《现代教育技术在理科教学中的应用研究》研究报告

湖北省教育科研“十五”规划重点课题

课题编号：2005B080

《现代教育技术在理科教学中的应用研究》研究报告

                         朱敬华 刘经富  桑池军

湖北省公安县教研室

湖北省公安县车胤中学

本课题已经通过湖北省教育科研规划领导小组办公室组织的专家评审

一、问题的提出

   1、课题研究的背景

现行理科教学存在种种弊端，要改观理科教学，也迫切需要在理科教学中引进现代科学技术手段，尤其是多媒体技术。这主要表现在：

一是充分体现理科特点的需要。物理、化学、生物学都是以实验为基础的学科，它具有情境性、形象性、历史性、逻辑性和抽象性等特点，它本是一门生动、饶有情趣、数形理有机融合的学科，但由于传统的教学是粉笔加黑板，以书本的知识、定理等为条条框框，使得教学变成了空中楼阁，一切只有发挥想象，学生所获得的知识成了无源之水。

二是提高课堂教学质量和效率的需要。现行的理科课堂教学多“满堂灌”，课堂容量小，缺乏趣味性、形象性，学生学习兴趣得不到激发，学生学习的主动性和积极性受到了极大压抑，不利于基础知识和基本技能的落实，不利于智力潜能和创新能力的开发，不利于教学质量和效率的提高。

三是促进教育思想转变的需要。科学的教学过程是教师引导学生认识客观世界的双边活动，但是长期以来传统教育基本上是以教师为中心，单向同步教育为主，学生被动地接受同一模式的单向教育，极不利于调动学生学习的主动性和积极性。教师因重复性的繁重劳动无力从事教育科学研究，从而造成了教与学间的恶性循环。

因此，如何运用多媒体技术改革理科教学，优化教学过程，提高理科教学的质量和效率，开发学生智力潜能和创新能力已摆到了我们每一位理科教师的面前。

我校作为湖北省普通高中示范学校，湖北省教育科研“五十强”学校，近几年来，我校加大教育技术投入，电教设施不断完善，教师电教意识不断增强，电化教育研究初见成效。2004年，我校承担了全国“十五”规划课题《加强科学人文建设，培养学生信息素质》的研究，创造了荆州市教育科研的多个第一，取得了一批成果，锻炼了一支队伍，教师教育科研的热情日益增长。我们切身感受到多媒体技术应用于课堂教学，将引起教学思想的变革、教学内容的调整、教学方法的改革、教学评价方式的更新，形成建立在多媒体技术基础上的新的教学模式。老师们希望将原课题进行拓展研究，更好地服务于日常教学。结合我校“文科强、体艺兴、理科弱”的现状，我们选择了《现代教育技术在理科教学中的应用研究》课题，以课堂教学为突破口，优化教学过程，提高教学效率；使学生学得轻松、愉快，促进学生素质的全面提高。希望通过这个研究掀起学校现代化教育研究的热潮，使现代化教育技术运用迈向一个新的高度。几年来，课题组按计划开展了大量的研究工作，在2006年初荆州市教科院对本课题研究的中期评估后，我们又根据新形势制定了调整方案，使研究工作不断充实、完善。

2、本课题研究的目标与任务

    实验目标：⑴通过对多媒体理科教学的理论与实验研究，探讨多媒体技术优化理科学科教学过程，提高教学质量与效率的基本思路与基本途径。 ⑵探索多媒体课件制作的有效途径和方法与制作原则。 ⑶通过理科学科多媒体软件的开发和实验研究，探索运用多媒体信息资源综合利用的基本模式和课堂教学模式。 ⑷通过对多媒体教学过程的实验研究，探索通过多媒体技术优化理科教学过程、提高教学质量与效率的理科课堂教学评估方法。

实验任务： 探索利用多媒体技术优化学科教学过程，形成适合本校教学实际的教学模式，以提高教学质量与效率；提高学生主动学习能力，促进学生综合素质的提高；促进青年教师教学思想与观念的转变，提高教师运用多媒体技术的能力和科研水平；以课题研究为龙头，提高学校现代化教学技术水平和管理水平，全面落实素质教学要求；开发、编制一批适合发展、提高学生主动学习能力的多媒体辅助教学课件。

3、课题研究的措施

实验队伍的建设。我校建立了一支由校长挂帅、教导主任、电教骨干为队伍的结构合理的课题研究小组。课题组成员工作目标明确、职责分明，大家各尽所能，通力合作。随着形势的发展，课题组又及时调整、充实科研人员，保证了课题研究的顺利开展。

电教设备的建设。近几年来，学校已投入近百万元，购置了多媒体计算机、视频展示、数码相机等配套设备以及相关的配套软件、设备。

文献资料的建设。我们十分重视这次工作，投入大量经费购置了《中国电化教育》、《中小学实验室》等二十多种报刊杂志和一大批电教方面的书籍，供研究调阅。

课题管理制度的完善。我们制订了较完备的常规管理制度，如《课题实验课流程》《电教手册》《课题实验课评价表》《实验老师考核表》等，这对课题研究的规范化起到了积极的作用。

二、研究的内容

㈠积极开发多媒体课件，提高编制质量。

利用多媒体技术优化学科教学过程，必须有相应的课件提供使用。现在市面上商品课件比较多，网上课件也多如牛毛，真正有针对性的不多，针对这一情况，自行开发课件就自然成了实验的一项重要工作，尽管经过上个课题的研究，培养了一批计算机水平较高的教师，我们还是感觉课件制作工作的繁重与辛苦。在实验过程中，我们克服重重困难，边开发，边实验，不断进行探索研究，总结经验，提高制作技术，努力开发适合课堂教学需要、提高学生主动学习能力和教学质量的课件。

设计多媒体课件，是为更有效地实现课堂教学目标而服务的，因而具有很强的目的性。多媒体课件必须具有高度的科学性和辅助性，服从于教学内容，服务于学生的认知需求，才能优化学习过程，对提高教学质量与效率产生积极的作用。

1、有针对性地解决学生学习中的重点和难点。

教学重点是构成知识体系中最为重要、本质的学习内容，它是指概括性、理论性强的知识以及应用范围广的方法、技能。由于重点知识具有共性和概括性，所以能产生广泛的迁移。抓教学重点，使学生更容易理解知识；使学生能举一反三，触类旁通；使学生能抓纲带目，更好地掌握知识结构，有利于对知识的记忆，从而提高课堂教学效率。而教学难点是教学中难度较高，学生不易理解和掌握的知识。难点解决不好，就会直接影响学生对新知识的理解和掌握。突破教学难点，是大面积提高教学质量的重要环节。多媒体课件制作作为课堂教学的辅助手段，首先要为解决学习的重点、难点服务。要为学生学习提供最直接的帮助，使他们更积极地参与学习过程，有助于主动学习能力的培养。

例如 在研究平抛物体运动时，平抛演示实验在极短时间内完成，做平抛运动的物体，遵循什么样的运动规律？如何处理这类问题？要依靠教师通过分析闪光照片、学生测量闪光照片中球间距离得到，增加了学生接受的难度。利用模拟实验演示课件，通过慢放、多次反复，让学生观察平抛物体的运动情况，再结合平抛运动的物体与竖直方向自由落体运动的物体在竖直方向运动的比较、与水平方向匀速运动的比较，使学生发现：平抛运动的物体，在水平方向的运动是匀速直线运动，竖直方向的运动是自由落体运动。教师在此基础上引导学生，得出解决平抛运动的方法是把平抛运动进行分解，水平方向按匀速运动来处理，竖直方向按自由落体来解决。把一个复杂的曲线运动用已掌握的简单的直线运动规律来解答。这对于突破教材的难点、培养学生分析、综合地解决问题的能力、形成科学的学科研究方法产生明显的效果。

以上这些设计，有效地调动了学生的学习兴趣，满足了学生的学习需求，激发了学生主动性，解决了学习中的各种疑难。因而优化了学习过程，培养了学习能力，提高了学习效率与质量。

2、最大限度地发挥多媒体的功能特点。

多媒体技术综合了多种技术，甚至还融合了多种人文学科。为了获得真正的最佳效果，必须依据学习内容、学习方式选取最合适的信息媒体，扬长避短，适度使用。如动画适用于虚拟的动态演示，现实世界中可观测的情景可以用图象或视频表示，突出其真实性，增强可信度。又如：适度的旁白，模拟自然界的声音，可以配合画面产生更逼真的效果。反之，过于频繁的声音处理，则容易分散学生注意力，对教学效果产生负面影响。因此，要根据不同的学习内容、学生的学习需求，选择最佳媒体，配上合理的效果组合，才能取得多媒体教学的最佳效果。

自然界的生物千姿百态，多种多样，有身材巨大的鲸和行动笨拙的大象，当然还有肉眼看不到的微生物。对于它们的生活方式利用普通光学显微镜是很难发现的，如噬菌体侵染细菌实验，学生如果仅依靠想象来理解这个过程是有很大困难的，利用图片模型是比较容易理解的，但是又没有生物个体动态效果，可以利用媒体软件制作噬菌体侵染细菌的动态过程，将噬菌体吸附、注入、核酸复制和蛋白质合成、组装、释放五个阶段直观的反映在学生面前。细胞的亚显微结构和各个细胞器的结构与功能也可以利用媒体软件做成直观课件展示在学生面前，有利于学生理解微观现象。

另外，多媒体技术作为先进的、行之有效的教学手段，虽然比传统教学手段具有无可比拟的优点，但同样制作成本也是很高的。制作一个理想的多媒体课件，需要花费很多时间与精力。因此，在选择教学手段时，依据教学目标、教学内容、教学对象、教学实验性等多种因素，按照施拉姆公式提出的低成本高效能的原则，综合分析多媒体的技术特性、教学特性、经济特性，有效地选择和运用多种教学手段，使其各展特长，互为补充，相辅相成，共同参与课堂教学的全过程，以实现教学手段的最优化。

（二）探索运用多媒体技术优化教学过程的操作策略。

有了好的多媒体课件，并不等于就能取得好的教学效果。只有科学合理地使用多媒体课件，最大限度地发挥多媒体技术的优势，才能优化教学过程，提高教学质量与效率。

1、研究发挥多媒体课件的情境功能，激发学生的学习主动性和积极性。

在学生学习过程中，学生的学习动机、兴趣十分重要。如果学生对学习产生了强烈的兴趣，形成了稳定的动机，并逐步形成了他们的品质，那么他们能自觉地排除干扰而坚持学习，从而提高学习的效率与质量。在课堂教学中，利用多媒体技术可以在形象的大小、远近、虚实、动静、繁简、抽象和具体之间实现转换，而且能突破时空限制，从而创设最佳的情境，能充分调动学生的学习积极性，提高学习兴趣。

    例如 在讲原子和原子核一章中的“α粒子散射实验”一节时，传统的教学方法是结合挂图，完全由教师进行分析、讲解，给出结论，显得生硬而乏味，无发引起学生的兴趣。现在，通过运用由FLASH制作的模拟演示课件，把α粒子轰击金箔这一实验现象以生动的动画形式展示在学生面前，使学生通过画面观察到α粒子的运动情况。同时，为了分析产生偏转的原因，把金箔内的原子加以放大（图2），使α粒子沿不同位置穿过相邻两原子时，越接近两原子的结合部分，运动的轨迹越接近直线，越靠近其中的一个原子中心时，运动的轨迹越容易发生大角度的偏转。通过分析实验事实，明确α离子进入原子不同位置，受到的作用力不同，由此得出原子内正电荷集中于原子中心一点。分析得出卢瑟福的原子核式结构学说：原子的组成是由原子中心的原子核和外层绕核高速旋转的电子组成的，原子核集中了原子内的全部正电荷和几乎全部质量；α粒子越接近原子核，受到的库仑力越大，越容易发生偏转。完美地解释了卢瑟福的α粒子散射实验现象的产生机理。

   通过这一多媒体课件演示，使学生不仅掌握了原子组成的有关知识，而且是带着一种高涨的、激动的情绪从事学习和思考，甚至对课件所展示的生动的情景表示惊奇以至震惊，并体会到学习的乐趣。

2、研究使用多媒体课件的合理性和时效性。

要使多媒体技术发挥最大的功效，不能生搬硬套，盲目随意地使用。必须刻意追求多媒体课件使用的最佳时机和最佳点，才能恰到好处。通过研究，我们认为多媒体课件切入的最佳时机有：（1）无意注意与有意注意的转换处；（2）抑止状态向兴奋状态的转化处；（3）克服畏难心理，增强自信心时；（4）思维的困惑处；（5）信息的空白处。

3、运用多媒体课件精心设计教学过程。

多媒体课件集成了多种信息媒体，使它具备了很强的演示特性，为学生提供形式多样的信息呈现途径。多媒体课件的交互功能，不仅能实现学生对知识信息的获取、分析、加工、储存与反馈，还可以改变传统教学中学生处于被动、从属地位的状况，给学生更多的学习自主权，使学生可以根据自己感兴趣的内容和方式，不同程度的学生各学所需，各有所获，这样不仅能引导学生主动参与知识的形成过程，确立主体意识，而且能逐步养成善于思考、自主参与的良好品质。

案例：高二化学新教材《原电池原理》

⑴创设情境：

美国著名教育家维新罗克（M.Cwittrock）在他的关于学习过程研究的“生成学生模式”中曾提出：学习过程不从感觉经验开始，而是从感觉经验的选择性注意开始的。利用多媒体计算机丰富多彩的表现，创设与教学内容相吻合的教学情境，可以吸引学生的选择性注意。

本节课以讲述一个医学案例引入：一位女士的身体很健康，但出了车祸后，就出现一些病症……。

[电脑演示]可奇怪的是，众多医学专家为她检查后，都找不出病因。

（电脑闪烁：“？”“？”“？”）

[电脑演示]咦！她的牙齿有些问题，我们来看看。

[电脑动画演示]（如左下图）

在这段现实情境下引入新课，可以充分发挥学生的学习兴趣和求知欲望，真正做到寓教于乐，从而使得课堂气氛变得轻松愉快，能激励学生主动地去解决问题，就能收到很好的教学效果。

⑵模拟微观世界，化解难点

高中化学中涉及到许多微观世界的知识，对于中学生来说，因其受想象力的局限，比较难于掌握。在传统的教学中，教师多以挂图、幻灯和模型来帮助学生想象，但因这些辅助手段的静止和单一性，实际效果并不理想。而电脑多媒体却可以利用其功能，将这些微观世界在微机里立体地，多方位地、动态地表现出来。

原电池原理是通过微观粒子的运动变化情况来解释宏观发生的现象。微观粒子的运动是不能直接观察到的，在这种情况下，用flash做成的动画就可以弥补这种不足。

动画可以这样设计（如右上图）：在盛有稀硫酸的玻璃槽中，插入铜片和锌片，用导线接到电流计上，并且设置一个能开、关的电键，溶液中不能观察到的离子，可以形象、可见的小球形式展现出来。电键断开，锌片溶解，并且此处有气泡产生。同时，学生可以通过观看动画，看到锌片溶解成为锌离子，氢离子得到电子以氢气泡的形式冒出，当电键闭合的时候，可以看到电子的定向移动。

⑶投影演示实验，增强演示实验的可见度，强化演示效果

化学演示实验是教师在课堂中的演示，因此，除前几排的学生外，后面的同学较难看到变化的现象。而投影机能把一些现象放大，帮助学生观察。

如设计原电池的实验： 有锌片、铜片、橘子、pH试纸、电流表，请同学们推断一下能否组成原电池，并亲手设计一个原电池。

利用这些物品可以组成瓜果电池，产生电流。

教师可以在投影仪上演示这个实验，可以增强演示的效果。

⑷模拟实验：

①模拟化学反应过程

本课时利用flash动画模拟原电池两极的氧化还原反应，使学生很快地理解了原电池的原理，很好地突破了教学难点，突出了重点。从而提高教学质量。

②模拟探究实验

本节课学习的重点是原电池的工作原理与原电池的形成条件。关于原电池的形成条件我们可以利用多媒体模拟三个探究实验来展开。

[探究1]                                  [探究2]

 [探究3]

⑸利用多媒体，及时反馈，实现双边互动

“反馈”是指控制系统把输出信息的结果“返回传入”以影响信息再输出所起的调节控制作用。教学活动是一种复杂的信息交流活动，通过反馈信息可以把学生的注意力集中到学习任务的某些重要部分，使矛盾突出，有利于学习难点的解决，反馈越及时越有利于学习。在CAI教学中，计算机可随时将学生的学习情况反馈给学生。像填空、判断、选择题型，学生回答正确，计算机可以马上亮出正确答案，并会表扬你，来一声“棒极了！”、“真聪明！”、“你真行!”，学生看了听了自然高兴，兴趣盎然；如果学生回答错了，计算机会提醒他------“再想想”并配以音乐，使学生能及时了解自己的学习结果。促使学生自我激励，以不断获得“独立发现的愉快体验”。

⑹优化小结

一节课近于尾声时，学生已有倦意，而教师又希望在这时对整堂课的内容进行归纳小结，对所学的新知识进一步巩固和深化。此时，利用计算机辅助教学，一来可以刺激学生已经疲乏的兴奋，二是利用计算机呈现信息快的特点，能多方位、多角度地对本堂课做高度的小结，从而达到优化结束环节的效果。

4、构建以多媒体技术为主要依托的新型教学模式。

不同的课堂教学模式，往往反映了不同的教育思想、教学观念以及教育理论指导下的课堂教学结构的稳定形式。应试教育课堂教学模式，是以教师为中心的单向灌输式的教学，它以要求学生获取高分，而忽视能力培养，单向应付考试为主要目标，严重挫伤了学生的学习积极性与主动性。多媒体技术的应用，产生了传统教学模式难以比拟的良好效果。它要求建立师生双向协调发展的教学模式，进行启发式教学，重视培养学生主动参与成为学习的主人，从而有利于发挥学生的学习积极性、主动性和创造性。因此，研究构建新的课堂教学模式，具有崭新的教育发展意义。

从以上的流程看，教师主要在这样几个环节上通过多媒体技术对学生开展支持和帮助：

（1）教师通过多媒体课件展示教学情境，使学生产生求知欲望，引导自学感知。

（2）学生认知冲突时，教师的任务是搜集信息，了解学情，并给以适时、适当的指点。

（3）在组织讨论、交流时，教师通过多媒体展示帮助学生理解重点、化解难点，引导学生合作学习，交流信息，共同发展。

（4）在归纳小结时，加强对学生的训练、迁移，使课内适当向课外延伸。

六、研究结果分析

通过近三年的实验，我们对多媒体技术在理科课堂教学中的应用有了较为深刻的理解。分述如下：

（一）通过课题研究，我们深刻认识到：多媒体技术进课堂，不仅是一种方式、手段的改革，它的各种特性，尤其是交互特性，可以大大促进学生自主学习能力的提高和主体作用的发挥，也有助于教师教育思想、教育观念的转变，使教师由单向灌输式的教学顺利转向积极、引导的启发式教学。因而十分有利于新的课堂教学模式的构建。我们根据实验，构建了符合学校实际的课堂教学模式，不但在物理、化学、生物学科加以实验，而且延伸到政治、地理等学科中，从而使我校的教学改革在原有基础上得以向更深的层次生发，学生的主动学习能力空前提高，素质教育得以全面落实。课堂教学效率和质量显著提高。

2005年下学期，我们课题组进行了两次轮组多媒体理科课堂教学实验，办法是选取基础相当的两个班进行对照，一为实验组，一为对照组，两个班轮流担当实验组或对照组。实验前，2005年高一第二学期期终考试两班成绩统计如下表1：

                  表1  2005年高一第二学期期终考试两班成绩统计表