第2章相關(guān)的理論基礎(chǔ)回顧信息技術(shù)、課程、整合信息技術(shù)與課程整合——專家解讀信息技術(shù)與課程整合的意義“整合”的幾個(gè)基本概念計(jì)算——第三種科學(xué)形態(tài)數(shù)據(jù)素養(yǎng)——科學(xué)素養(yǎng)的一個(gè)側(cè)面“整合”深層次“整合”計(jì)算——第三種科學(xué)形態(tài)鑒于計(jì)算機(jī)手段在科學(xué)方法中的特殊性，哈佛大學(xué)將物理學(xué)劃分為理論物理、實(shí)驗(yàn)物理和計(jì)算物理。計(jì)算物理是基于計(jì)算機(jī)的物理學(xué)研究方法。科學(xué)形態(tài)在繼理論推導(dǎo)、實(shí)物實(shí)驗(yàn)之后出現(xiàn)了第三種形態(tài)——計(jì)算（computation）計(jì)算——第三種科學(xué)形態(tài)模擬：是一種根據(jù)研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)特征，利用相似原理，用相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)模型來(lái)表現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)的科學(xué)方法。仿真：是一種逼真度較高的模擬。虛擬仿真：是一種利用計(jì)算機(jī)模擬自然現(xiàn)象和在計(jì)算機(jī)上做仿真實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法。比如：運(yùn)載火箭設(shè)計(jì)中，虛擬仿真能夠模擬出參數(shù)變更后可能導(dǎo)致的結(jié)果，縮短研發(fā)周期和降低研制成本。計(jì)算——第三種科學(xué)形態(tài)虛擬仿真，也是計(jì)算機(jī)環(huán)境下的物理學(xué)思想實(shí)驗(yàn)（是一種在大腦進(jìn)行的特殊實(shí)驗(yàn)）。比如：伽利略的“慣性碗”、愛(ài)因斯坦的“引力升降機(jī)”和麥克斯韋的“麥克斯韋妖”。虛擬仿真使得思想實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用更加廣泛。數(shù)據(jù)素養(yǎng)——科學(xué)素養(yǎng)的一個(gè)側(cè)面縱觀科學(xué)發(fā)展史，量化是科學(xué)的重要方法。其中伽利略的的工作具有里程碑性質(zhì)。他將實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)引入科學(xué)研究之中，物理學(xué)因此獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前，數(shù)據(jù)是研究目標(biāo)的附屬品，是研究假設(shè)的驗(yàn)證者。物理學(xué)家主要采用數(shù)學(xué)手段和實(shí)物手段來(lái)研究物理現(xiàn)象。數(shù)據(jù)素養(yǎng)——科學(xué)素養(yǎng)的一個(gè)側(cè)面但是，科學(xué)發(fā)展到近代，一方面實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`會(huì)產(chǎn)生巨大的數(shù)據(jù)；另一方面虛擬仿真也會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。面對(duì)龐雜的數(shù)據(jù)，研究結(jié)論對(duì)數(shù)據(jù)分析方法的依賴性空前增強(qiáng)，數(shù)據(jù)挖掘隨之產(chǎn)生。數(shù)據(jù)挖掘就是通過(guò)數(shù)據(jù)分析，將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的知識(shí)。意義在于知識(shí)的發(fā)現(xiàn)。比如，伽利略在教堂做禮拜的時(shí)候利用身體的脈搏計(jì)數(shù)，發(fā)現(xiàn)了教堂里吊燈擺動(dòng)的等時(shí)性。再如，紅學(xué)專家通過(guò)統(tǒng)計(jì)紅樓夢(mèng)前80回和后40回文言虛詞的使用頻率，確定前80回為曹雪芹撰寫，后40回他人續(xù)寫?！罢稀逼毡橐饬x的整合是使系統(tǒng)內(nèi)部各要素整體協(xié)調(diào)和相互滲透，從而集中優(yōu)勢(shì)，發(fā)揮系統(tǒng)最大效益的過(guò)程。信息技術(shù)與物理教學(xué)整合，是一種數(shù)字環(huán)境下以提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)水平為目的，以提高學(xué)生數(shù)據(jù)素養(yǎng)水平為方向，以實(shí)現(xiàn)主流學(xué)習(xí)范式從被動(dòng)接受走向自主、合作、探究的教學(xué)過(guò)程?！罢稀闭习ㄈ齻€(gè)階段：（1）采集與交流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；（2）計(jì)算與虛擬仿真；（3）交流與傳播科學(xué)知識(shí)。整合的形式特征，是數(shù)據(jù)探究。需要在計(jì)算機(jī)、教室網(wǎng)絡(luò)、校園網(wǎng)絡(luò)和外部互聯(lián)網(wǎng)等環(huán)境中實(shí)施。整合的內(nèi)容特征，是有效地傳遞科學(xué)知識(shí)（利用信息技術(shù)有效突破知識(shí)教學(xué)難點(diǎn)，有效突出教學(xué)重點(diǎn)）和轉(zhuǎn)變主流學(xué)習(xí)方式（促使學(xué)生能夠獨(dú)立觀察與思考，獨(dú)立解決科學(xué)問(wèn)題）。深層次“整合”整合具有三種不同層次：第一，在教學(xué)中生硬地應(yīng)用計(jì)算機(jī)或者課件；第二，能夠較為熟練地、合理地應(yīng)用信息技術(shù)輔助物理教學(xué)，較有效地實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳遞；第三，在第二個(gè)層次之上，同時(shí)還能夠體現(xiàn)過(guò)程的多樣性，較有效地促進(jìn)主流學(xué)習(xí)范式從被動(dòng)接受轉(zhuǎn)向自主、合作、探究。信息技術(shù)與物理教學(xué)整合的發(fā)展階段第一，計(jì)算機(jī)固定課件開(kāi)發(fā)階段。此階段一般只關(guān)注某一課件的完整性，教學(xué)思路單一，缺乏變通性和可移植性。課件開(kāi)發(fā)一般只考慮講解知識(shí)的需求。第二，平臺(tái)加“積件”階段。通過(guò)開(kāi)發(fā)若干課件單元（簡(jiǎn)稱積件），教室可以利用某個(gè)應(yīng)用軟件將“積件”組合起來(lái)形成課件。積件在一定程度彌補(bǔ)了固定課件的不足，但是一般只考慮講解知識(shí)的需求。我國(guó)物理信息技術(shù)教育起步于20世紀(jì)80年代，經(jīng)歷了三個(gè)階段：信息技術(shù)與物理教學(xué)整合的發(fā)展階段第三，深層次整合階段。此階段開(kāi)始強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主性，相對(duì)于課件概念，“學(xué)件”概念開(kāi)始出現(xiàn)，就是學(xué)生使用課件。此階段關(guān)注借助信息技術(shù)解決傳統(tǒng)物理教學(xué)中的教學(xué)難點(diǎn)問(wèn)題，又關(guān)注解決知識(shí)傳遞和探究學(xué)習(xí)的平衡問(wèn)題。我國(guó)物理信息技術(shù)教育起步于20世紀(jì)80年代，經(jīng)歷了三個(gè)階段：“整合”中選用媒體或課件的原則“整合”的模式“整合”中選用媒體或課件的原則“整合”中選用媒體或課件的原則基于講授的“整合”模式教學(xué)模式是在一定的教育思想和理論指導(dǎo)下，為完成特定教學(xué)任務(wù)而建立的有效而穩(wěn)定的教學(xué)結(jié)構(gòu)和活動(dòng)程序。按照使用信息技術(shù)主題不同，“整合”模式分為：基于講授的“整合”模式和基于探究的“整合”模式。（1）實(shí)物實(shí)驗(yàn)——模擬強(qiáng)化“整合”模式

在演示實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，強(qiáng)化學(xué)生鬧鐘的表象，幫助學(xué)生識(shí)別現(xiàn)象發(fā)生及變化的條件，為順利完成抽象與概括思維做準(zhǔn)備。“整合”中選用媒體或課件的原則基于講授的“整合”模式（2）邊教學(xué)邊實(shí)驗(yàn)“整合”模式

貫徹“做中學(xué)”教學(xué)理念，教學(xué)中學(xué)生利用傳感器或者虛擬仿真課件做實(shí)驗(yàn)，觀察或測(cè)量物理數(shù)據(jù)，產(chǎn)生科學(xué)問(wèn)題，建立物理概念或者物理規(guī)律。一般適用于定量研究的教學(xué)?！罢稀敝羞x用媒體或課件的原則基于講授的“整合”模式（3）變式練習(xí)“整合”模式

貫徹啟發(fā)式教學(xué)理念。在習(xí)題教學(xué)中，計(jì)算機(jī)主要用于展示原型問(wèn)題情景或者變式問(wèn)題情景，幫助學(xué)生建立必要的物理情景，抓住問(wèn)題的關(guān)鍵，選用合適的物理模型，理清結(jié)題的思路，一體多解，一題多變，提高習(xí)題教學(xué)效率?！罢稀敝羞x用媒體或課件的原則基于講授的“整合”模式（3）腦圖復(fù)習(xí)“整合”模式

貫徹啟發(fā)式教學(xué)理念，在復(fù)習(xí)課中利用計(jì)算機(jī)可以在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)彼此相關(guān)的現(xiàn)象、公式、圖表貨圖線，激活學(xué)生的記憶表象，對(duì)學(xué)生的物理認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行“刷新”，還可以提供典型的問(wèn)題情景，加深學(xué)生的理解，幫助總結(jié)方法、規(guī)律?！罢稀敝羞x用媒體或課件的原則基于探究的“整合”模式體現(xiàn)深層次“整合”理念，要求學(xué)生像科學(xué)家一樣去解決問(wèn)題和建構(gòu)知識(shí)。其優(yōu)勢(shì)是保持學(xué)生的好奇心、鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的高級(jí)思維能力。典型代表是美國(guó)的WISE網(wǎng)站和基于WebQuest的主題探究網(wǎng)站的教學(xué)活動(dòng)，數(shù)據(jù)探究的互動(dòng)信息均來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)或者局域網(wǎng)上的資源。特點(diǎn)：以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，適應(yīng)個(gè)別化教學(xué)。但是如果缺少有效的指導(dǎo)，可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)效的學(xué)習(xí)。“整合”中選用媒體或課件的原則“整合”中選用媒體或課件的原則1.知識(shí)傳遞與數(shù)據(jù)探究相結(jié)合原則基于講授“整合”模式，應(yīng)該：（1）要針對(duì)教學(xué)難點(diǎn)選用適當(dāng)?shù)恼n件。（2）虛擬仿真課件的仿真度應(yīng)盡量高。（3）演示前要對(duì)學(xué)生提出觀察要求，并指導(dǎo)觀察。（4）要改變模擬演示參數(shù)，變換不同的物理情景，訓(xùn)練思維的自主性和靈活性?！罢稀敝羞x用媒體或課件的原則“整合”中選用媒體或課件的原則1.知識(shí)傳遞與數(shù)據(jù)探究相結(jié)合原則基于探究“整合”模式，應(yīng)該：（1）要選擇合適的工具型媒體、課件或者學(xué)件。（2）要盡量采用小組合作的教學(xué)模式。（3）教師指導(dǎo)和講授要簡(jiǎn)練，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)足夠的時(shí)間從事數(shù)據(jù)探究。（4）學(xué)生要在計(jì)算機(jī)伙伴的幫助下實(shí)驗(yàn)、探索或自學(xué)新知識(shí)等?！罢稀敝羞x用媒體或課件的原則“整合”中選用媒體或課件的原則2.教師主導(dǎo)與學(xué)生自主相結(jié)合原則一方面數(shù)字環(huán)境中學(xué)校的媒體或課件不斷走向智能化；另一方面學(xué)校教學(xué)時(shí)一種特殊的、有組織的教學(xué)形式。要明確教師的主導(dǎo)作用，同時(shí)要體現(xiàn)學(xué)生的主題地位。教學(xué)過(guò)程中要貫徹啟發(fā)式教學(xué)思想，使學(xué)生樹(shù)立數(shù)據(jù)探究意識(shí)。解決這對(duì)矛盾“整合”中選用媒體或課件的原則“整合”中選用媒體或課件的原則3.常用媒體與計(jì)算機(jī)媒體互補(bǔ)原則（1）要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)選用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)媒體。（2）要把握好課件使用的時(shí)機(jī)。（3）要利用課件激發(fā)學(xué)生的好奇心。靈活地運(yùn)用課件，適時(shí)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景注意：選用計(jì)算機(jī)媒體要有限度。否則，教室容易手忙腳亂，無(wú)暇顧及啟發(fā)誘導(dǎo)；學(xué)生眼花繚亂，對(duì)教學(xué)內(nèi)容無(wú)所適從?！罢稀敝羞x用媒體或課件的原則“整合”中選用媒體或課件的原則4.交互性與有序性相結(jié)合原則（1）要充分利用多媒體計(jì)算機(jī)的智能性，展開(kāi)人機(jī)交互對(duì)話，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。（2）要按照一定的順序演示課件。（3）數(shù)據(jù)探究中要加強(qiáng)教室或課件的導(dǎo)航作用，避免學(xué)生盲目活動(dòng)。第2章相關(guān)的理論基礎(chǔ)第2章信息技術(shù)與課程整合的

理論基礎(chǔ)2.1學(xué)習(xí)理論行為主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論人本主義學(xué)習(xí)理論

學(xué)習(xí)理論是揭示人類學(xué)習(xí)活動(dòng)的本質(zhì)和規(guī)律，解釋和說(shuō)明學(xué)習(xí)過(guò)程的心理機(jī)制，指導(dǎo)人類學(xué)習(xí)，特別是指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)和教師的課堂教學(xué)的心理學(xué)原理或?qū)W說(shuō)。一、行為主義學(xué)習(xí)理論對(duì)“學(xué)習(xí)”的解釋學(xué)習(xí)是刺激與反應(yīng)的聯(lián)結(jié)，有機(jī)體接受外界的刺激，然后作出與此相關(guān)的反應(yīng)，這種刺激與反應(yīng)之間的聯(lián)接（S-R）就是所謂的學(xué)習(xí)。代表人物古典行為主義理論：華生（行為主義學(xué)說(shuō)）、桑代克（聯(lián)結(jié)主義）、巴普洛夫（條件反射學(xué)說(shuō)）新行為主義理論：斯金納（操作性條件反射學(xué)說(shuō)）斯金納操作條件反射學(xué)說(shuō)主要觀點(diǎn)：

一切行為都是由反射構(gòu)成，學(xué)習(xí)主要在于形成條件反射。Skinner斯金納箱一、行為主義學(xué)習(xí)理論學(xué)習(xí)是明顯的行為改變的結(jié)果，能夠由選擇性強(qiáng)化形成的。環(huán)境和條件，是學(xué)習(xí)的兩個(gè)重要的因素。斯金納創(chuàng)立的操作性條件作用學(xué)說(shuō)和強(qiáng)化理論，“刺激-反應(yīng)-強(qiáng)化”理論

反應(yīng)+強(qiáng)化增強(qiáng)反應(yīng)反應(yīng)無(wú)強(qiáng)化減弱反應(yīng)反應(yīng)+懲罰壓抑反應(yīng)

斯金納的程序教學(xué)法把教學(xué)內(nèi)容分為具有聯(lián)系的小步子要求學(xué)生作出積極反應(yīng)及時(shí)的反饋和強(qiáng)化因人而宜，自定步調(diào)學(xué)生盡可能做出正確的反應(yīng)，降低錯(cuò)誤率二、認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論對(duì)“學(xué)習(xí)”的解釋認(rèn)知學(xué)派源于格式塔心理學(xué)，它的核心觀點(diǎn)是學(xué)習(xí)并非是機(jī)械的、被動(dòng)的刺激—反應(yīng)的聯(lián)結(jié)，學(xué)習(xí)要通過(guò)主體的主觀作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。

代表人物苛勒：頓悟說(shuō)布魯納：認(rèn)知-發(fā)現(xiàn)說(shuō)加涅：信息加工模式二、認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論學(xué)習(xí)是知覺(jué)的重新組織，是對(duì)所遇到的環(huán)境條件的認(rèn)知。學(xué)習(xí)過(guò)程是信息的接收、加工、使用的過(guò)程促進(jìn)學(xué)習(xí)有兩個(gè)條件：內(nèi)在條件與外在條件強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)是積極主動(dòng)的過(guò)程強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)活動(dòng)本身的內(nèi)部強(qiáng)化認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論的啟迪刺激選擇不是一種隨機(jī)的過(guò)程，不能僅僅考慮到刺激的特征，還要關(guān)注學(xué)習(xí)者已有的信息或認(rèn)知圖式。人類記憶加工信息的容量是有限的，不能一味要求在短時(shí)間內(nèi)掌握大量的信息，要留有加工或思考的時(shí)間。組塊理論：為了使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)盡可能學(xué)習(xí)較多的知識(shí)，必須把知識(shí)組織成有意義的塊狀，減少機(jī)械學(xué)習(xí)。信息編碼不僅有助于學(xué)生的理解，而且有助于信息的存儲(chǔ)和提取。認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論的啟迪客觀主義的教育理念：知識(shí)灌輸比利時(shí)羅汶大學(xué)校園雕塑

三、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義德國(guó)的一則關(guān)于“魚?！钡耐捒梢詭椭覀兏玫乩斫膺@個(gè)問(wèn)題。建構(gòu)主義的教育理念：知識(shí)建構(gòu)（理解依賴于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)）源自德國(guó)Schwank教授三、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

青蛙作為“教師”準(zhǔn)確地講出了“鳥(niǎo)”這種動(dòng)物的特征。魚作為“學(xué)生”，很有學(xué)習(xí)興趣，而且很認(rèn)真地聽(tīng)講。但在結(jié)果上，魚心目中的鳥(niǎo)卻是一種“魚化“的鳥(niǎo)。青蛙還對(duì)外面世界的牛、人都做了描述，而魚心目中出現(xiàn)的都是“魚化”了的牛和人。因?yàn)樗谝宰约涸械慕?jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)來(lái)建構(gòu)對(duì)新知識(shí)的理解。這是一則夸張化的寓言，只要冷靜反思一下現(xiàn)實(shí)的教學(xué)，我們不難發(fā)現(xiàn)這種寓言的影子。

三、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

三、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

基本觀點(diǎn)學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者主動(dòng)地建構(gòu)內(nèi)部心理表征的過(guò)程，它不僅包括結(jié)構(gòu)性的知識(shí)，而且包括大量的非結(jié)構(gòu)性的經(jīng)驗(yàn)背景。學(xué)習(xí)過(guò)程同時(shí)包含兩方面的建構(gòu)：對(duì)新信息的意義的建構(gòu)和對(duì)已有知識(shí)的重組。學(xué)習(xí)者以自己的方式建構(gòu)對(duì)于事物的理解，從而不同人看到的是事物的不同方面，不存在唯一的標(biāo)準(zhǔn)的理解。代表人物：維果斯基、皮亞杰、斯騰伯格客觀主義知識(shí)是可以客觀表征和準(zhǔn)確傳遞的實(shí)體，它可以借助媒介來(lái)表征。教學(xué)是知識(shí)的傳遞。技術(shù)是媒體建構(gòu)主義知識(shí)是不能傳遞的，它只能由個(gè)體學(xué)習(xí)者建構(gòu)起來(lái)。教學(xué)的作用在于給學(xué)生有效的活動(dòng)機(jī)會(huì)，在活動(dòng)和互動(dòng)過(guò)程中建構(gòu)知識(shí)。技術(shù)不簡(jiǎn)單是媒體，而應(yīng)該是全面支持知識(shí)建構(gòu)的工具

人本主義學(xué)習(xí)理論教育的任務(wù)在于幫助人們滿足“自我實(shí)現(xiàn)”這個(gè)最高的需要。學(xué)習(xí)的種類無(wú)意義的學(xué)習(xí)意義學(xué)習(xí)指一種使個(gè)體的行為、態(tài)度、個(gè)性以及在未來(lái)選擇行動(dòng)方針時(shí)發(fā)生重大變化的學(xué)習(xí)。人本主義心理學(xué)創(chuàng)建者——羅杰斯人本主義學(xué)習(xí)理論的基本原則1.人類生來(lái)就有學(xué)習(xí)的潛能；2.當(dāng)學(xué)生覺(jué)察到學(xué)習(xí)內(nèi)容與他自己目的有關(guān)時(shí)，意義學(xué)習(xí)就發(fā)生了；3.涉及到改變自我組織（即改變對(duì)自己看法）的學(xué)習(xí)是有威脅性的，并往往受到抵制；

4.當(dāng)外部威脅降到最低限度時(shí)，就比較容易覺(jué)察和同化那些威脅到自我的學(xué)習(xí)內(nèi)容；人本主義學(xué)習(xí)理論的基本原則5.當(dāng)對(duì)自我的威脅很小時(shí)，學(xué)生就會(huì)用一種辨別的方式來(lái)知覺(jué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)就會(huì)取得進(jìn)展；6.大多數(shù)意義學(xué)習(xí)是從做中學(xué)的；7.當(dāng)學(xué)生負(fù)責(zé)任地參與學(xué)習(xí)過(guò)程時(shí)，就會(huì)促進(jìn)學(xué)習(xí)；8.涉及學(xué)習(xí)者整個(gè)人（包括情感與理智）的自我發(fā)起的學(xué)習(xí)，是最持久，最深刻的；9.當(dāng)學(xué)生以自我批判和自我評(píng)價(jià)為主要依據(jù)，把他人評(píng)價(jià)放在次要地位時(shí)，獨(dú)立性、創(chuàng)造性和自主性就會(huì)得到促進(jìn)。南瓜生長(zhǎng)模式研究某國(guó)教育部在全國(guó)各地一百多所試驗(yàn)學(xué)校開(kāi)展南瓜生長(zhǎng)模式研究項(xiàng)目。該項(xiàng)目要求所有學(xué)校同時(shí)播種南瓜，學(xué)生們每天仔細(xì)觀察當(dāng)?shù)啬瞎戏N子的生長(zhǎng)情況，并將南瓜的生長(zhǎng)情況發(fā)布到