图形计算器在开展研究性学习中的作用

图形计算器在开展研究性学习中的作用上海市市西中学王纪华摘要：图形计算器的使用已经逐步开始涉及到了教学的各个方面，图形技术的引入已经对我们的教学提出了更高的要求。对于教师而言如何正确面对图形技术；如何正确使用图形技术；如何与技术的发展同步改进我们的教学形式是一个非常值得探讨的课题。本文主要是针对图形计算器在研究性学习中的作用做一些阐述，主要是从为什么要用图形计算器开展研究性学习；如何组织用图形计算器开展研究性学习；作者对使用图形计算器开展研究性学习的认识和作者在实践中已经取得的研究性学习的成果几方面来探讨这个问题。关键词：图形计算器、图形技术、研究性学习、网络学习、TI图形计算器、TI技术在论述图形计算器在研究性学习中作用之前，先对研究性学习的含义做一个简短的阐述。在各种报刊杂志上对研究性课程和研究性学习都有详尽的阐述，而这些阐述有一个共同的特点，就是通过选择一个课题，让学生独立自主地开展研究，从而在研究过程中培养学生的创新精神和创造能力。而我论述的图形计算器相关的研究性学习和常规的研究性学习有相似点也有一些明显的不同点，我用表格的形式来说明这些区别。我在自己的学校中使用图形计算器作为研究工具和手段，开展了几年的研究性学习的指导工作，从而对于怎样开展研究性学习有了一定认识。一、为什么选用图形计算器开展研究性学习开展研究性学习可以有多种方式，有材料研究，有实验研究。材料研究有一个收集资料、整理资料、从资料中提取研究所需要的部分的过程。这个过程相对比较烦琐，对于学生来说虽然易于实现，但是也会让学生造成研究就是从其他的文章中找一些内容拼凑在一起而已。这样就丧失了研究的意义，也不能体会到研究的乐趣。而实验研究是一个非常有趣的过程，学生需要自己动手去实现自己的实验目的。而这些过程又不是事先就准备好的，需要学生自己来完成，这样得到的研究结果学生就比较珍惜，对于研究的过程也非常清楚，在脑海中的印象也比较深。正是由于我对实验研究有比较大的兴趣，所以我就在寻找一个比较能符合实验研究要求的载体。当我接触到了TI图形计算器以后我坚信它能在我的研究性学习中起到很大的作用。图形计算器和相关的图形技术给学生的研究性学习提供了良好的手段，使他们的研究能真正倾向于研究内容的本身，同时对于技术的研究也是促使他们达到和技术共同学习、进步的目的。对培养他们的动手能力和创新精神又很大的帮助。图形技术的有一些隐含的优势使开展研究性学习有了保障。国内资料的不完备促使学生只能凭借自己的能力去研究学习，这是非常重要的，只有自己得到的印象才深刻，才能彻底让他们投入到对技术本身的学习中去。我曾经在开展研究性活动的开始就明确告知学生，不用抱什么幻想，在中国现在的有关资料还非常少，几乎不可能找到我没有浏览过的内容，换而言之，没有可以现成抄袭的。这样就在思想上断绝了学生偷懒的念头，而全身心地投入研究中去。图形技术的扩展性非常强使学习和研究的过程十分有乐趣。在图形技术的支持下，学生可以在物理、化学、生物和数学方面有很大的发挥余地，根本没有什么束缚。学生可以选择一些数形转换的课题进行研究，从实际的数学题目中磨练他们的数形转换能力，使得他们体会到图形技术不仅能帮助他们研究，而且在平时的学习中也能发挥作用。这样参加研究的学生就从心理上对图形技术产生了一些好感。又由于他们拥有别的同学所没有的技术优势，而在班级中形成了他们独有的心理优势。他们会觉得我能将技术掌握好是非常了不起的一件事。同时研究小组的成员之间也会有一定的比较，今天他对技术的运用超过了我，那我一定要将他的这个技巧学过来。其实在潜移默化中促使了他们主动学习的劲头，这不正是我们很多老师非常想营造的氛围吗？我将这种情况称为“润物细无声”。由于图形计算器的技术含量非常高，这就给研究性学习提供了便捷。图形技术的相比其他设备有相当的技术优势。以下就TI-83Plus图形计算器和普通计算器和电脑之间的一些技术参数进行比较：由于有了各种层面上的优势，使得我们的研究性活动开展没有了障碍。学生也可以从研究性学习中得到很多，即便是研究失败了，图形技术的熟练使用也是他们的一个收获。二、使用图形计算器开展研究性学习的教学步骤1.准备阶段不论是什么学习，老师的指导作用是始终起了重要的作用。在开展使用图形计算器开展研究性学习以前，作为指导教师都要对相关的实验设备有非常详尽的了解，将其中的功能都熟练掌握，并理解其中涉及到的相关知识。将要开展的研究课题做一个评估，确认有实施的可能性比较强后才给出。对研究中可能遇到的问题需要有一个预测，并设想一个解决的方法。准备好原有已经积累下来的相关资料，包括书面的、电子稿的和其他媒体形式的，让所有的研究成员在需要查阅的时候有了参考。2.基础知识培训阶段由于和其他的研究性学习不同，我们的研究是依靠图形技术展开的。学习究竟怎样使用图形技术就是这个研究过程中一个非常重要的环节。而采取什么形式来完成图形技术的初期培训是一个非常值得探讨的问题。我所尝试过的方法有很多，它们各有利弊。滚动培训：参加培训的学生人数非常多，基本上有40人左右，通过滚动的方式培训约300人次，这样在其中总会有一定百分比的学生体会到了图形技术的优点，从而产生兴趣。但是这种培训的方式的缺点显而易见，效率太低，技术含量不可能很高。这种方式也不符合研究性学习中对人数的要求，无法展开小组学习。网络学习：这种方法是在滚动培训后针对人数无法降低的情况下采用的一种新的教学方法。操作的方法是制作一个学习的网页，将有关的学习资料通过网页的形式让学生来浏览。这种方法的优点非常明显：能大大提高大批量人群的学习效率，因为教师不需要将内容重复多次，学习者只要反复浏览网页并重复操作多次就可以了。但是这种方法也有缺点：当所有的学习者已经掌握了技术后它对学生的延伸学习就没有了帮助，因为网页已经做好，更改很复杂，教师无法作到不断更新。不过作为初期培训已经达到了培训的目的。集训模式：这是针对各种竞赛最普通的方法。挑选几个对图形技术非常有兴趣而且能力非常强的学生作为学员，在很短的时间内将相关的技术全部讲授给他们，让他们在短期内达到非常高的水平。然后放手让他们自己去研究技术，去扩展他们的技术。在一段时间后他们可以作为组长，对参加研究性学习的同学进行有针对的培训。以上的三种方法我个人比较倾向集训模式，它可以最大限度地节约时间，提高研究小组的技术水平。但是我也发现如果这种方式和网络学习能结合起来的话，就能发挥更大的作用，在网络中将每个人的心得和体会做一个详尽的交流将会给学习带来很大的帮助。3.课题研究阶段课题的制定和初步实施方案的拟订：在所有学生已经熟悉TI设备基本操作的前提下指导教师将给出一些事先准备好的研究课题。学生在给出课题的基础上进行讨论，并初步确定自己的研究方向，并制定初步的实施方案。方案不求完整，只是确立研究的总体方向。论证方案的可行性并进行修改：在各组确立研究方向之后，进行几次集中讨论。各组向全体课题组成员阐述自己的研究方案，并做简单的演示。由其他组的成员提出质疑及修改意见，指导老师作也做补充，并完善方案。按课题分组实施，进行研究：各组按日程计划进行实验，作好实验记录，并作数据处理，其间将有相当多的修正方案。有多组实验需要构建实验平台。平台的建立需要学生自己动手，其间考验他们的动手能力，观察能力，分析能力，涉及到杠杆、功率、摩擦力，电路等各种物理知识。实验本身可以说是一次物理综合能力的体现。对实验数据进行分析、研究并寻找科学规律：其后的数据处理需要用到统计、回归、离散作图等各种数学知识，对学生的综合理科能力也是一个考验。有些小组是对一些科学定律进行验证，在整个验证过程中似乎经历了一次科学家当年的探索过程。交流实验的结果，并提出改进方案：在实验结束后重新集中，将各自的课题成果进行大组展示，其他组的学生可以对课题成果再质疑并提出建议。通过讨论完善实验和方案，确立新的补充实验方案。重新进行补充实验过程：补充进行修正的方案，使实验更加完善。同时也要进行数据的处理和结论的小结。拓展新的研究方向：每个课题都不可能做到近乎完美，在实验进行中还有一些值得讨论和研究的问题存在。学生将这些内容归纳总结，作为新的研究方向留给下一批的学生。完成研究报告并进行答辩：当所有的实验都完成后，开始进行资料的汇总、整理，完成结题报告。在大组重新进行展示。畅谈研究中的酸甜苦辣，品味研究的艰辛。4.结束阶段对于学生参加的研究性学习可能已经结束了，但是我作为指导教师需要做大量的汇总工作。汇总的内容包括几个方面：学生的研究论文的汇总，特别有价值的作为案例需要整理归类。学生实验平台的留档是一个非常重要的细节。有的研究小组花费了大量的时间搭建了一个实验平台，这个平台可能对实验起到了相当大的帮助也可能是一个失败的作品。不管是成功的还是失败的都要拍摄整理。在整个指导过程中一定有一些从学生的研究中我自己得到的启发，将这些内容化为文字保留下来，成为改进研究性学习的一个重要的资料。三、用图形计算器开展研究性学习的认识由于使用图形计算器开展研究性学习是一个比较新的方向，以前也没有什么先例可以参照，所以我在一开始也遇到了一些困惑。随着时间的推移，我也对图形计算器有了更新的认识。困惑一：如何切入主题，让学生能喜欢上图形计算器？当初我刚开始和学生介绍图形计算器的时候由于专业的关系，我非常急于将实验的做法灌输给学生，但是学生虽然学会了实验的过程，但是他们没有理解为什么要这样做。以至于没有起到应有的作用，没有能激起他们的兴趣。用我们老师的话说就是，他们仅仅是记住了操作的步骤，但是没有理解，机械的记忆不能让他们有更大的发挥余地。现在我已经先从数学的函数图形功能着手切入。比如我让他们输入y=sin(x)，在按下作图键后就直接动态地将正弦图像绘制到了屏幕上。通过不同的作图方式还可以用不同的形式来做画同一个函数。图形计算器还可以求两个函数的交点，并显示交点坐标。这些都是他们非常感兴趣的。通过这些简单的实例，学生的兴趣一下子就提起来了，对图形计算器有了亲和力。这样就有助我开展研究性学习中更深入的部分。困惑二：图形计算器怎样发挥它的技术优势，在学习中起到不可替代的作用？图形技术作为一种新兴的技术，如何正确地在课堂上使用是一个非常重要的问题。如果单纯地用它作图可能就有一些唐突，因为很多的功能都能通过纸笔快速解决得，如果在不太合适得时候去使用反而会有一些生硬得感觉。我提倡图形技术的使用应该倡导“润物细无声”的方式来进行，这种方式有两种表现形式：做传统方法根本无法解决的问题，而用图形技术能非常迅捷地展示结果。比如传统的牛顿第二定律是一个非常难演示的实验，由于传统实验所用斜面的系统问题，会出现各种需要讨论的细节，而这些细节却是因为实验设计的不完全合理而出现的。如果有了图形技术，我们可以完全用其他的方式来替代原先的系统。我设计的用力传感器和加速度传感器配合大质量的砝码和弹簧就解决了问题，得到的结果非常准确，通过简单的数据处理将牛顿第二定律的关系式表现地非常清楚。由于实验的操作非常简便，所以学生也可以亲自体验并得到满意的结果。这些课堂上的变化正是由图形技术带来的。在该使用计算器的时候用计算器，让学生能在心理上接受它的存在。比如我们在做加减乘除的时候都会不自觉地用计算器，我们要达到的也正是这个效果。在学生猜测某个问题的时候会用图形计算器来看究竟结果是什么。我们的老师经常会让学生猜想某个物理追逐问题有什么结果，这种问题用图形计算器来研究就非常恰当了。在课堂上都能由那么大的变化，那么在研究性学习种能发挥的作用就更大了，因为在研究性学习种没有书本的束缚，可以自由发挥，充分调动学生的积极性。前面介绍的牛顿第二定律验证实验就是诞生于我的研究性学习小组的研究结果中。困惑三：怎样用比较好的心态去看待图形技术对原有教学模式的冲击？从技术普及的角度来看，目前图形计算器的一个障碍是来自于教育的本身，可以说是教师方面的压力比较大。很多教师都认为这个图形技术取代了现在传统教学中需要教师引导，需要学生自己去发现的内容。最简单的例子就是函数的作图功能，教师会有一个想法，学生都用图形计算器作图，那他们自