7第7章现代信息技术与物理教学

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1、第七章 现代信息技术与物理教学第第1 1节节 现代信息技术及其发展现代信息技术及其发展第第2 2节节 现代信息技术对物理教学手段变革的影现代信息技术对物理教学手段变革的影响响第第3 3节节 现代信息技术与物理课程、教学的整合现代信息技术与物理课程、教学的整合第第4 4节节 现代信息技术与传统物理实验教学的整现代信息技术与传统物理实验教学的整合合主要学习内容250 年前， 发明蒸汽机 工业革命100 年前， 电磁场理论 发现电子50 年前， 发明计算机 信息数字化电气革命信息革命 一、我们生活在大变革的时代第第1节节 现代信息技术及其发展现代信息技术及其发展 我们正在进入一个新的时代。一个我们正

2、在进入一个新的时代。一个以知识、信息为特征的时代。以知识、信息为特征的时代。 代表这个发展趋势的技术是计算机网代表这个发展趋势的技术是计算机网络技术和多媒体技术。络技术和多媒体技术。 构筑这个时代的基础是数字化技术。构筑这个时代的基础是数字化技术。 1977年年 1987年年 1997年年 机型机型 大型机大型机 个人电脑个人电脑 网络电脑网络电脑 对象对象 专业人员专业人员 工作人员工作人员 进入家庭进入家庭 用途用途 科学军事科学军事 办公管理办公管理 无所不包无所不包 信息信息 数字数字 文本文本 多媒体多媒体 输入输入 打孔纸带打孔纸带 键盘鼠标键盘鼠标 语音扫描语音扫描 存储存储 磁

3、心磁带磁心磁带 IC 磁盘磁盘 光盘光盘 信息技术发展之快，对人类文明影响之信息技术发展之快，对人类文明影响之深远，远远超出人们的想象深远，远远超出人们的想象! !中国互联网络信息中心 ( CNNIC ) 统计 16001600 800 800 400 400 210 210 117.5 117.5 62 62 1997 1998 1998 1999 1999 2000 1997 1998 1998 1999 1999 2000 20042004 10.31 6.30 12.31 6.30 12.31 6.30 10.31 6.30 12.31 6.30 12.31 6.30 12.3112.

4、31 上上 网网 人人 数数( (万万人人) )1000010000我国的电脑家庭用户我国的电脑家庭用户 5050年来，体积、功耗、速度、容量，提高了 1 1 亿倍，价格降低了 1 1 亿倍。年代 存储器 典型容量 价格1979 磁芯 256k (105) 4元/位1999 半导体 128M (108) 10-5元/位64 x 64= 4096 16 x 4k x 2 =128k 128k x 2 =256k0.5元/位 十年增长 10103 3 10105 5二、从计算的机器到无所不能的电脑二、从计算的机器到无所不能的电脑1. 从数值计算到数据库 解决弹道、解码等军事需要开始解决弹道、解码等

5、军事需要开始v 图灵理想机图灵理想机: 带子、读写头、控制器带子、读写头、控制器v 冯冯 诺依曼：诺依曼： 二进制、程序存储二进制、程序存储100:1 少数专家的神圣殿堂少数专家的神圣殿堂2. 多媒体、网络 多种信息数字化，营造现实之外的多种信息数字化，营造现实之外的 世界，通过网络实现信息共享世界，通过网络实现信息共享v 图形界面的操作系统：图形界面的操作系统： 鼠标、扫描、采集鼠标、扫描、采集.v 因特网、光传输技术：因特网、光传输技术： 信息的远程交互传输信息的远程交互传输1:1 现代人重要的工具现代人重要的工具3. 家用电器的信息化 无所不在、无所不能无所不在、无所不能v 像纸张一样便

6、宜的微处理器像纸张一样便宜的微处理器： 音乐芯片的运算能力音乐芯片的运算能力 超过超过 ENIAC 2010年将降至年将降至 4美分美分v 微处理器、传感器和激光技术微处理器、传感器和激光技术 的组合将使人类进入智能化时代的组合将使人类进入智能化时代1:100 人类生活的必须人类生活的必须三、信息技术的演变三、信息技术的演变 105 造纸术造纸术1050 活字印刷活字印刷 1876 电话电话1894 无声电影无声电影1895 无线电电报无线电电报1906 收音机收音机1921 广播电台广播电台1936 黑白电视黑白电视1948 彩色电视彩色电视1945 电子计算机电子计算机1950 录音机录音

7、机1956 录像机录像机1982 个人电脑个人电脑1993 信息高速公路信息高速公路校训：校训：校训：校训：“ “学而不学而不厌，诲人厌，诲人不倦不倦” ” 校风：校风：校风：校风：“ “勤奋、朴实、团结、进取勤奋、朴实、团结、进取勤奋、朴实、团结、进取勤奋、朴实、团结、进取” ” 用大小、多少、深浅、高低、等连续量描述。模拟模拟信息信息 用有无、上下、正反等非连续量描述。0 1 0 0 1 0 1 0电压电压磁化磁化描述描述数字数字信息信息语言 鸡毛信 电视 石子 消息树 计算机 模模模模拟拟拟拟信信信信息息息息数数字字信信息息1.数字表达信息由来已久数字表达信息由来已久v 电气时代的明珠

8、v 模拟技术的结晶v 媒体之王v 了解世界的窗口电视 字幕 时码 色键摄录摄录 编辑编辑 划像 特技 动画发射发射存储存储再现再现同步同步v 动态的画面和动听的声音， 给人以强烈的感官刺激。v 通过电波， 在瞬间将信息传到千家万户。 为解决复杂的计算而产生，早期主要的信息是数字。 显示器和键盘的使用，使文字和图形可以方便处理。交互的功能开始受到教育界的关注。 多媒体技术使图像、声音、动画、视频增加进来，又发展了虚拟现实技术。 电脑联成网络，资源得到最充分的共享。2.采用数字信息的采用数字信息的电脑电脑3.信信息息数数字化字化是决是决定性定性的的l l 信息表示简化准确信息表示简化准确l l 提

9、高电路设计效率提高电路设计效率l l 信息处理方便归一信息处理方便归一l l 信息拷贝粘贴修改信息拷贝粘贴修改l l 复制传输不会丢失复制传输不会丢失l l 可以校验纠错加密可以校验纠错加密l l 信息能够精确控制信息能够精确控制 ” 0“ 和和“ 1”使：使：4.数字化给信息带来的变化数字化给信息带来的变化信息迅速增殖信息迅速增殖信息可以信息可以最方便地被复制最方便地被复制最容易的被创造最容易的被创造最充分地被共享最充分地被共享最迅速地被传递最迅速地被传递 信息迅速增信息迅速增值值数字化给信息带来的变化数字化给信息带来的变化 信息迅速增值信息迅速增值智力资源价格提升智力资源价格提升教育空前得

10、到重视教育空前得到重视传统产业比重减小传统产业比重减小服务行业迅速崛起服务行业迅速崛起国家地域差别缩小国家地域差别缩小社会技术进步加快社会技术进步加快教育必须改革教育必须改革内容：知识内容：知识 能力能力方法：传授方法：传授 引导引导手段：单一手段：单一 高效高效规模：尖子规模：尖子 普及普及主体：教师主体：教师 学生学生时间：学校时间：学校 终身终身 信息迅速增殖信息迅速增殖 信息迅速增值，最大限度共享信息迅速增值，最大限度共享=教育资源库需要大家共建。教育资源库需要大家共建。=教育资源库应当最大限度共享。教育资源库应当最大限度共享。=资源应当避免低水平重复。资源应当避免低水平重复。 =多媒

11、体课件是教学、技术和艺术多媒体课件是教学、技术和艺术 的的结晶，需要多种技术人员的合作。结晶，需要多种技术人员的合作。 五、信息社会的特点PP 21 世纪需要什么样的人才?P 如何培养这样的人才?P 怎样利用信息技术促进人才 培养?六、教师面临的挑战六、教师面临的挑战 七七、信息素养信息素养 信息获取的能力信息获取的能力信息分析的能力信息分析的能力信息加工的能力信息加工的能力信息创新的能力信息创新的能力信息利用的能力信息利用的能力协作意识和信息交流协作意识和信息交流的能力的能力 八八、现代信息技术现代信息技术 现代信息技术主要是指以计算机为核心，现代信息技术主要是指以计算机为核心，以数字技术为

12、基础，融合通信技术和传播技以数字技术为基础，融合通信技术和传播技术，能处理、编辑、存储和呈现多种媒体信术，能处理、编辑、存储和呈现多种媒体信息的集成技术。息的集成技术。 媒体信息通常包括文本、图形、图像、媒体信息通常包括文本、图形、图像、视频、动画和声音等，现代信息技术所具有视频、动画和声音等，现代信息技术所具有的对多种媒体信息进行集成性处理的技术，的对多种媒体信息进行集成性处理的技术，能对语音、图像、视频、动画等多种媒体信能对语音、图像、视频、动画等多种媒体信息进行数字化技术处理。息进行数字化技术处理。 八八、现代信息技术现代信息技术 集成的多媒体信息在本质上具有多样性、集成的多媒体信息在本

13、质上具有多样性、集成性和交互性的特点。集成性和交互性的特点。 集成的多媒体信息在表现形式上具有新颖集成的多媒体信息在表现形式上具有新颖性、艺术性、趣味性等特征。性、艺术性、趣味性等特征。 集成的多媒体信息能以一种全新的集成的多媒体信息能以一种全新的 、图、图文并茂、声形辉映、生动逼真的形式予以再文并茂、声形辉映、生动逼真的形式予以再现。现。 现代信息技术在对多种媒体信息进行整合与传输时所表现出的集成性、交互性、开放性、情景性、智能性等特点，能为物理教学过程提供多元化的教学资源、智能化的教学过程、非线性化的教学信息组织等全方位的技术支撑。 现代信息技术将对传统的教育观念、教学模式、教学方法、教学

14、环境、教学组织形式等产生深刻的影响。由此形成的基于计算机信息技术的计算机多媒体辅助教学为提高教学质量和教学效率、实现教学过程与教学目标的最优化提供了一种全新的教学方式。第2节 现代信息技术对物理教学手段变革的影响 一、传统的物理教学手段 教科书 板书 板画 示教板 挂图 模型一、传统的物理教学手段1.教科书：在教学过程中，教师可以从以下4个方面指导阅读，以逐步教会学生掌握阅读的方法，培养他们的自学能力 。(1)弄清楚有关的物理现象和物理过程；(2)明确由这些现象、过程提出了哪些问题需进一步研究；(3)研究中采用了什么手段和方法，得出了什么结论；(4)对结论要进行分析推敲，弄清含义，明确概念、规

15、律的适用条件和范围。一、传统的物理教学手段一、传统的物理教学手段2.板书 内容：讲课的提纲，重要的概念、公式和结论，公式的推导过程，例题和它的解答，各种物理术语、数据，等等。 基本要求：(1)板书应书写工整，字体规范。(2)板书应简明扼要，突出重点。 (3)板书应层次清楚，安排合理。一、传统的物理教学手段一、传统的物理教学手段3.板画作用主要是：(1)帮助学生建立直观形象。(2)有助于说明教材内容的意义，补充学生的想象。基本要求是：(1)板画要简单明确，即构图简单，示意明确，表达清晰；(2)板画应突出要讨论的对象。 (3)板画应注意生动、形象；(4)板画应力求美观、迅速。 一、传统的物理教学手

16、段一、传统的物理教学手段4.示教板第一类是静物示教板，即把一些实物，作为标本固定在板上，上课时出示，以方便学生观察和识别。第二类是实验示教板，这类示教板本身就是一套实验装置。 一、传统的物理教学手段一、传统的物理教学手段5.挂图 挂图是适应教学需要而特制的画面尺寸较大的一种图表，张挂起来，全班学生都可以看得见。它既可以直接购买，也可以自制。精制的彩色挂图线条清晰、立体感强，可以画出仪器和设备的外形和内部构造，也可以表现出运动或动作的全过程。此外还可以制成带有个别活动部分的示教图。 一、传统的物理教学手段一、传统的物理教学手段6.模型 模型是模拟实物制作的教具。如果实物不易得到，或因体积太大，不

17、易移动，就可以制成模型。另外过小的实物不便于全班学生观察，也可做成放大的模型，如游标卡尺、螺旋测微器的放大模型等。 1利用现代信息技术所具有的对图、文、利用现代信息技术所具有的对图、文、声、动画、视频等多种媒体信息的综合处理能声、动画、视频等多种媒体信息的综合处理能力，通过将多种媒体信息有机地融为一体，实力，通过将多种媒体信息有机地融为一体，实现有声、可视、形象生动的表达效果，进而为现有声、可视、形象生动的表达效果，进而为物理教学创设具有物理教学创设具有“疑疑”、“趣趣”等特征的，等特征的，有助于学生发现问题、提出问题的良好学习情有助于学生发现问题、提出问题的良好学习情境。境。二、信息技术对物

18、理教学的影响、信息技术对物理教学的影响 2 2利用现代信息技术所具有的对动画、视利用现代信息技术所具有的对动画、视频等多种媒体信息的高超编辑能力，通过将微观频等多种媒体信息的高超编辑能力，通过将微观过程实施宏观模拟、把宏观场景进行缩微处理、过程实施宏观模拟、把宏观场景进行缩微处理、将瞬变过程转为定格分析，进而能为物理教学创将瞬变过程转为定格分析，进而能为物理教学创设具有变抽象为具体、变动态为静态、化枯燥为设具有变抽象为具体、变动态为静态、化枯燥为生动等特征，有助于学生学会自主学习，通过意生动等特征，有助于学生学会自主学习，通过意义建构建立认知结构并主动探索解决问题途径的义建构建立认知结构并主动

19、探索解决问题途径的探究情景。探究情景。 二、信息技术对物理教学的影响、信息技术对物理教学的影响 3利用现代信息技术所具有的对教育利用现代信息技术所具有的对教育信息的交互性处理能力，通过对教育信息信息的交互性处理能力，通过对教育信息的及时收集与反馈，能为调整教学节奏和的及时收集与反馈，能为调整教学节奏和进程，实现物理教学过程的因材施教提供进程，实现物理教学过程的因材施教提供技术保障。技术保障。二、信息技术对物理教学的影响、信息技术对物理教学的影响 4利用现代信息技术所具有的对利用现代信息技术所具有的对教育信息的智能性处理能力，通过对教育信息的智能性处理能力，通过对物理教学过程中的教育信息进行最优

20、物理教学过程中的教育信息进行最优化的处理，能促进学生高效率地实现化的处理，能促进学生高效率地实现在学习过程中使自己的认知结构从无在学习过程中使自己的认知结构从无序走向有序，从低级走向高级。序走向有序，从低级走向高级。二、信息技术对物理教学的影响、信息技术对物理教学的影响5利用利用现代信息技代信息技术与与计算机网算机网 络技技术的有机的有机组合，通合，通过对网上多媒体信息网上多媒体信息资源的共享，源的共享，进一步丰富教学一步丰富教学资，能使物，能使物理教学理教学过程从局限在程从局限在课堂中的封堂中的封闭性走性走向开放性，以达到最向开放性，以达到最优化的教学效果。化的教学效果。二、信息技术对物理教

21、学的影响、信息技术对物理教学的影响信信息息技技术术与与课课程程整整合合的的含含义义是是什什么么？ 信息技术与课程整合信息技术与课程整合(Integration)(Integration)，是指，是指将信息技术融入到学科课程的有机整体中，成将信息技术融入到学科课程的有机整体中，成为课程的组成部分，从而使各种教学资源、各为课程的组成部分，从而使各种教学资源、各个教学要素和教学环节，经过整理、组合，相个教学要素和教学环节，经过整理、组合，相互融合，达到整体优化，以高效达成课程目标。互融合，达到整体优化，以高效达成课程目标。 第3节 现代信息技术与物理课程、教学的整合 一、信息技术与学科教学整合的含义

22、一、信息技术与学科教学整合的含义 （1）整合的主体是课程，）整合的主体是课程，以实现课程目标为最根以实现课程目标为最根本的出发点，以改善学习者的学习为目的。整合要本的出发点，以改善学习者的学习为目的。整合要让信息技术服务于学科教学，既应用于教师的教，让信息技术服务于学科教学，既应用于教师的教，又适用于学生的学，以信息技术促进学生学习的改又适用于学生的学，以信息技术促进学生学习的改善。善。 （2）整合是有机地融合，）整合是有机地融合，信息技术既是教学内信息技术既是教学内容的有机组成部分，又发挥着教学环境的作用。通容的有机组成部分，又发挥着教学环境的作用。通过创设数字化的学习环境，让学生主动学习，

23、最大过创设数字化的学习环境，让学生主动学习，最大限度地接触信息技术，并使信息技术逐步成为学习限度地接触信息技术，并使信息技术逐步成为学习者强大的认知工具。者强大的认知工具。一、信息技术与学科教学整合的含义一、信息技术与学科教学整合的含义 （3）整合是革命性的教学模式整合是革命性的教学模式，它使信息它使信息技术既作为辅助教学的演示工具，又作为学技术既作为辅助教学的演示工具，又作为学生学习的认知工具、研究工具。整合将引起生学习的认知工具、研究工具。整合将引起学习方式的改变，改善传授式、接受式学习，学习方式的改变，改善传授式、接受式学习，加强指导性、探究式学习。加强指导性、探究式学习。 （4）整合将

24、以系统论的观点综合应用传整合将以系统论的观点综合应用传统媒体与信息媒体统媒体与信息媒体，使两者各展所长、互为使两者各展所长、互为补充。补充。 二、现代信息技术与课程整合的优势 1. 信息技术与课程整合为新型教学结构的创设提供最理想的教学环境 在以教师为中心的教学结构下，教学系统中四个要素的关系是：教师是主动的施教者，甚至是教学过程的绝对权威，教师通过口授、板书把知识传递给学生；作为学习过程主体的学生，在整个教学过程中只是用眼睛看、用耳朵听，处于被动接受状态，是外部刺激的接受器；媒体在教学过程中主要是作为辅助教师教、即用于演示重点和难点的直观教具，传统CAI就是起这种作用。掌握新技术要善于学习，

25、更要善于创新。 邓小平视察宝钢题词 1986二、现代信息技术与课程整合的优势 在传统教学结构下，教材是学生获取知识的惟一来源，老师讲这本教材，复习和考试都是依据这本教材。 实施信息技术与课程整合正是为了有效地改变传统的教学结构，即彻底改变教学系统中4个要素的地位与作用。 二、现代信息技术与课程整合的优势 2. 信息技术与课程整合是培养创新人才的有效途信息技术与课程整合是培养创新人才的有效途径径 e-Learning的完整内涵是：利用现代信息技术手段，通过信息技术与学科课程的有效整合来实现一种理想的学习环境和全新的、能充分体现学生主体作用的学习方式，从而彻底改革传统的教学结构和教育本质，达到培养

26、大批具有21世纪能力素质的人才（即创新人才）的目的。二、现代信息技术与课程整合的优势 美国教育部2000年度“教育技术白皮书”中提出的e-Learning（数字化学习）这个概念的内涵实际上包括下面三个要素：现代信息技术数字化学习的条件 。信息技术与学科课程的整合 数字化学习的方法。教学深化改革和创新人才培养 数字化学习的目标。现代信息技术与课程整合是改变传统教学结构、实施创新人才培养的一条有效途径，也是目前国际上基础教育改革的趋势与潮流。 三、实施现代信息技术与物理课程整合三、实施现代信息技术与物理课程整合应遵循的主要原则应遵循的主要原则 1要运用先进的教育思想、教学理论（特别是建构主义理论）

27、为指导 2要紧紧围绕“新型教学结构”的创建这一核心 3要注意运用“学教并重”的教学设计理论来进行课程整合的教学设计4要高度重视学科教学资源建设5要注意结合物理学的特点建构易于实现物理课程整合的新型教学模式四、信息技术与物理课程整合的层面四、信息技术与物理课程整合的层面 1“整合整合”预示着教学内容从封闭走向开放预示着教学内容从封闭走向开放 2“整合整合”意味着学习方式的变革意味着学习方式的变革3“整合整合”构造了自主探究的技术环境构造了自主探究的技术环境【案例】用“几何画板”探究固定电阻与小灯泡的伏安特性4“整合整合”带来课程资源的变化带来课程资源的变化第第4节节 现代信息技术与传统物理现代信

28、息技术与传统物理 实验教学的整合实验教学的整合 国家新课程改革提出应积极探索多媒体计算机与国家新课程改革提出应积极探索多媒体计算机与国家新课程改革提出应积极探索多媒体计算机与国家新课程改革提出应积极探索多媒体计算机与物理实验的结合，实现对物理实验的实时控制及对实物理实验的结合，实现对物理实验的实时控制及对实物理实验的结合，实现对物理实验的实时控制及对实物理实验的结合，实现对物理实验的实时控制及对实验数据的自动化采集和处理，以更好的发挥实验教学验数据的自动化采集和处理，以更好的发挥实验教学验数据的自动化采集和处理，以更好的发挥实验教学验数据的自动化采集和处理，以更好的发挥实验教学的功能。的功能。

29、的功能。的功能。 DISLabDISLab（Digital Information System Digital Information System LaboratoryLaboratory）（数字化信息系统实验室）就这样应运）（数字化信息系统实验室）就这样应运）（数字化信息系统实验室）就这样应运）（数字化信息系统实验室）就这样应运而生，它运用不同的传感器代替传统的测量手段，进而生，它运用不同的传感器代替传统的测量手段，进而生，它运用不同的传感器代替传统的测量手段，进而生，它运用不同的传感器代替传统的测量手段，进行实验数据采集并自动输入计算机加以实时处理，从行实验数据采集并自动输入计算机加以

30、实时处理，从行实验数据采集并自动输入计算机加以实时处理，从行实验数据采集并自动输入计算机加以实时处理，从而得出实验结果，达到整合的目的。而得出实验结果，达到整合的目的。而得出实验结果，达到整合的目的。而得出实验结果，达到整合的目的。 朗威朗威Llongwill 微机辅助高级中学物理实验系统微机辅助高级中学物理实验系统 本系统由物理量传感器（探头）、数据采集器和“朗威物理”软件构成，集物理量测量、智能化数据分析、数据记录和自动控制等功能于一体。 该产品同时具备电流表、电压表、示波器、数字毫秒计、温度计和气压计等仪器设备的功能，实现了测量结果的高精度和数字化；硬件（系列物理量探头与主控机）具有即插即用、并行采集、调节放大倍数等功能；软件提供了多模显示、组合显示、视图放大、图线分析、自定义变量和表达式等有效手段，使实验数据处理、显示便捷。 传传感感器器传传感感器器传传感感器器传传感感器器 产品使用状态图产品使用状态图串行通讯线串行通讯线计算机计算机数据采集器数据采集器数据输入端口、（由左至右）回控输出端口、（由左至右）6V直流电源输出端口电源指示灯复位按钮电源线接口保险管串行数据接口电源开关The end具体的使用方法到实验室学习！