第2章相关的理论基础ppt课件.ppt

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1、第2章相关的理论基础回顾信息技术、课程、整合信息技术与课程整合——专家解读信息技术与课程整合的意义“整合”的几个基本概念计算——第三种科学形态数据素养——科学素养的一个侧面“整合”深层次“整合”计算——第三种科学形态鉴于计算机手段在科学方法中的特殊性，哈佛大学将物理学划分为理论物理、实验物理和计算物理。计算物理是基于计算机的物理学研究方法。科学形态在继理论推导、实物实验之后出现了第三种形态——计算（computation）计算——第三种科学形态模拟：是一种根据研究对象的运动特征，利用相似原理，用相对

2、简单的系统模型来表现其运动的科学方法。仿真：是一种逼真度较高的模拟。虚拟仿真：是一种利用计算机模拟自然现象和在计算机上做仿真实验的科学方法。比如：运载火箭设计中，虚拟仿真能够模拟出参数变更后可能导致的结果，缩短研发周期和降低研制成本。计算——第三种科学形态虚拟仿真，也是计算机环境下的物理学思想实验（是一种在大脑进行的特殊实验）。比如：伽利略的“惯性碗”、爱因斯坦的“引力升降机”和麦克斯韦的“麦克斯韦妖”。虚拟仿真使得思想实验的应用更加广泛。数据素养——科学素养的一个侧面纵观科学发展史，量化是科学的重

3、要方法。其中伽利略的的工作具有里程碑性质。他将实验和数学引入科学研究之中，物理学因此获得突飞猛进的发展。在计算机出现之前，数据是研究目标的附属品，是研究假设的验证者。物理学家主要采用数学手段和实物手段来研究物理现象。数据素养——科学素养的一个侧面但是，科学发展到近代，一方面实验或实践会产生巨大的数据；另一方面虚拟仿真也会产生大量的数据。面对庞杂的数据，研究结论对数据分析方法的依赖性空前增强，数据挖掘随之产生。数据挖掘就是通过数据分析，将数据信息转化为有价值的知识。意义在于知识的发现。比如，伽利略在教

4、堂做礼拜的时候利用身体的脉搏计数，发现了教堂里吊灯摆动的等时性。再如，红学专家通过统计红楼梦前80回和后40回文言虚词的使用频率，确定前80回为曹雪芹撰写，后40回他人续写。“整合”普遍意义的整合是使系统内部各要素整体协调和相互渗透，从而集中优势，发挥系统最大效益的过程。信息技术与物理教学整合，是一种数字环境下以提高学生科学素养水平为目的，以提高学生数据素养水平为方向，以实现主流学习范式从被动接受走向自主、合作、探究的教学过程。“整合”整合包括三个阶段：（1）采集与交流实验数据；（2）计算与虚拟仿真

5、；（3）交流与传播科学知识。整合的形式特征，是数据探究。需要在计算机、教室网络、校园网络和外部互联网等环境中实施。整合的内容特征，是有效地传递科学知识（利用信息技术有效突破知识教学难点，有效突出教学重点）和转变主流学习方式（促使学生能够独立观察与思考，独立解决科学问题）。深层次“整合”整合具有三种不同层次：第一，在教学中生硬地应用计算机或者课件；第二，能够较为熟练地、合理地应用信息技术辅助物理教学，较有效地实现知识传递；第三，在第二个层次之上，同时还能够体现过程的多样性，较有效地促进主流学习范式从被

6、动接受转向自主、合作、探究。信息技术与物理教学整合的发展阶段第一，计算机固定课件开发阶段。此阶段一般只关注某一课件的完整性，教学思路单一，缺乏变通性和可移植性。课件开发一般只考虑讲解知识的需求。第二，平台加“积件”阶段。通过开发若干课件单元（简称积件），教室可以利用某个应用软件将“积件”组合起来形成课件。积件在一定程度弥补了固定课件的不足，但是一般只考虑讲解知识的需求。我国物理信息技术教育起步于20世纪80年代，经历了三个阶段：信息技术与物理教学整合的发展阶段第三，深层次整合阶段。此阶段开始强调学生

7、的自主性，相对于课件概念，“学件”概念开始出现，就是学生使用课件。此阶段关注借助信息技术解决传统物理教学中的教学难点问题，又关注解决知识传递和探究学习的平衡问题。我国物理信息技术教育起步于20世纪80年代，经历了三个阶段：“整合”中选用媒体或课件的原则“整合”的模式“整合”中选用媒体或课件的原则“整合”中选用媒体或课件的原则基于讲授的“整合”模式教学模式是在一定的教育思想和理论指导下，为完成特定教学任务而建立的有效而稳定的教学结构和活动程序。按照使用信息技术主题不同，“整合”模式分为：基于讲授的“整

8、合”模式和基于探究的“整合”模式。（1）实物实验——模拟强化“整合”模式在演示实验的基础上，用计算机模拟实验现象，强化学生闹钟的表象，帮助学生识别现象发生及变化的条件，为顺利完成抽象与概括思维做准备。“整合”中选用媒体或课件的原则基于讲授的“整合”模式（2）边教学边实验“整合”模式贯彻“做中学”教学理念，教学中学生利用传感器或者虚拟仿真课件做实验，观察或测量物理数据，产生科学问题，建立物理概念或者物理规律。一般适用于定量研究的教学。“整合”中选用媒体或课件的原则基于讲