運用現(xiàn)代教育技術培養(yǎng)抽象思維能力研究初探

1、運用現(xiàn)代教育技術培養(yǎng)抽象思維能力研究初探武進市洛陽中學耿宜宏一、研究背景古往今來的大量事實表明，人們認識世界、發(fā)現(xiàn)和掌握事物的本質往往是從形象思維開始的。心理學表明，思維發(fā)展的特點是以具體形象思維為主要形式逐步過渡到以抽象邏輯思維為主要形式。物理是高中基礎學科，培養(yǎng)思維素質是其中的目標之一。形象思維是用具體、典型的形象來認識事物的基本形式之一，在中學生的學習中起著主要的作用。長期以來，高中物理課堂教學偏重于邏輯思維能力的培養(yǎng)，這種用抽象的理性思考認識事物的方式還不能適合高中學生思維特別是高一新生，學生難以獲得抽象思維表象的支撐。這樣致使大多數(shù)學生學習抽象的物理知識感到困難，加上應試教學思想的束

2、縛，教師填鴨式的教法，造成了學生左半腦負擔過重，而右半腦開發(fā)不夠，嚴重影響了學生物理思維的全面發(fā)展。運用現(xiàn)代教育技術，充分發(fā)揮電教媒體的優(yōu)勢，為學生提供具體、形象、直觀的圖像或圖示，展示物理概念的形成過程和數(shù)量關系的變化特征，能夠促進學生左、右腦的協(xié)調和不同思維形式的結合，最大限度地增強教學的整體功能。這不僅能促進學生形象思維能力的培養(yǎng)，而且為向邏輯思維過渡奠定扎實的發(fā)展基礎。因此本課題的實驗研究對大面積提高物理課堂教學效率，全面發(fā)展學生思維，促進物理教學由應試教育轉向素質教育，具有十分深遠的理論價值和實際指導意義。本課題從1999年9月立題以來根據(jù)建構主義理論，運用現(xiàn)代教育技術，采用理論學習

3、實際操作理性認識進行研究及實踐探索，尋求中學物理教學中現(xiàn)代教育技術運用的最佳作用點，以培養(yǎng)學生的抽象思維能力，取得了一定的教學效果。二、研究過程2.1理論研究建構主義的學習觀認為學習過程不是由教師把知識簡單地傳遞給學生，而是由學生自己建構知識的過程，學生不是簡單被動地接收信息，而是主動地建構知識的意義；建構主義教師觀認為教師是意義建構的幫助者和促進者。教師的作用是學生學習的輔導者，成為學生學習的高級伙伴或合作者，教師必須為學生創(chuàng)設一種良好的學習環(huán)境，學生在這種環(huán)境中可以通過實驗、獨立探究、合作學習等方式來展開他們的學習。因此教師要充分發(fā)揮其主導作用，成為學生建構知識的積極幫助者和引導者，通過創(chuàng)

4、設符合教學內容要求的情境和揭示新舊知識之間聯(lián)系的線索，幫助學生建構當前所學知識的意義。2.2調查現(xiàn)狀2.2.1學習興趣現(xiàn)狀調查學生的興趣是影響學生學習的重要因素。為了能更準確地了解學生對物理學科的學習興趣，先對學生進行有目的的調查，讓學生列舉出感興趣或不感興趣的學習行為和心理、情緒體驗感受若干條。在統(tǒng)計綜合的基礎上制作出學習興趣測量表，對學生進行調查。調查表明，實驗前實驗班和對比班的物理學習興趣差異較小，大部分學生對物理學科還是感興趣的，但總體上感到物理較難，特別是物理概念較初中復雜抽象，不容易理解，在解題時感覺到物理模型太抽象，物理過程太復雜，經常出現(xiàn)物理課上老師講的還能聽到懂，自己做題一做

5、就錯。2.2.2教學方法現(xiàn)狀調查現(xiàn)行的教學方法大多數(shù)為講授知識型、識記型。學生只是被動的接受老師課上所教的內容，成為知識的容器，教學方式自然是“填鴨式”。這種帶著教材走向學生的教學方式很不適應新世紀需要。在由應試教育向素質教育的今天，這種教育令人擔擾。2.3實驗操作遵循兩個原則2.3.1系統(tǒng)有序原則根據(jù)物理教學系統(tǒng)的整體性和動態(tài)性特點，科學地分離可電教實驗點，正確處理各實驗點教學結構和媒體之間的相互關系，依照物理知識發(fā)生過程和學生認知規(guī)律編制實驗程序，避免操作走樣。2.3.2因材施教原則學生思維發(fā)展的個性特點和差異表現(xiàn)出形象思維發(fā)展的不均勻性和階段性，決定了物理課堂教學必須從學生實際出發(fā)，電教

6、媒體形象畫面的設計和教育技術的應用必須適應學生的個性差異，實現(xiàn)分層教學。2.4現(xiàn)代教育技術特殊功能在教學中運用對培養(yǎng)抽象思維能力作用2.4.1激發(fā)學生學習興趣，發(fā)揮學生的主體作用?！芭d趣是最好的老師” 愛因斯坦的這句名言深刻地揭示出了興趣對學習的重要性。濃厚的興趣能有效地誘發(fā)學生學習動機，調動學習積極性 。而現(xiàn)代教育技術的充分運用，能夠很大程度地激發(fā)人的內在潛能，通過聲音、圖畫、色彩、形狀和動畫等多種教學媒體的刺激，調動學生的多種感覺器官，使大腦皮層的信號活動全面進行，處于最活潑狀態(tài)；發(fā)動和強化了學習的內在動力，促使學生積極主動、自強不懈地進行學習。2.4.2增加課堂容量，提高課堂效率?，F(xiàn)代教

7、育技術采用了先進的技術，向學生提供了當時當?shù)責o法看到的事物、現(xiàn)象和過程，或者無法聽到的各種音響，所以有人說：光學媒體是人眼的延伸，聲像結合的媒體相當于人眼和人耳的延伸，電子計算機是人腦的延伸。這一特性使課堂教學不受時間、空間，宏觀、微觀的限制，大大增強了教學的功能，增加了課堂教學容量。2.4.3變抽象為形象教學，增加學生直觀認識。多媒體教學具有多視點、可變時空的蒙太奇表現(xiàn)手法，能夠充分表現(xiàn)宏觀、微觀、瞬間和漫長的過程與事物，不受時空條件限制，有利于在教學中讓學生深入觀察、認識、理解和思考。利用這一特點可以展示一些比較難以理解清楚的物理現(xiàn)象和物理定律。2.5實驗研究的初步嘗試課題組在理論指導和教

8、學情況、學生學習情況調查研究的基礎上認真分析教材，建立合理的教學模式，尋求物理教學中現(xiàn)代教育技術運用的最佳作用點，從而達到培養(yǎng)抽象思維能力的目標，本實驗研究從以下幾個方面進行初步嘗試。2.5.1運用在顯示過程、形成表象、建立概念之處物理概念是客觀事物的物理共同屬性和本質特征在人們頭腦中的反映，是物理事物的抽象，是觀察、實驗和物理思維的產物。物理學中有些概念比較抽象，不易理解，中學生的思維認識處于形象思維，逐步過渡到邏輯思維的階段。他們對新知識還依賴于通過感知，形成表象，建立概念而獲取知識的階段。物理學中有些知識無法用語言敘述清楚，又不能提供真實事例展示在學生面前，而這時若借助于電教手段，通過類

9、比、模擬建立一個聲、光、色、形于一體的形象化模型，則便于學生形成表象，建立概念。例如在高一第一學期的力學中學習了兩個力的合成遵循平行四邊形規(guī)律后，討論兩個分力與其合力大小的關系時，由于高一學生對三角函數(shù)中的正、余弦定理掌握不牢，很難理解“兩分力大小一定時，其合力大小隨兩分力的夾角增大而減小”。教學過程中設計了這一知識點的課件，從圖1開始，拖動F1從而改變F1與F2之間的夾角的大小，如圖2直到圖3位置結束。這樣通過一個連續(xù)的拖動動畫，展示出從0增大到180過程中其合力F的變化特點，使學生一目了然，再通過數(shù)學推導就很容易理解這一知識點。2.5.2運用在強化重點、突破難點之處一節(jié)課上得好壞、成功與否

10、，重要的一個方面就是看有無突出教學重點、突破教學難點。而物理課中有些教學重點、難點若僅借助于傳統(tǒng)的教學手段，很難在一節(jié)課內完成教學任務，在以后的教學過程中，必須反復強調，學生才能真正掌握。但通過電教媒體，運用色彩反差、播放錄像、模擬過程、化靜為動、縮微擴宏等手法會事半功倍，幫助學生掌握學習重點、突破難點。如講解高二物理電磁振蕩一節(jié)，該課的教學重點是講清LC振蕩回路中，電流（i）、磁場（B）、電量（q）、電場（E）四者之間的相互關系。教學難點是如何理解抽象的電場、磁場、電量、電流之間隨時間變化關系。為了幫助學生理解“電量減少到零時電流卻達到最大”。做演示實驗時，先用實物投影儀放大電流表和電壓表指

11、針偏轉情況，使每一個學生都能很清楚的觀察到實驗現(xiàn)象。再用電腦反復播放兩表的指針的慢速偏轉過程，讓學生觀察LC振蕩電路中的電流表、電壓表指針變化特點，引導學生分析得出回路中的電流大小和方向、電容器極板上的電量和電性都隨時間作周期性變化，通過示波器進一步觀察表明這種電流為交變電流。同時通過電腦點動播放兩表指針偏轉，讓學生觀察到電流表指針的變化與電壓表的變化不同步：當電壓表的指針到達零時，電流表的指針到達最大；電流表的指針到達零時，電壓表的指針到達最大。然后通過計算機展示這一振蕩過程，如圖所示，用箭頭表示電流的大小和方向，用“、”的多少表示電量的多少，先展示動態(tài)過程，后展示點動過程，從而使抽象的過程

12、直觀化，使學生疑點得到了解釋。2.5.3運用在思維轉折、陷入困境之處高中物理習題對學生的抽象思維能力要求很高。在教學過程中教師要善于把握好學生的思維導向，要有一定的預見性，在學生思維轉折處采用恰當?shù)姆椒皶r點拔揭示，盡可能地使學生產生發(fā)散思維，少走彎路。尤其在學生的思維陷入困境時，要幫助學生喚醒思維，這時若介入空間想象，提高他們分析問題、解決問題的能力。如在習題課教學中講解“輕桿、鋼性繩一端系一小球在豎直平面內做圓周運動”這一類習題時，我先講鋼性繩系小球的情況，分析完之后，自然地追問學生若將鋼性繩換成輕桿如何？這時我通過日常生活中的事例，播放編制好的動畫，讓學生自己分析桿與繩的區(qū)別。桿既可以提

13、供拉力、也可以提供支持力，而繩只能提供拉力，學生自然得出桿不同于繩，球在這兩種情況下能到達最高點的速度不同。為進一步加深學生的這種認識，我及時播放“爬山車”、“水流星”等錄象，幫助學生建立“桿等同于雙環(huán)軌道”模型，“繩等同于單環(huán)內軌”模型，這樣一來，學生對這一類題型，不但理解了表象，更認識了實質。既培養(yǎng)了邏輯思維，又啟發(fā)了發(fā)散思維，使得學生的抽象思維能力得到了很好的培養(yǎng)。2.5.4運用在模擬實驗之處物理學是一門以實驗為基礎的科學，一切概念、規(guī)律都是建立在實驗的基礎之上，而有些實驗在中學實驗室中無法演示，從而成為學生思維障礙。為了幫助學生理解，可通過運用電教手段播放模擬實驗，讓學生獲得感性認識，

14、從而達到建立概念、理解規(guī)律的目的。在探索原子微觀結構時，為了幫助學生理解盧瑟福的粒子散射實驗現(xiàn)象，在講解實驗裝置后通過計算機模擬用粒子轟擊金箔的過程，從中選擇幾條比較典型的軌跡如圖所示中的幾條，然后逐條分析產生的原因，從而解釋“絕大多數(shù)粒子穿過金箔后仍沿原來的方向前進，少數(shù)粒子卻發(fā)生了較大的偏轉，并且有極少數(shù)粒子偏轉角超過了90，有的甚至被彈回?！边@樣動畫展示既形象又直觀，學生便于理解。2.6通過CAI范例演示，授以抽象思維的方法物理學中抽象思維的方法主要包括分析與綜合的方法、抽象與概括的方法、歸納與演繹的方法，比較與分類的方法、科學推理的方法。在教學過程中，結合物理學中各部分的特點，借助于現(xiàn)

15、代教育技術特有的演示功能，化抽象為形象，教給學生物理抽象思維的方法。例如，在研究LC電磁振蕩電流、電量隨時間變化規(guī)律時，由于LC電磁振蕩演示器中的電流表和電壓表的指針較小，學生不易觀察其變化規(guī)律，我們充分利用實物投影放大兩表讓學生通過屏幕觀察，通過觀察到的實驗現(xiàn)象引導學生分析、歸納，進一步進行科學推理。如現(xiàn)象1：電流表、電壓表指針在零點左右來回擺動。分析1：電壓表的指針在不停地偏轉說明電容器上的電量在不停地變化，而且偏轉方向不同，表明兩極板上所帶的電性在不停地改變。同樣，電流表的指針在不停的偏轉說明電流的大小在不停地變化，指針偏轉方向不同表明電流的方向也在不停地變化。像這種LC電路中所產生的電

16、流，大小和方向都作周期性變化。我們把這種電流叫做振蕩電流，產生振蕩電流的電路叫做振蕩電路。現(xiàn)象2:電流表、電壓表指針擺幅越來越小?，F(xiàn)象2分析：問：造成電流表指針擺幅減少的原因是什么？分析2：電路中伴隨著能量損耗。問：指針的這種來回往復的擺動是不是能想到我們以前研究過的單擺的振動過程相比，空氣中的單擺會不會一直擺動下去呢？生：不會。問：為什么不能一直擺動下去呢？（學生思考、后進一步追問）問：克服阻力做功消耗的是什么？引導學生從能量的角度去分析，問：我們把這種振動叫做什么振動？同樣，電容器儲存了電量，帶電的電容器兩極板之間就有了電場，也就有儲存了電場能。由于電流渡過電阻發(fā)熱等原因，振蕩電路中的能量

17、越來越少，最終將停止工作，所以實驗中的振蕩稱為阻尼振蕩。為了便于研究，我們突出線圈電感、電容的作用，而忽略能量損耗，得到理想的振蕩電路模型純LC回路。為達到這一要求采用晶體管補償法，即電容器在振蕩過程損失多少能量，通過晶體管補充多少能量，這樣就能保持LC回路中的總能量不變，所以這種振蕩叫做無阻尼振蕩，又叫做等幅振蕩。下面大家觀察到的就是等幅振蕩。（先通過實驗讓學生觀察等幅振蕩過程中兩表的偏轉規(guī)律，再用電腦展示。）現(xiàn)象3問：下面再請大家進一步觀察等幅振蕩過程中兩表的指針的變化還有什么規(guī)律？（電腦展示過程中先正常速度展示，后慢速展示，再點動展示，讓學生體會偏動過程中兩表指針位置關系。）現(xiàn)象3：電流

18、表、電壓表示數(shù)變化不同步：當電流表的指針到達最大時，電壓表的指針到達零，當電流表的指針到達零時，電壓表的指針到達最大。從觀察到的現(xiàn)象表明：當電容器充電后能夠產生周期性變化的電流。再通過示波器觀察驗證分析所得出的結論。在教學過程中，要充分利用CAI教學過程的交互性功能、直觀動態(tài)的表象，創(chuàng)設解決問題的情境，激發(fā)學生想象，進而培養(yǎng)探索問題和解決問題的能力，使學生的抽象思維的得到培養(yǎng)。三、初步結論通過一年多的研究，在培養(yǎng)學生抽象思維能力方面已取得一定的成效，達到了既定的目標。3.1轉變了觀念，提高了自身素質通過研究，教師的理論水平有了一定的提高，樹立了“學生為主體，教師為主導”教育觀，素質教育在課堂上有所體現(xiàn)，教師能根據(jù)課堂教學內容努力運用現(xiàn)代教育技術為學生創(chuàng)設一種良好的認知環(huán)境，以提高學生的思維素質。教學過程中逐步實現(xiàn)由知識結論型教學向探究過程型教學轉變，由識記型教學向思維型教學轉變。3.2學生學業(yè)水平、思維