习中学生和教师都充满自信，教师与学生相互信赖，教师对学生是宽容的，学生能采取积极主动的态度自发地学习等等。只有在这种氛围中，学生可以无需担心集体压力与他人的眼光，不拘泥于惯例与常规，敢于行动，积极探索。

可见，这种课堂氛围是充分体现教师的主导作用和学生的主体地位的，那么，如何营造这种“支持型氛围”呢？这就需要教师在课堂上尽可能多地给学生鼓励，成为学生的支持者。

例如：在学生探究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关时，有的学生认为“与压力的大小有关”；有的认为“与接触面的粗糙程度有关”；还有的认为“与接触面积的大小有关”……不管他们的“认为”是对还是错，教师都应该支持和鼓励，然后引导学生通过实验来验证预先的猜想，得出正确的结论……

3.牵手——做一个“合作者”

美国教育家多尔说：教师在师生关系中的地位是“平等中的首席”，教师应以平等、民主、尊重、理解、关心、赏识的态度去对待学生，这种角色的转换就是对学生的一种极大的尊重。所以，课堂上师生应多多牵手，做他们的知心朋友，让教师成为学生的合作者。

现代社会中，学生在日常生活中有很多机会接触新鲜事物，很容易从学校外部资源中获得信息和知识，会使教师的知识储备不及学生的提问，那就要求教师不断学习，同时，与学生真诚合作，不断探究……

例如，物理知识在军事、战争中的应用，有的学生是军事爱好者，非常关注战争……教师可以与他们合作，通过影像资料、图片杂志等进行研究、讨论……

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一、差异性实验

差异性实验（discrepantexperiment）是指结果出入意料之外的、与学生学习前面概念或常识相违背的科学实验。这些实验展示的现象，与学生学习科学的潜概念发生矛盾，能引发学生强烈的认知冲突，使学生头脑中产生各种各祥的疑惑，在差异性实验中，要提供学生自主建构问题的时间，让学生通过思考、讨论和语言组织，提出相应的问题。

在中学物理教学中，有许多常用的简易实验，如“拉两本页码交叠的课本，拉不开课本”的实验，“吹两纸条，吹不开”的实验，等等，都可以让学生自己做实验，创设学生自我发现问题和提出问题的情境。用差异性实验引发问题情境，也可以通过教师演示，也可以用于扩展性的研究性学习。例如教师可以演示如下的实验现象：一块长1.5米左右的木板作斜面，同时取出两个相同的饮料易拉罐，把其中一个用力摇晃少许时间，而另一个则小心不让其摇晃。在斜面顶端同时初速为零滚下这两个饮料易拉罐，看哪个饮料易拉罐先滚到斜面底端。然后提供学生思考时间，让学生提出问题：究竟是什么原因使相同的饮料易拉罐从相同的斜面上滚下所需的时间不同？学生便可以就该问题的解决，进行扩展性的探究学习。

在用差异性物理实验创设让学生发现问题情境中，教师要善于“闭嘴”，把提出挑战性问题的机会让给学生，使学生逐步养成自主建构问题的意识与习惯。

二、科学模拟研究

学生学习物理与科学家研究物理是有区别的。中学生学习物理主要是通过学习前人发现的物理知识来掌握知识与技能，学习研究的过程与方法，培养情感态度与价值观。但是学习物理可以采用科学模拟研究的方法。利用这种模拟物理学家研究来创设学生发现问题的情境，可以使学生以研究者的角色进入学习，学会科学地看问题、想问题，逐步了解物理学的探究过程和方法。

在许多传统的物理教学内容上，我们只要适当加以组织，都可以用科学模拟研究的方法来创设发现问题的情境。如关于“自感”的教学中，可用传统的两个演示实验来创设发现问题的情境：在其中一个实验中小灯泡“通而不亮”，而在另一个实验中小灯泡“断而不熄”。这样的现象会引起学生的好奇，产生“为什么会产生这种现象”的问题，并萌发研究探索这个现象原因的兴趣。

应当指出，学生的模拟研究并不等同于严格意义的科学研究。两者虽有相似的地方，但学生的研究活动更多地体现为探究的兴趣与过程，保持和发展好奇心与求知欲，形成敢于质疑勇于创新的科学态度。因此，利用科学模拟研究来创设发现问题的情境并进行物理学习，要设法把发现和提出问题的角色让给学生，教师不要包办；同时要注意不要拘泥于前人原始研究过程，而是要根据教学要求有选择地加以利用。

三、知识的联系

物理学的理论体系主要由物理概念、物理规律等组成。物理概念反映了物理现象和过程的本质属性，而物理规律描述了物理现象和过程在一定条件下必然发生的本质联系。这些知识的联系也往往是物理教学时创设发现问题情境的素材。教学中可以利用物理知识的联系来引导学生对相关知识进行分析推理，以发现问题并提出问题。例如，学习了力的概念，又学习了运动的知识，教学中要通过演示或学生实验或事例，揭示力与运动这两个知识点的一些误区或佯谬，并引发学生讨论，让他们自己产生“力是产生物体运动的原因吗？”的疑问，并提出探究力与运动关系的课题。

利用知识的联系创设问题情境，应当培养学生联想、逆向思维的能力与习惯以及善于发现和提出问题的能力。例如奥斯特发现了电流的磁效应后，教师可以着意让学生讨论，引导学生联想或逆向思维，让他们自主提出“既然电流能产生磁场，那么.磁场能否逆向产生电流呢”的问题。类似的利用物理学知识的前后联系来创设发现问题情境的例子，在中学物理教学中比比皆是，教师要有意识地去发掘它们。

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[中图分类号]G434 [文献标识码]A [文章编号]1672-0008f2013）03-0003-07

一、引言

学习环境的研究最早可追溯到心理学家勒温（KurtLewin，1890-1947），他认为学习环境的设计应满足学习者的心理需求，与之充分互动，从而影响其外在行为表现。随着研究的深入。学者们将学习环境的概念延伸到课堂氛围、学校文化等方面，认为教与学的过程类似于社会交往。需要一定的文化氛围起外在引导作用。

20世纪90年代以来，以网络、多媒体为代表的信息技术得到迅速发展，信息技术工具已将“现实”的学习环境拓展到基于网络和多媒体的“虚拟”学习环境，打破了传统教学活动的时空限制，可以有效地激发学习者的学习热情，促进协作和分布式学习。然而，单纯的现实环境和网络中的虚拟环境对教学的影响各有利弊，在增强学习者临场体验、培育学习者实际操作能力、拓宽学习者视野、培育学习者协作式解决问题能力等等方面，实和虚的学习环境不可兼得。

为此，有必要在关联主义学习理论的支撑下，结合物联网传感器技术的应用，将课堂内/外的“现实”学习环境与基于网络/多媒体的“虚拟”学习环境进行“融合”，使之成为有机的整体。营造“虚实融合”的学习环境。该环境既能满足学习者获取真实的学习体验，促进开展基于网络的协作学习，又有利于教师在探究过程中为学习者提供多方位的指导。拓展学习者的视野。

二、学习环境及其构成要素

（一）学习环境的内涵

随着建构主义理论的兴起，教学范式的关注点逐步从“教”转向“学”，在强化情境认知理论的同时，学习环境的重要性日益受到关注。

国外学者大多从学习活动的视角来定义学习环境，认为学习环境是促进学习有效开展的活动空间。较早关注学习环境设计的学者（Jonassen，D.H，1999）从建构主义的视角出发。认为学习环境是一种以技术为支持的环境，有利于学习者开展有益的学习。Hannafin（1992）将学习环境看作是一个全面、综合的系统，它通过以学习者为中心的活动来促进人们参与学习。

国内学者更多的是通过描述学习环境的要素来界定该概念。例如，何克抗、李文光（2002）将学习环境具体化为学习资源和人际关系的组合。其中，学习资源包括学习材料（即信息）、帮助学习者学习的认知工具（获取、加工、保存信息的工具）、学习空间（比如教室或虚拟网上学校）等等；人际关系则包括学生之间和师生之间的人际交往。钟志贤（2005）认为学习环境是为促进学习者发展，“特别是为高阶能力发展而创设的学习空间”。包括物质空间+活动空间+心理空间。

（二）学习环境的构成要素

新的理论与技术为学习环境的设计研究提供了新的视角，同时也丰富和拓展了学习环境的构成。由于人们立足于不同的基础理论与支持技术。其关注点各不相同，对构成要素的理解也有所不同。表1列出了根据时间顺序，研究者们对学习环境构成要素的不同观点。

目前，国内外关于学习环境构成要素的研究大多基于计算机网络技术与建构主义理论，主要关注学习环境的设计，协作学习、基于资源的学习的有效支持等。通过文献分析可知，研究者们对学习环境要素的理解有广义和狭义两个方面。在广义上，学习环境包含了教学系统的各个要素，例如，教师、学生、内容、方法和媒体等；在狭义上，学习环境为某一类型的学习活动提供相关工具、资源与教学策略支持。此外，学习环境要素的描述也受到研究者关注视角的影响。例如，在建构主义视角下，学习环境离不开资源、工具与情境等要素（钟志贤的“7+2”模型与Jonassen的建构主义学习环境）：在协作学习的视角下，学习环境需具备协作学习的空间、工具或硬件等（李继颖、张振亭，2001；叶赐添；李克东，2009；安维琪，2011）。

三、虚实融合学习环境及其特征

（一）虚实融合环境的内涵

随着现代网络技术和虚拟现实技术的发展，基于网络和多媒体的虚拟学习环境逐步走入人们的视野，早在1999年就有研究者讨论了学习环境由实变虚的历程，具体表现在学习伙伴、学习资源与学习方法三个方面。随着技术的革新、教学理念的转变，现实的物理教学环境与虚拟的网络教学平台都暴露出各自的不足之处，为了支持开展有效的教学活动，需要将二者进行融合。现实的物理世界能为学习者提供真实的体验，在提升学习者情感和动机方面要优于虚拟的网络环境，虚拟的网络平台和工具则能够打破限制，极大地拓展学习者的探究与学习领域。

在本文中，将支持现场讲授、演示、操作练习的方法开展教学活动的真实环境称之为“现实”学习环境，而借助于网络和多媒体手段、支持非面对面形式的学习活动的场所称之为“虚拟”学习环境。由于这两类学习环境在学习者的能力培养方面各有长处和短处，十分有必要将其进行融合，从而构建“虚实融合”的学习环境。

所谓虚实融合的学习环境，是指一类通过传感器设备识别、获取真实环境中与学习活动相关的客观信息，通过互联网将基于课堂和社会的真实学习环境与基于网络和多媒体的虚拟学习环境融为一体的新型学习环境。

虚实融合的学习环境主要借助于传感器，通过互联网连接现实世界与虚拟世界。传感器设备作为物联网的重要组成部分，识别、获取真实世界中对促进学习活动开展起着重要作用的信息，经过数字化处理后直接为学习者所采用。互联网和多媒体技术的应用，主要表现在虚拟学习环境和数字化学习资源的构建，学习者通过个性化学习环境获得学习主题相关的资源，避免了在海量的网上资源中迷航，提高学习效率，并有效支持协作学习活动的开展。

当前，支持学校开展科学探究活动的学习环境主要有两类：一是基于学校课堂内/外的“现实世界”。二是基于网络/多媒体的“虚拟世界”。在图1所示的“学习环境一学习模式”坐标系中。传统的课堂教学活动、传统的研究性学习活动分别位于A、D两个象限之中；基于信息技术的教学演示活动位于B象限：基于信息技术的研究性学习活动则位于c象限。其中包括网络探究（WebQuest）、网络探究科学环境（Web-basedInquiry Science Environment，简称WISE）、信息问题解决模式（BIG6）等典型的研究性学习模式。

图中虚线勾画出的椭圆是“虚实融合环境中的研究性学习”活动，它将虚拟环境与现实环境有机地结合起来，既充分利用虚拟环境中丰富的网络信息资源、认知与交互工具来开展研究性学习活动，又将学习活动置于现实环境中的真实情景，使得学习任务更具真实性与挑战性，更加激发学习者的动机与兴趣。

（二）虚实融合环境的特征

一般说来，本文所讨论的虚实融合的学习环境具有以下特征：（1）基于传感设备与互联网技术的支持，实现真实学习环境与虚拟学习环境的有机结合；（2）通过虚拟环境向学习者提供真实环境中难以获取的数据，将基于校内的正式学习活动与基于社会的非正式学习活动有机结合；（3）支持现实环境中的问题解决型教学活动，借助虚拟化的工具和手段开展科学探究。通过协作与互动解决现实世界中的真实问题：（4）通过传感器和网络实时获取和传递现实环境中的数据，拥有虚拟环境中海量的数字化学习资源，有利于开展跨时空的自主学习：（5）参与者能够最大限度地参与学习活动并有所收益，参与者既是某一领域的学习者也可能是某一领域的专家。

总之，虚实融合的学习环境结合了真实环境与虚拟环境的优势，可以弥补二者在培养学习者协作创新与满足学生真实体验等方面的不足。使用基于传感器和通信网络的物联网技术为学习者提供真实、同步的科学探究工具与手段，利用互联网技术编织起巨大的知识网络，使所有参与者都能从中学到知识。获得体验。拓展视野。从而满足不同层次的学习需求。

基于课堂的“现实”学习环境、基于网络和多媒体的“虚拟”学习环境，以及“虚实融合”学习环境三者在理论基础、技术支持等方面均有所不同，但在促进学习者有效学习的根本目标上是一致的，如表2所示。

四、虚实融合学习环境的理论与技术支持

（一）情境认知理论与分布式认知

建构主义理论的四要素（情境、会话、协作、意义建构）奠定了学习环境的理论基础。建构主义认为，情境在促进学习者意义建构过程中的作用不容忽视，学是与一定的社会文化背景即“情境”相联系的，学习者在实际情境下进行学习，通过“同化”与“顺应”才能达到对新知识意义的建构。会建构主义理论观点更是认为，学校中的学习应该在一种有意义的情境中发生，它不可能与儿童在“真实世界”中所获得的知识相分离。因此。学习过程类似于社会交往过程。社会文化氛围与学习情境对存在于其中的主体有很大的影响，舒适融洽的情境能够满足主体的心理需求，促进有意义的交流。

情境认知理论认为，学习者的生活经验以及在新知识的获得与应用中利用这一生活经验对于学习是十分重要的。事实上，情境认知的研究正是试图通过设置基于工作的、模仿从业者真实活动的学习环境。或借助信息技术设计的逼真、仿真环境和虚拟实境来提高学习的有效性，并保证知识向真实情境的迁移。

虽然。目前现代信息技术工具已经实现了对真实情境的复制和虚拟化，但在满足学习者的真实感和临场体验方面，真实的情境与活动仍然不可替代。因此。在重视基于网络的虚拟学习环境的同时，也要重视真实环境中的活动、情境与评价，二者相辅相成。

分布式认知是一种认知活动，既是对内部和外部表征的信息加工过程，也是一个包括认知主体和认知环境的学习系统。分布式认知强调认知现象在认知主体和环境间分布的本质，它认为认知分布于学习者个体的大脑内。大脑是一个复杂的动态系统，具有社会性。该理论把人的学习过程与大脑的自然学习过程类比，强调要设计合适的学习环境以使人类学习过程与大脑的自然学习过程相一致。随着信息技术的发展，基于计算机和网络的学习环境正在分布式认知学习中扮演着愈来愈重要的角色。

在分布式认知的相关理论中，制品（artifact）被理解为支持分布式学习的设备或学习技术，学习者与制品的交互过程促进了有效学习，人与制品构成了动态的学习环境系统，这是一个复杂的分布式学习系统。分布式学习环境中的“制品”被认为带有认知能力，例如，智能教学系统中的智能被认为拥有类似于专家的“智力”，当学习者带着大脑中的知识参与到分布式的学习环境中，将与“制品”产生交互。为了促进学习者知识体系的完善与提升，就必须科学设计和正确使用“制品”，使之与学习者的大脑知识互补。从而有效提升学习效率。

（二）关联主义学习观与物联网技术

加拿大学者乔治·西门斯（George Siemens）于2005年提出一种有别于传统学习理论的数字化时代的学习观，即关联主义（connectivism）的学习观。其基本原理包括：学习与知识建立于各种观点之上：学习是一种将不同专业节点或信息源连接起来的过程：学习可能存在于非人的工具设施中；学习的能力比当前知识的掌握更重要：为促进持续学习，需要培养与保持各种连接；发现不同领域、理念与概念之间联系的能力至关重要：知识的流通是所有关联主义学习活动的目的。该学习观认为。数字化时代的学习建立在与信息节点保持高度连通的基础上，知道“从哪里寻找答案”比知道“答案是什么”更加重要。根据关联主义的观点，在学习环境的构建与应用中，应当更加注重个体知识的有效管理，支持快速获取信息、加工信息。例如。在相关的研究中所提出的关注信息节点的聚合、打造嵌入型的学习场域、注重个人知识管理以及延展社会网络等等。

物联网（The Internet of Things。IOT）近年来互联网技术与应用的拓展与延伸，国际电信联盟（1TU）2005年的报告认为，物联网主要解决物品到物品（Thing to Thing，T2T1、人到物品（Human to Thing，H2T）、人到人（Human to Human，H2H）之间的互连。t23r2008年，欧洲信息社会与媒体委员会的报告《2020年的物联网：未来之路》中，将物联网定义为：由一些“具有身份标识与虚拟的个性化特征，可以利用智能化接口在智能空间进行相关操作，并可以与社会的、环境的、用户的上下文相互连接并进行有效沟通”的物体所构成的网络。鉴于此，将物联网技术应用于学习环境建设，应当是以传感器为基础元件，实时采集现实环境中人们难以直接获得的、与学习活动相关的数据并进行可视化，与基于网络和多媒体的虚拟学习环境中大量的社群节点进行无缝的关联（连接），进而构建起一个高度连通的、有效支持协作学习活动的庞大的学习环境。

物联网体系通常由图2所示的感知层、网络层和应用层三部分构成。在这里。感知层是基础，通过无线射频识别（RFID）标签或各类传感器。实时采集现实环境或真实物体的相关信息，实现物物相连，感应器将其与网络接口连接；在网络层，云计算平台实现数据信息的最大范围共享，并进行信息加工与处理，最后在应用层使用并推广；在应用层，就学习环境的应用而言，可以进行针对特定主题的探究学习，与异地学习者开展协作式学习，在虚拟仿真平台上编程并对实体机器人进行运行调试。进行数字化科学实验等等。

在基于物联网技术的虚实融合学习环境中，包含有各种类型的信息节点，例如，参与者个体所代表的专业知识库，虚拟网络空间的资源库，以及传感设备提供的信息数据库等等。应当在关联主义学习观的指导下，合理利用这些资源节点构建符合“数字化一物物相连”特点的有效学习环境。

基于关联主义学习观的虚实融合的学习环境，可以支持学习者快速获取学习资源，管理个人知识空间，提高学习效率，在加强与拓展知识节点的同时。提高协作解决实际问题的能力和多视角的探究能力。基于关联主义学习观的视角，虚实融合的学习环境既继承了传统学习环境的关键要素，又丰富和发展了其结构与内涵。

五、虚实融合学习环境的应用实例

近年来，随着现代信息技术与现代教学理念的发展，国内外先后出现了一些典型的虚实融合学习环境实例。台北市的校园数字气象站就是一个较早将传感设备应用于中小学气象数据观测和教学活动的典型例子，其他的例子还有：东北师范大学的基于概念构图的网络协作学习环境、香港培正中学的e一小区协作学习环境、台湾科技大学研究团队围绕科学探究主题构建的情境感知泛在学习环境、美国面向科学教育的可视化协作学习环境（covis）等等。可见，虚实融合的数字化学习环境的研究已逐步从理论走向实践，在各种新型的信息技术硬、软件的支持下，其内涵与结构将更加丰富和多样。

（一）校园环境信息观测与研究性学习

“基于社区/校园的环境信息监测系统及其教育应用”是我们承担的一项浙江省公益性技术应用项目。校园环境信息观测系统（Campus Environment Information System。以下简称CEIS）是其中的主要成果之一。

CEIS系统将单纯的环境数据的观察与应用进行拓展，利用物联网技术，建立一个虚实融合的，集硬/软件、环境信息服务、环境知识普及、在线协作探究为一体的区域环境观测与环境教育信息化平台。

CEIS系统的总体构成如图3所示。整个系统由室外采集器、网络数据库、信息门户构成，学习者既可利用在线工具开展探究学习。也可通过移动设备查询实时数据开展活动。其中，室外采集器（如图4左图所示）由太阳能供电、分布式传感器网络感知和无线数据传输三个部分组成，可以实时或定时采集本区域的各类环境数据并上传到远程服务器中，包括气象要素（温度、湿度、风速、风向、雨量、气压和总辐射）、环境噪声、空气质量（二氧化碳、臭氧、有毒有害气体和粉尘颗粒物）等12个环境要素。此外，本系统具有较好的扩展性，可以根据需要增减传感器的类型和数量。信息门户网站（如图4右图所示）向用户提供环境要素的实时数据信息以及相关的学习资源，如科普知识，供学习者在线开展科学探究。

CEIS系统将虚拟环境（包含了在线的信息资源、在线协作学习工具）与真实的校园环境（包含了真实的校园、基于真实情景的环境数据）有机融合，学习者既可以基于真实的环境问题，在真实的世界中，通过真实的评价反馈开展研究性学习。又能够充分利用虚拟的在线学习平台及网络工具，跨越时空界限，进行无障碍的交流与协作。在学校环境教育领域，可以较好地解决传统的课堂教学中的难点，通过该系统采集难以直接从真实情景中获取的环境信息，开展跨校间的分布式协作学习，在学习活动过程中逐步积累相关数据和优秀案例，促进学习者知识的吸收与内化，以及科学探究能力的提升。在这里，我们以面向小学3-6年级的环境教育为例，列出利用CEIS系统开展科学探究的活动设计方案如表3所示。

（二）GLOBE全球性学习与观察

“有益于环境的全球性学习与观察”（Global Learning andObservations to Benefit the Environment，简称GLOBE）是美国副总统戈尔在1994年世界地球日发起的一个国际性的环境教育远程合作项目。截至到目前，已有112个国家参与到GLOBE项目中，包含分布在2.4万个学校中的约5.8万个受过GLOBE项目训练的教师。此外，通过在线参与全球性的科学探究项目，150万的学生贡献并分享了多达2300万的数据。GLOBE项目通过GLOBE学校网络将学生、教师以及科学家联系在一起，同时，鼓励家长、科学家以及参与过GLOBE项目的校友支持学生开展活动。

2006年，我国的首都师大团队参与了GLOBE项目中的“夜晚观星”（GLOBE at Night）子项目。该子项目要求在全球范围内对星空的清晰度进行观察，通过收集的数据来评估夜晚照明对星空的污染程度。分布在全球各地的参与者在网站平台上根据学习指导，下载活动信息手册。选择观测周期内的一个时间。观察记录当地的信息数据，与参与者通过网络工具汇报、共享观测情况。最后通过邮件收到组织者对此次活观测活动的总结报告。

随着信息技术的发展，GLOBE项目也在不断地完善发展。如图5右所示。利用谷歌地球。筛选科学探究中所需的数据类别，如大气、地质、水文等，选取州、学校所在的地理位置，即可下载获取这些开放共享的数据资源。

GLOBE项目在社会各界人士的支持下，构建了一个全球范围的、开展科学探究活动的“虚实融合”学习环境，具有如下特征：（1）提供网络平台开展分布式学习活动，同时，使用物联传感设备获取、加工、共享真实情境的数据信息；（2）为学习者构建丰富的人际关系网络，如教师、参与者、科学家、伙伴等，学习者可以随时与这些拥有丰富信息资源的知识节点沟通交流。获取指导：（3）在全球范围内开展基于现实生活主题的探究活动，提供辅助认知的技术工具，如将获得数据信息实时生成图表（需要项目参与者身份），从而激发学习者的动机。促进有效学习：（4）使用“实践检验法”来评价学习效果。学习者的成果转化为真实问题的解决方案，其学习结果可直接在现实中得到检验。

（三）虚实融合的机器人教育

所谓机器人教育通常是指学习机器人的基本知识与基本技能，或利用教育机器人优化教育教学效果的理论与实践，这是人工智能技术在教育领域中的应用，是信息技术教育的一个领域，近年来已成为培养学生编程能力、创新技能的重要载体。由于传统的机器人教育大都基于实体机器人开展教学与实践活动，设备成本比较高，加之地区之间在经济和师资水平等方面的差异，难以大面积推广，在较大程度上制约了机器人教育活动的开展。

虚拟机器人的出现不仅解决实体机器人教育存在的一些问题。而且已有研究发现，在信息技术课程中利用虚拟机器人教学起到一举两得的作用，使学生不仅学习了程序设计的基本知识，也学习了机器人相关的知识，同时利用虚拟机器人与程序设计教学，在一定程度上提高了学生学习程序设计的兴趣和动力。以机器人足球比赛为例，它融合了实时视觉系统、机器人控制、无线通讯、多机器人控制等多个领域的技术，是一个有趣且复杂的人工智能研究领域。然而，真实的足球机器人比赛所需的硬件设备比较昂贵。为了降低研究机器人足球比赛相关领域的成本，一方面，人们开发了虚拟的足球机器人仿真平台（如图6左图所示），能够完全模拟实际足球机器人和比赛场地的尺寸、比例关系，调节摩擦、反弹、线性阻尼、能量消耗等物理参数。能够使仿真平台具有很高的仿真度。随着机器人足球的迅猛发展，虚拟机器人足球比赛已成为一项独立的、参加人数最多的机器人足球比赛类别。

近年来，将虚拟机器人和实体机器人结合而成的“虚实融合”机器人的教学环境，正在受到人们的重视，在学校的机器人教育中具有十分广阔的前景。例如，微软的机器人平台M-icrosoft Robotics Studio能以多种方式远程控制实体机器人，还可以利用PC通过电缆或者无线传输（蓝牙，wifi，ZigBee）等。

虚拟的机器人教育仿真平台与实体机器人的结合，有利于构建一个功能相对完善的虚实融合的机器人教学环境。在实践教学中，可借助上述环境采用“虚拟一实体一创新”的教学策略，即第一阶段开展以虚拟机器人为载体的程序设计教学；第二阶段结合实体机器人，进行设计、编程、调试等步骤，完善实体的运作，培养学生的动手能力、解决问题的能力；第三阶段，学生制作自己的创新机器人作品，多角度地培养学生的分析问题、解决问题的能力，同时增加学生的动手能力和团结合作能力。