从建构主义看物理课堂多媒体教学
福州格致中学
颜有虹
一、物理课堂多媒体辅助教学应用的优势与现状
随着国内外现代化教育技术的发展，利用多媒体计算机辅助课堂教学在物理课堂教学中已被广泛的运用。毋庸臵疑，用计算机组合多种教学媒体用于物理课堂教学具有很多传统媒体无法替代的作用。
计算机能够优化组合各种媒体。现在的多媒体技术能够以计算机为中心，把各种媒体中的 语音信号、图像信号转换变成统一的数字信号，控制多种媒体的存储、加工、播放、编辑、变换，还可以查询、检索。并且由计算机组合媒体可以很有效地减少媒体的存储空间、加快信息检索和传输的速度。
多媒体计算机辅助课堂教学的声、图、文、活动影像能创建活泼良好的学习氛围、提高学习兴趣，创设物理情境。从媒体刺激-心理反应的角度看，在各种媒体中，动画引起的反应最强，图形次之，文字说明最弱。合理地组织媒体，可以传播大量教学信息，给学生以清晰明快的感受，能取得更好的教学效果。
利用计算机能够进行物理过程的动态演示与模拟。物理课本中有许多静态图形，其中也隐含着运动变化的因素。揭示静态图形的丰富内涵，使其动态化，可以挖掘问题的本质。按照预先设计的程序，计算机可对静态图形的产生进行动态演示。计算机具有高速处理信息的特长,利用这一点，通常能够跟踪某一课堂所难以观察的物理过程，并对其进行加快、放慢、插入解说等等后期编辑，或者直接对某一常规教学所无法观察到的过程进行模拟。
尽管计算机组合多媒体出于自身特点对辅助课堂教学有极大的优势，但它毕竟只是一种教学工具，如何设计使用该教具将直接影响我们的教学效果。前一段时间我们的教育还比较比较强调书本知识、主要采用以教师讲、学生被动接受的教学模式，适应这种教学模式的教学软件必然是以展示和呈现知识为主。因此在多媒体课件中，大多为顺序式结构，上课时只需“练一指禅”按一个键，课件便按顺序“播放”下去。这样上出的课便是“流水课”，教师总要想方设法将学生的思路引到电脑的既定流程上来。究其根源，实质上是“以教师为中心”的教学思想演变成了
1 “电脑+教师”为中心的教学思想，它只不过更强化了教师的主动性和学生的被动性。并且出于各种条件的限制尤其是软件和人力的限制，目前还有不少学校还没有脱离旧的多媒体组合教学的模式，只是将几种媒体加以简单的组合，例如把幻灯、投影、录音、录相加以组合，只是在操作过程中多了一种媒体--计算机。播放完一种媒体再由教师手动换接另一种媒体。这就没有充分发挥出多媒体技术优化组合的强大作用。更有些教师在课上从头至尾都用计算机，对其它常规媒体不屑一顾。把其他媒体都给“优化”掉了。在某些公开课上，我们甚至看到一些教师纯粹以多媒体替代板书、小黑板或挂图之用。成了课本搬家或是教案搬家。有不少课堂多媒体软件是为用多媒体而用多媒体，单纯利用多媒体画面对学生的感官刺激，教学不过是新瓶装旧酒罢了。刚开始学生会觉得好奇好玩，但不久这种新鲜感也会消失。而这些教学软件和课堂学习方式，正是与现在所说的建构主义相背离的。
二、建构主义学习理论
建构主义学习理论是认知学习理论的一个重要分支,它强调学习者是信息加工主体而非被动的知识灌输对象；学习是学习者的内部心理过程而非对外部刺激做出的被动反应；教师则是意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的提供者与灌输者。由于多媒体计算机和网络通信技术所具有的多种特性特别适合于实现建构主义学习环境，换句话说，多媒体计算机和网络通信技术可以作为建构主义学习环境下的理想认知工具，能有效地促进学生的认知发展，所以随着多媒体计算机和Internet网络的飞速发展，建构主义学习理论正愈来愈显示出其强大的生命力，并在世界范围内日益扩大其影响。
以下是一个国外的建构主义的课堂教学的实例：
正准备上课时，教室里的一盏白炽灯突然熄了。（当然，这是教师设计好的情境）。该问题（灯熄灭的现象）引发了学生们的一场讨论。教师要求学生解释这一现象，并拿出让灯重新亮起来的实际方案。在讨论中学生们逐渐明白他们要解决实际问题其间需要了解些什么、做些什么？课后他们通过网络分工收集关于未知现象的所有信息，并加以澄清。例如灯泡灭了，学生首先需要弄清楚灯泡的构造，灯的发光原理等等。最后，学生们开始试图对造成事故发生的原因提出自己的理论假设，如：是否是由于灯丝断了？是否是由于灯座松动？在形成四到五个这样的假设之后，他们就开始设计实验来验证各自的假说。教师不断引导学生
2 们互相质疑直至得出结论，并让学生们检查教室里灯泡熄灭的原因及解决办法。
从上面这个例子可以看出建构主义对学习的理解。学习应该是学习者在“参与”的经验中建构的。建构主义更多地强调情境（即社会文化背景）的作用和他人（包括教师和学习伙伴）的帮助（即人际间的协作活动）。把“情景”、“协作”、“会话”和“意义建构”作为学习环境中的四大要素。
“情景”：学习环境中的情景必须有利于学生对所学内容的意义建构。建构主义学习环境的原则应该是构造真实世界的任务，提供真实世界的基于实例的学习环境，并着重于解决真实世界的方法。
“协作”与“会话”：协作发生在学习过程的始终。而会话是协作过程中的不可缺少的环节。协作学习过程也是会话过程，学生在此过程中完成学习资料的搜集与分析、假设的提出与验证、学习成果的评价直至意义的最终建构；每个学习者的思维成果为整个学习群体所共享。在此过程中，应该容许学习者在认识上的分歧和不同的观点并为之提供工具和帮助学生阐述各自观点。
“意义建构”：这是整个学习过程的最终目标。在学习过程中帮助学生建构意义就是要帮助学生对当前学习内容所反映事物的性质、规律以及该事物与其它事物之间的内在联系达到较深刻的理解。
在前面所提到的课堂教学实例中，学生正是在解决实际问题（情境）和团体的协商会话过程中完成了灯泡工作原理的知识建构。而并非在教师的灌输下完成知识的传递。
三、从多媒体技术与建构主义学习理论的结合
（1）.多媒体技术将为创建教学情境提供极佳的条件。
如前所述，建构主义学习理论强调创设真实情境，解决真实问题。而物理学又按其本身的性质提出了许多“如果…将会…”的问题，这些问题最好通过直接观察物理过程和效果来进行探索。因此在物理教学中，真实情境创设就显得极为重要了。但是物理学习的内容从宏观（如天体运行）到微观（如电子的绕核运转）、从高速（如接近光速运动物体的质量和尺度变化）到慢速（如某些放射性物质的衰变）的大量内容难以让学生实实在在的感受或参与，更谈不上让学生从“观”与“参”中去分析和建构知识了。
但多媒体技术可以通过仿真模拟等手段给学生以建构知
3 识所需的情境。随着3D、AUTHORWARE、DIRECT等多媒体软件的发展，物理课堂上的媒体已逐渐脱离了只把电脑当幻灯片用做静态展示课本搬家的阶段，开始越来越多的动态模拟或跟踪演示。尤其是对一些极大、极小的研究对象或某些极快、极慢的难以观察的物理过程进行演示。如：天体在万有引力作用下的圆周运动；导体在外电场下达到静电平衡的过程；相干波的叠加等均有对拍摄下的现象进行后期编辑或是直接模拟的演示软件。而现在有些计算机系统可以利用360度全景摄影技术所拍摄的高质量图像来生成逼真的虚拟情景。使用户真实地感受到身临其境的感觉。美国就建造了一种“虚拟物理实验室”，利用它可以直观地研究重力、惯性这类物理现象。学生可以利用它做包括万有引力定律在内的各种实验；可以控制、观察由于改变重力的大小、方向所产生的种种现象，以及对加速度的影响。这样，学生就可以获得第一手的感性材料，从而达到对物理概念和物理定律的较深刻理解。我们还可以利用该系统，转换参照物对其他物体进行不同角度的观察，使学生获得更为全面的资料。
（2）课堂多媒体软件要注意“协商”与“会话”即——交互性。
多媒体计算机具有图文并茂的、丰富多彩的人机交互方式，而且可以立即反馈，这是其他媒体所没有的。这对于教学具有重要意义，它能够有效地激发学生的学习兴趣，产生强烈的学习欲望，从而形成学习动机。这已不仅是教学的手段方法，而且成为改变传统教学模式乃至教学思想的一个重要因素。
传统的教学过程从教学内容、教学策略、教学方法、教学步骤甚至学生做的练习一切都是由教师事先安排好的，学生只能被动地参与这个过程，即处于被灌输的状态。在建构主义的课堂教学要求下，我们应考虑利用多媒体计算机的优势设计出绝佳的交互式学习环境，在这样的学习环境中学生则可以按照自己的学习基础、学习兴趣来选择自己所要学习的内容，可以选择适合自己水平的练习。即变演示性课件为交互式课件。在课件的结构上，可采用模块化结构而非线性结构，并注意增强课件的交互性，使课件流向能根据教学需要而随意调度，网页式结构设计将是首选。同时，要考虑各层次学生的接受能力和反馈情况，适当增强课件的智能化。例如：在前面的教学实例中，学生对灯泡的熄灭做出不同假设后，我们的课堂设计应该为这不同的假设提供分支选择，做出对应的下一步指导。现在有些学习软件中学生可以通过自己的操作改变其中的参数，观察参数改变后的现象，从而理
4 解、验证或推理出结论。这就很符合建构主义教学理论。
在学生与课件交互的同时要注意教学中学生之间，师生之间不应失去协商与合作。在传统教学的课堂交流之外，多媒体技术与网络通信技术的结合为“协商”、“辩论”、“会话”这类教学模式的应用提供了可不受时空和地域的限制这一理想的条件。通过网络，学生可快速的、大量的查询相关的资料；学生之间可以进行平等的讨论以加深学生对某个问题的理解；指导教师身份能够对学生的错误进行必要的指导以便使学生少走弯路。网络技术将使课堂上的协作学习更为丰富多彩，甚至将对话和协作延伸到课堂之外。如果我们在硬件设施和软件设计上注意这些特点，那必能使建构主义的协作学习环境更趋完善。
总之：多媒体技术由于能提供界面友好、形象直观的交互式学习环境(有利于学生的主动探索、主动发现)，能提供图文声并茂的多重感官综合刺激(有利于学生更多更好地获取关于客观事物规律与内在联系的知识)，能组织与管理各种教学信息和学科知识(有利于发展联想思维和建立新旧概念之间的联系)，因而对学生知识的意义建构是非常有利的，也是其它媒体或其他教学环境无法比拟的。当然，这不等于说多媒体技术能解决课堂上的一切问题。建构主义学习理论认为，意义建构要靠学生自觉、主动去完成。创设实际情境和加强协作与对话的目的都是为了帮助和促进学生的意义建构，是手段。多媒体技术则是为其实现而提供的很好的教具。恰当地使用多媒体将有助于教学情境和群体协商合作，有助于意义建构的完成。而不恰当的使用多媒体则会使学生的意义建构出现混乱。所以在探索学习多媒体技术和网络技术的同时，仍应该掌握好教育理论，以之来指导多媒体技术在课堂上的应用。
