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信息技术在理科学科教学中的应用探索已经经历了相当长的一段时间，但就技术的应用价值和创新价值而言，目前还没有得到真正的体现。例如，虽然传统教学媒体实现了数字化，但没有真正解决学生认知困难的问题；信息技术中的互动特性仅仅停留在提高媒体使用的灵活性上，并没有真正切入课程设计和实施，没有体现互动的创新之处；传感技术的应用还停留在简单数据获取的浅层阶段，谈不上深入面向学生知识建构的学习过程等等。面对这些状况，我们不禁要问：当前教学质量的提高与技术的应用有多少关联？技术的应用如何促进当前的教学质量？技术应用可以给当前的教学方式带来怎样的改良，甚至变革？围绕着这些尚待深入探索的问题，笔者以在物理学科教学中应用信息技术的实践经验来探讨技术应用的方式和可能带来的应用效果。
物理是一门实验科学，其中大量的知识和技能都是建立在实验的基础之上，因此物理学科的教学过程几乎是一个以实验为主要内容的教学过程。针对这一特点，信息技术在物理学科教学过程中的应用主要是实施在实验环节中。目前常见的技术有多媒体技术、虚拟互动技术、传感技术、电子计算及绘图技术、信息存储及检索技术等。
一、多媒体技术：引起对教学多维内容的关注
多媒体技术的应用实际上是给学生以多维的信息刺激，引起学生对学习信息的注意，进而通过专门的活动设计引导学生从接收到的信息中提取概念和建立概念之间的联系，逐步完成认知。这里最直接的一个作用就是引起学生对媒体内容的关注。
在物理教学中讲授浮力的概念时，传统的教学方案往往是研究物体在液体中受到的浮力跟物体浸入液体的体积的关系。公式F浮＝ρgV排中，对重力加速度g的探究会因实验条件的约束而无法开展，因此学生在理解浮力概念时往往只注意到液体的密度ρ和物体在液体中形成的V排，而忽略g的作用。针对这一状况，如果能利用恰当的多媒体技术，向学生展示平常难以一见的浮力现象，凸显重力加速度g的作用，引起学生对g的关注，有助于引导学生更深入理解浮力的形成及其相关因素的作用。如，利用来自NASA科研机构在地球表面和太空实验站中做的实验对比录像来展示不同重力加速度条件下浮力的不同表现。在液底通入气体后，在地球表面的实验表明，气泡在浮力的作用下快速上升（图1）。在微重力环境下的实验表现出气泡没有快速上升，而是基本停留在原处，多个小气泡不断融合，最后静止在液体的底部，并形成一个圆球体气泡（图2）。通过这段录像，学生们不但可以看到通常环境下看不到的物理现象，而且可以清楚地领悟到重力加速度g在浮力形成中的作用，结合常规的实验探究，对浮力概念的理解将更加全面。
二、虚拟互动技术：引导解决复杂而现实的物理问题
当进行作为概念的引起、实验条件单一、开展干扰因素不显著的问题探究时，用真实实验是恰当的。但当引入复杂条件时，一般的真实实验会变得困难。虚拟互动技术的应用促成了利用计算机实施虚拟实验，弥补真实实验教学的缺陷，
跟一般的演示软件不同，虚拟实验软件一是具有交互功能，学习者可以自由调整虚拟实验软件的控制参数，获得不同的虚拟物理状态和过程并从中进入个性化的学习；二是面向课程教学，虚拟实验软件提供的不是简单地再现某个物理过程，而是通过多种变量的调节来获得不同的物理过程，引导学习者对概念、规律等进行更为深入的探究。利用虚拟实验软件进行互动课程设计和实施就是利用虚拟互动技术的具体表现。简言之，一般的展示型课件的作用主要是展示一个物理现象，虚拟实验软件的作用主要是引导理解和解决一个物理问题。
在研究加速度概念时，加速度的大小和方向对运动物体的影响是核心内容。在一般实验中，更多的是从概念到概念。具体地说，在初速度为零的匀加速直线运动中，当时间相等时，a1:a2=S1:S2。利用位移比（S1:S2）和外力比（F1:F2）的关系来研究加速度a和外力F的关系，或者利用位移比（S1:S2）和质量比（m1:m2）的关系来研究加速度a和受力物体质量m的关系。这样的研究在实际情况当中往往只能获得一个定性的判断：物体质量不变时，物体的加速度跟物体所受外力成正比；当物体受到一个恒力时，物体加速度跟物体自身质量成反比。由于缺乏对实验过程物理量的精确测量，F、a、m之间的关系始终显得抽象。利用虚拟实验做切入点，情况就完全不同了。（1）给小车添加质量为M的物体，再为小车施加一个恒力，并设置小车的初速度为零，通过各种数据呈现方式（如数据列表、柱方图、曲线图等）来观测小车的运动情况。（2）不改变小车所受的恒力和初速度为零的状态，但给小车添加质量为2M的物体，再次观测小车的运动情况。（3）每次的虚拟实验都会有详细的物理量数据记录，包括时间、位移、速率、加速度大小，这些数据都可通过“导出”功能作独立保存，以便作个性化的二次处理，进行更多命题的探究。（4）对于初速度、加速度的方向的相互影响也能充分予以表现。图3就反映了小车获得的加速度方向与初速度方向相反的情形。通过这样类似的虚拟实验，学生不仅对加速度的物理意义有了更为全面的了解，而且能够通过不断改变实验参数来构造真实物理问题的原型，使课堂内的探究更具现实意义。
三、传感技术：从一般理解向综合理解提升
传感技术实际上就是对人的感觉器官的功能拓展。就物理实验而言，各种敏感元件就是这种传感技术的基础。在物理实验教学中善用敏感元件和设备是关键的。传感技术的优势在于能方便而精确地探测某物理量的值，并直接传送到计算机进行存储和数据处理。利用传感技术实施实验课程，实验者可以更直接地关注实验原理、条件和实验结果的关系，以及认识干扰因素的具体作用等问题，进而促进实验者对实验主题的认知水平从了解和一般理解提升至综合理解甚至自主建构的层次，这样课程目标完成的效益将大大提高。
在研究导体电阻的伏安特性时，实验者可以连续调节通过某导体的电流的大小，利用电压、电流传感器把导体两端的电压和通过导体的电流数据即时传送到计算机里，实时存储和统计，并以数据列表和图象的方式展示实验过程。其显著特征为数据采集是实时且几乎是连续的，因而整个物理过程是客观又精确的。图4反映了利用电压、电流传感器把导体的电压和电流数据输入到计算机里，计算机对数据的处理结果，图中的“线性关系”显著地说明了导体两端的电压和通过导体的电流大小的比值是一个定值。图5是利用传感器得到的灯丝在不同亮度下阻值的变化情况，图中曲线反映了导体电阻的大小变化跟导体的温度变化有关。
在物理实验中广泛应用的还有温度、照度、力、距离、场强、声等传感器。这些传感器的组合使用会大大丰富物理实验命题和拓展物理实验专题探究的范围，也可以使物理实验探究更加切合实际，更为有趣。
四、电子计算及绘图技术：采集处理实验数据精细化、图形化
现代信息技术并非局限于数字化的媒体、计算机软件和现代信息设备，一些现代信息处理技术同样重要，如电子计算及绘图技术。信息社会的一个显著特征就是海量的数据和信息。人们要有效地处理数据并从中提炼各种有特定意义的信息就需要拥有先进的数据信息处理技术。在物理实验教学中，实验给人们带来大量的实验数据，这些数据是某个物理过程的量化体现，其中包含着这个物理过程的一些原理。在实验当中采集的数据量越大，对物理过程的反映也越真实和精确。有了电子计算技术及绘图技术，高效率的灵活的数据处理使人们对物理过程的探究更深入、广泛、快捷、准确。
在研究灯丝不同亮度下阻值的变化时，常见的实验方法是利用电流表和电压表分别测量某导体的电流和电压，通过控制改变电路的电流而采集多组实验数据。传统的数据统计手段效率低，一般采集的数据量不大，通常是三五个或十来个数据。如果能有效利用电子计算技术，采集的数据可以大大增加，更重要的是，数据之间的间隔可以做得更加精细。利用电子表格，实验者可以采集更多的数据，同时可以设立更多的数据统计项目，为实验者全面深入地了解灯丝电阻变化情况提供了充分的数据基础。纯粹的数据量值不能直观地反映量值之间的关系，特别是数据量大、数据项目多的时候。利用绘图技术，把各种数据关系图形化，物理过程中各量值关系一目了然。图6是对灯丝电阻大小的绘图，可以直接观测灯丝电阻在电压电流的共同作用下发生着怎样的变化。结合这两个图像，实验者可以清楚地看到灯丝电阻的变化如何反作用于通过灯丝电流的变化的。为了更细致地分析灯丝电阻变化的情况，增加数据统计项目并利用图像是更好的方法。图7反映了灯丝两端电压和通过灯丝的电流的变化率，从中实验者可以更直观地看到电压、电流变化程度的不同阶段，也就更容易解释灯丝电阻的伏安曲线了。以同样的数据统计方法，实验者可以更直接地考察灯丝电阻的变化率。从图8中可以清晰地看到，灯丝电阻的变化不是稳定的，这就给实验者一个新的思考：灯丝温度的变化与灯丝电阻的变化有何关系？
前面提到的虚拟实验和利用传感器的实验都可以让实验者轻松获得大量的实验数据。通过对大量的数据进行计算，并根据不同的观测角度和内容创设不同的数据统计项目，结合数据图像，实验者可以对实验对象了解得更全面、更深入。
五、信息管理技术：高效地提炼核心信息
学习者对概念的认知需要一个建构的过程。在这个过程中，学习者接触到很多信息，这些信息之间存在着千丝万缕的联系，如何组织和检索它们是学习者学习效率提升的关键，这也是知识管理的基础。利用现代信息管理技术，学习者不但能大大拓展信息的收集和存储，还能大大提升信息检索的效率，更高效地从大量的初级信息中提炼出核心信息，从而最终建构对概念的认知。
信息管理技术中比较常用的分别是信息录入及文档编辑和保存、本地和网络的信息搜索、目录（文件夹）和文档管理等。例如，在学习红外线的概念时，可以收集并存储与红外线有关的信息：电磁波、波长、频率、短波红外线、远红外线、红外线的影像观测、红外线的医疗应用、红外线和通讯、红外线和侦测技术等。配合其他一些学习工具，学习者可以对这些信息通过检索、归类、重组等手段建立信息之间的关联，最终达到概念的认知，形成“红外线及其应用的知识”。
综上所述，技术要融合到现阶段的教学中必须重视以下几个方面：
1.技术的融入要体现教学目标。
2.技术的融入要课程化，要有适当的课程切入点。
3.技术融入的手段要随具体课程需求而灵活组合。
4.技术融入要配合课程设计思想，支持教学策略的实施。
5.技术融入要面向教师、学生、资源三方的教和学的活动。
当新的环境、新的技术不断出现时，我想，我们应该学会主动改变自己，深入挖掘技术应用背后的创新价值。
参考文献
[1]【美】John B.Best著，黄希庭主译.认知心理学[M].北京：中国轻工业出版社，2000.5
[2]蒋鸣和.信息技术与课程整合新方向[DB/OL].http://www.elab.org.cn/worldwide/discuss/jmh_02.ppt
[3]蒋鸣和.数学和理科教学的互动课程[DB/OL].http://www.elab.org.cn/worldwide/discuss/itaci_04.ppt
（作者单位：广东广州市第八十九中学）
物理是一门实验科学，其中大量的知识和技能都是建立在实验的基础之上，因此物理学科的教学过程几乎是一个以实验为主要内容的教学过程。针对这一特点，信息技术在物理学科教学过程中的应用主要是实施在实验环节中。目前常见的技术有多媒体技术、虚拟互动技术、传感技术、电子计算及绘图技术、信息存储及检索技术等。
一、多媒体技术：引起对教学多维内容的关注
多媒体技术的应用实际上是给学生以多维的信息刺激，引起学生对学习信息的注意，进而通过专门的活动设计引导学生从接收到的信息中提取概念和建立概念之间的联系，逐步完成认知。这里最直接的一个作用就是引起学生对媒体内容的关注。
在物理教学中讲授浮力的概念时，传统的教学方案往往是研究物体在液体中受到的浮力跟物体浸入液体的体积的关系。公式F浮＝ρgV排中，对重力加速度g的探究会因实验条件的约束而无法开展，因此学生在理解浮力概念时往往只注意到液体的密度ρ和物体在液体中形成的V排，而忽略g的作用。针对这一状况，如果能利用恰当的多媒体技术，向学生展示平常难以一见的浮力现象，凸显重力加速度g的作用，引起学生对g的关注，有助于引导学生更深入理解浮力的形成及其相关因素的作用。如，利用来自NASA科研机构在地球表面和太空实验站中做的实验对比录像来展示不同重力加速度条件下浮力的不同表现。在液底通入气体后，在地球表面的实验表明，气泡在浮力的作用下快速上升（图1）。在微重力环境下的实验表现出气泡没有快速上升，而是基本停留在原处，多个小气泡不断融合，最后静止在液体的底部，并形成一个圆球体气泡（图2）。通过这段录像，学生们不但可以看到通常环境下看不到的物理现象，而且可以清楚地领悟到重力加速度g在浮力形成中的作用，结合常规的实验探究，对浮力概念的理解将更加全面。
二、虚拟互动技术：引导解决复杂而现实的物理问题
当进行作为概念的引起、实验条件单一、开展干扰因素不显著的问题探究时，用真实实验是恰当的。但当引入复杂条件时，一般的真实实验会变得困难。虚拟互动技术的应用促成了利用计算机实施虚拟实验，弥补真实实验教学的缺陷，
跟一般的演示软件不同，虚拟实验软件一是具有交互功能，学习者可以自由调整虚拟实验软件的控制参数，获得不同的虚拟物理状态和过程并从中进入个性化的学习；二是面向课程教学，虚拟实验软件提供的不是简单地再现某个物理过程，而是通过多种变量的调节来获得不同的物理过程，引导学习者对概念、规律等进行更为深入的探究。利用虚拟实验软件进行互动课程设计和实施就是利用虚拟互动技术的具体表现。简言之，一般的展示型课件的作用主要是展示一个物理现象，虚拟实验软件的作用主要是引导理解和解决一个物理问题。
在研究加速度概念时，加速度的大小和方向对运动物体的影响是核心内容。在一般实验中，更多的是从概念到概念。具体地说，在初速度为零的匀加速直线运动中，当时间相等时，a1:a2=S1:S2。利用位移比（S1:S2）和外力比（F1:F2）的关系来研究加速度a和外力F的关系，或者利用位移比（S1:S2）和质量比（m1:m2）的关系来研究加速度a和受力物体质量m的关系。这样的研究在实际情况当中往往只能获得一个定性的判断：物体质量不变时，物体的加速度跟物体所受外力成正比；当物体受到一个恒力时，物体加速度跟物体自身质量成反比。由于缺乏对实验过程物理量的精确测量，F、a、m之间的关系始终显得抽象。利用虚拟实验做切入点，情况就完全不同了。（1）给小车添加质量为M的物体，再为小车施加一个恒力，并设置小车的初速度为零，通过各种数据呈现方式（如数据列表、柱方图、曲线图等）来观测小车的运动情况。（2）不改变小车所受的恒力和初速度为零的状态，但给小车添加质量为2M的物体，再次观测小车的运动情况。（3）每次的虚拟实验都会有详细的物理量数据记录，包括时间、位移、速率、加速度大小，这些数据都可通过“导出”功能作独立保存，以便作个性化的二次处理，进行更多命题的探究。（4）对于初速度、加速度的方向的相互影响也能充分予以表现。图3就反映了小车获得的加速度方向与初速度方向相反的情形。通过这样类似的虚拟实验，学生不仅对加速度的物理意义有了更为全面的了解，而且能够通过不断改变实验参数来构造真实物理问题的原型，使课堂内的探究更具现实意义。
三、传感技术：从一般理解向综合理解提升
传感技术实际上就是对人的感觉器官的功能拓展。就物理实验而言，各种敏感元件就是这种传感技术的基础。在物理实验教学中善用敏感元件和设备是关键的。传感技术的优势在于能方便而精确地探测某物理量的值，并直接传送到计算机进行存储和数据处理。利用传感技术实施实验课程，实验者可以更直接地关注实验原理、条件和实验结果的关系，以及认识干扰因素的具体作用等问题，进而促进实验者对实验主题的认知水平从了解和一般理解提升至综合理解甚至自主建构的层次，这样课程目标完成的效益将大大提高。
在研究导体电阻的伏安特性时，实验者可以连续调节通过某导体的电流的大小，利用电压、电流传感器把导体两端的电压和通过导体的电流数据即时传送到计算机里，实时存储和统计，并以数据列表和图象的方式展示实验过程。其显著特征为数据采集是实时且几乎是连续的，因而整个物理过程是客观又精确的。图4反映了利用电压、电流传感器把导体的电压和电流数据输入到计算机里，计算机对数据的处理结果，图中的“线性关系”显著地说明了导体两端的电压和通过导体的电流大小的比值是一个定值。图5是利用传感器得到的灯丝在不同亮度下阻值的变化情况，图中曲线反映了导体电阻的大小变化跟导体的温度变化有关。
在物理实验中广泛应用的还有温度、照度、力、距离、场强、声等传感器。这些传感器的组合使用会大大丰富物理实验命题和拓展物理实验专题探究的范围，也可以使物理实验探究更加切合实际，更为有趣。
四、电子计算及绘图技术：采集处理实验数据精细化、图形化
现代信息技术并非局限于数字化的媒体、计算机软件和现代信息设备，一些现代信息处理技术同样重要，如电子计算及绘图技术。信息社会的一个显著特征就是海量的数据和信息。人们要有效地处理数据并从中提炼各种有特定意义的信息就需要拥有先进的数据信息处理技术。在物理实验教学中，实验给人们带来大量的实验数据，这些数据是某个物理过程的量化体现，其中包含着这个物理过程的一些原理。在实验当中采集的数据量越大，对物理过程的反映也越真实和精确。有了电子计算技术及绘图技术，高效率的灵活的数据处理使人们对物理过程的探究更深入、广泛、快捷、准确。
在研究灯丝不同亮度下阻值的变化时，常见的实验方法是利用电流表和电压表分别测量某导体的电流和电压，通过控制改变电路的电流而采集多组实验数据。传统的数据统计手段效率低，一般采集的数据量不大，通常是三五个或十来个数据。如果能有效利用电子计算技术，采集的数据可以大大增加，更重要的是，数据之间的间隔可以做得更加精细。利用电子表格，实验者可以采集更多的数据，同时可以设立更多的数据统计项目，为实验者全面深入地了解灯丝电阻变化情况提供了充分的数据基础。纯粹的数据量值不能直观地反映量值之间的关系，特别是数据量大、数据项目多的时候。利用绘图技术，把各种数据关系图形化，物理过程中各量值关系一目了然。图6是对灯丝电阻大小的绘图，可以直接观测灯丝电阻在电压电流的共同作用下发生着怎样的变化。结合这两个图像，实验者可以清楚地看到灯丝电阻的变化如何反作用于通过灯丝电流的变化的。为了更细致地分析灯丝电阻变化的情况，增加数据统计项目并利用图像是更好的方法。图7反映了灯丝两端电压和通过灯丝的电流的变化率，从中实验者可以更直观地看到电压、电流变化程度的不同阶段，也就更容易解释灯丝电阻的伏安曲线了。以同样的数据统计方法，实验者可以更直接地考察灯丝电阻的变化率。从图8中可以清晰地看到，灯丝电阻的变化不是稳定的，这就给实验者一个新的思考：灯丝温度的变化与灯丝电阻的变化有何关系？
前面提到的虚拟实验和利用传感器的实验都可以让实验者轻松获得大量的实验数据。通过对大量的数据进行计算，并根据不同的观测角度和内容创设不同的数据统计项目，结合数据图像，实验者可以对实验对象了解得更全面、更深入。
五、信息管理技术：高效地提炼核心信息
学习者对概念的认知需要一个建构的过程。在这个过程中，学习者接触到很多信息，这些信息之间存在着千丝万缕的联系，如何组织和检索它们是学习者学习效率提升的关键，这也是知识管理的基础。利用现代信息管理技术，学习者不但能大大拓展信息的收集和存储，还能大大提升信息检索的效率，更高效地从大量的初级信息中提炼出核心信息，从而最终建构对概念的认知。
信息管理技术中比较常用的分别是信息录入及文档编辑和保存、本地和网络的信息搜索、目录（文件夹）和文档管理等。例如，在学习红外线的概念时，可以收集并存储与红外线有关的信息：电磁波、波长、频率、短波红外线、远红外线、红外线的影像观测、红外线的医疗应用、红外线和通讯、红外线和侦测技术等。配合其他一些学习工具，学习者可以对这些信息通过检索、归类、重组等手段建立信息之间的关联，最终达到概念的认知，形成“红外线及其应用的知识”。
综上所述，技术要融合到现阶段的教学中必须重视以下几个方面：
1.技术的融入要体现教学目标。
2.技术的融入要课程化，要有适当的课程切入点。
3.技术融入的手段要随具体课程需求而灵活组合。
4.技术融入要配合课程设计思想，支持教学策略的实施。
5.技术融入要面向教师、学生、资源三方的教和学的活动。
当新的环境、新的技术不断出现时，我想，我们应该学会主动改变自己，深入挖掘技术应用背后的创新价值。
参考文献
[1]【美】John B.Best著，黄希庭主译.认知心理学[M].北京：中国轻工业出版社，2000.5
[2]蒋鸣和.信息技术与课程整合新方向[DB/OL].http://www.elab.org.cn/worldwide/discuss/jmh_02.ppt
[3]蒋鸣和.数学和理科教学的互动课程[DB/OL].http://www.elab.org.cn/worldwide/discuss/itaci_04.ppt
（作者单位：广东广州市第八十九中学）