信息技术在物理教学中的应用，已从过去单一的“计算机辅助教学”转变为当前的“信息技术与教学的整合”。这种转变的重要标志，是信息技术从单纯的媒体演示工具转变为教师教学活动的体现者和学生学习的工具。当前信息技术的发展，不仅扩展了教学的媒体，丰富了教学资源及其获取的渠道，同时也从根本上提升了学生科学探究工具的性能，从而大大拓展了学生科学探究的方法和途径。加上各种支持学生之间、师生之间交换信息和讨论的工具，信息技术应用的意义已远远超出了媒体的概念，成为教学中必不可少的要素之一。因此，信息技术与课堂教学的整合，必然会引起教学结构的转变，这种关系的转变可以用下图表示。
本章将结合高中物理新课程实施的具体例子，介绍信息技术与物理教学整合的一般途径，重点介绍多媒体课堂辅助教学及网络教学的应用。
（第一节 ）概述
当前信息技术在教育中应用的发展趋势可以概括为：多媒体化与网络化f指基于国际互联网，即Internet的教育应用），并且两者日益紧密地结合起来。在国内，教育信息化计划启动大约是从20世纪90年代中期开始的。教育部于1996年拟定了一个关于1000所学校教育手段现代化试点项目的五年计划。至今为止，这些学校基本上都已经建成了校园网，各校平均装备微机百余台，包括多媒体教室、电脑教学机房、电子阅览室等建设内容。在经济发达地区，还有许多学校从多种不同渠道获得资助，自发地提前进入教育信息化行列。当前，各学校在教育信息化方面实质性的应用，主要体现在计算机辅助教学和基于Internet的远程教学两个方面。
一、计算机辅助教学
信息技术在物理教学中最为广泛的应用之一，就是计算机辅助教学（Computer Assisted Instruction，简称CAI），它也是信息技术最早应用于教育的核心内容和技术手段。早期的cAI多以演示性的“课件”为主，授课教师是其主要用户。随着信息化技术的快速发展，网络和多媒体、超文本等技术的推广和普及，计算机辅助教学的内容和形式也越来越丰富。例如，以帮助和指导学习者自主学习、复习、交互练习为主的一类软件（Computer Assisted Learning，简称CAL），近年来由于有广大的用户需求而得到了快速发展。另外，依托于网络的远程辅助教学系统平台，基于积件思想的多媒体辅助教学软件开发编辑平台，以及把计算机技术整合到各类学科教学活动中去的一些技术和方法等，都在迅速地发展之中。广义而言，把计算机作为一种工具而应用于教学活动中，目标在于激发学生的学习兴趣和提高教学效果的，都可以称为计算机辅助教学。
1．计算机辅助教学的应用现状。
基础教育中的计算机辅助教学，目前正得到全国各级教育部门的日益重视和加快推广。就国内当前在基础教育中的应用整体而言，硬件的发展还是比较快的。一般大中城市的重点中学及发达地区的中小学，都配备有多媒体教室，有些中学甚至每间教室都装配了全套的多媒体教学设备。但教学软件的建设，无论在规模上还是质量上，都远未能满足教学的实际需要，加上教师的培训也尚未真正普及，致使计算机辅助教学还大多只是以“观摩课”的方式成为教学中的一个点缀，距离真正进入教学第一线而成为一种主要教学手段，还有不小的距离。其主要体现在以下几个方面：
（1）虽然市场上已经有一定数量的教学软件，但由于教学本身是一种个性化非常强的活动，能普遍适用于实际教学的软件并不多。因此，大多数实际使用的课件是由教师自行制作的。一般的做法是由学科老师编写稿本，由熟悉计算机技术的人员编程，开发成小型的教学软件，但这类课件往往由于学科教师不熟悉计算机操作技能而无法发挥其最佳优势。
（2）尽管部分熟悉计算机操作的教师可以自行开发课件，但开发课件需要花费很多的时间和精力，且个人开发出的课件很难具有普遍适用性，因而成为一项投入多（时间、人力、经费）、产出少的工作，使之仅仅适用于教学中的评比、检查、参观、学习一类装点门面的场合。
（3）现时多数课件的开发太过单纯地追求直观和生动，忽略了作为主体存在的学生的主动性，教学设计都是围绕如何“教”而展开，很少涉及学生如何“学”的问题，致使学生大部分处于被动接受状态，而教师也受到定型情节的课件影响，缺少了课堂教学中最为精彩的“即兴发挥”。
尽管目前计算机辅助教学的应用还存在很多实际问题有待解决，但其迅速蓬勃发展的趋势将是不可逆转的。
2．计算机辅助教学的发展趋势。
针对目前计算机辅助教学中存在的问题，提出了一种所谓“积件”的解决思路。“积件”是一种思想，它是一种关于CAI发展的系统思路，是针对课件的局限性而发展起来的一种新的教学软件开发和应用模式。积件由积件库和积件平台组成。积件库是教学资料和表达方式的集合，包括五个部分：①多媒体教学资料库；②微教学单元库；③虚拟积件资源库；④资料呈现方式库；⑤教学策略库。积件组合平台则是供教师和学生使用组合积件库并最终用于教学的软件环境。积件的设计和制作过程，对课堂教学来说，就是教师根据教学的实际需求，面对不同的教学对象，针对某一教学单元和教学目标，充分利用教学素材，结合教学策略，制作出千变万化的有效课件，从而彻底改变教学软件在设计、开发和使用上的局限性，使CAI在课堂上的运用朝着更为广阔的方向发展。
二、基于Internet的远程教学
信息技术应用于教学中的另一重要途径是远程教学。传统的远程教学大多通过Internet实现远距离教育，其实质就是以计算机网络为基础，把教学信息传给每个学员，学生通过联网的计算机来进行学习和接受信息。
1.现代远程教学的优越性。
利用Internet来进行远程教学，与传统远距离教育模式相比，具有如下优势：
（1）教与学的交互性。网络极大地增强了远距离教学中教师和学生、学生和学生之间的交互性，打破了教师和学生、学生和学生之间的相对孤立状态。这种交互性是近乎实时的，而且可以利用多种渠道实现，如电子邮件、BBS、WWW、基于网络的协作学习系统、网上在线交谈等。
（2）教与学的异步性。利用网络进行远距离教育，可全天24小时进行，每个学员都可以根据自己的实际情况来确定学习时间、内容和进度。可随时在网上下载相关学习内容或向老师和同学请教。
（3）教与学信息的开放性。网络同多媒体技术、虚拟现实技术相结合，可实现网上虚拟图书馆、虚拟实验室、虚拟课堂等，可为学生提供多层次、全方位的学习资源，更可以此引导学生由被动式学习向主动式学习转变。更为重要的是，由于远程教学网络的系统结构是一个开放性的结构，而且对信息资源具有分布处理的能力，从而使得学习者可根据不同的学习目的，重组学习内容和学习策略，体现出良好的自我适应性和自主学习性。
（4）学习评价的及时性。在传统的远距离教育中，对学生进行评价是件非常困难的事，要耗费大量的人力和物力，而学习过程中的形成性评价是提高学习效率的有效途径。通过网络上的电子题库和自动评价系统，可使学生及时得到有关自己学习过程的反馈及有针对性的诊断，使得学生能够及时调整自己的学习。
利用Internet进行远距离教育的上述优势，克服了传统远距离教育的局限性。它将形成一种主动的、协作的、开放的学习模式，并充分考虑双向教学环境，采取有提问、有反馈、有交流的教学方法，既保留了传统电教中的生动形象性和不受时间空间限制等优点，又具有相互访问、双向交流、学习资源和学习内容广泛等优良特性。它可以适用于学校教育、成人教育、继续教育等各类远距离教育的需要，并必将在我国和世界范围内的远距离教育领域产生越来越重要的影响。
2．国内基础教育的现代远程教学现状。
经过近几年来的努力，我国在网络基础设施的建设方面已取得较大进展。目前，国内已建成四大网络，即邮电部的中国网（CHINANET）、中科院的中国科技网、国家教育部的教育科研网（CERNET）和信息产业部的金桥网。其中教育科研网通过国家计委在1994年至1997年期间的投资，它的主干网已经建成，目前正在进行二期工程的扩建，一个由主干网到地区网到校园网组成的全国性网络系统正在形成。至于其余三大网络系统的建设也与此类似。这就为我国开展基于Internet的教育应用创造了必要的前提与条件。在软件建设方面，目前正在进行的网上辅助教学的应用开发包括以下几方面的内容：
（1）建立CAI软件库，以适合各级各类学校不同年级、不同学科的课堂教学的需要或个别化学习的需要。
（2）建立教学资源库，为各级各类学校的教师提供丰富的备课用参考资料（包括各种史料、教参、特级教师的优秀教案和优秀课例的分析等）。
（3）建立电子图书馆，包括在某些校园网上建立CD服务器，采用光盘阵列储存与教育有关的视听材料及重要的图书资料，以及将一些电子化图书馆联入网络，从而组成一个庞大的网上电子图书馆。实现一种全新的图书资料检索模式。
（4）建立虚拟学校，即由不同学校、不同地区的一些优秀教师和教学设计专家组成教研组，负责课程规划与课件脚本的设计，再由软件编程专家负责把脚本制作成高质量的网上教学课件，然后实施网上教学，由来自不同地区的学生组成。
教学整台虚拟班集体，这样就可以形成一所或多所虚拟学校，从而实现某个地区乃至全国范围的远程教学。
目前，国内面向中小学的各种刚上学校也已有好几百所，不过真正能在教育界产生影响的还为数不多。造成网上学校温而不火的原因是多方面的，包括现行教育体制与教育观念的制约，办学者经济实力与办学宗旨的局限，以及国内教育软件开发水平、网络带宽、传输速度和使用成本等各种因素的制约。但最重要的原因是，网上学校要有适合网络时代和教学规律的办学模式和运营模式。目前，不少网上学校基本上没能摆脱教案加题库的教学模式，在很大程度上还是照搬普通中小学的办学模式，缺少网络教育自身的特色。如何才能形成真正意义上的网络学校，仍是有待未来探索和发展的问题。
三、信息技术应用于教学的发展趋势
信息技术在各行各业中的应用，其实都是与其技术本身的发展密切相关的，对于教育而言亦不例外。未来信息技术在教育领域中的应用将主要朝着以下四个方面发展：
1．多媒体技术与网络通信技术的结合。
1995年末，美国suN公司在Internet上推出了“WWW浏览器Hot Java”，这是SUN公司用Java语言开发的一种全新的可动态执行的浏览器。其突出特点是可向用户提供超文本格式的图形、图像、语音、动画与卡通等多种媒体信息，并能把静态文档转变成可动态执行的代码，这无异于赋给用户一种远程交互的功能。这样一种交互功能，对于教育应用（尤其是远距离教育应用）具有特别重要的意义。可以说，Hot Java的出现不仅是Internet浏览器的重大革新，也为多媒体技术与网络通信技术的结合找到了最理想的结合点，从而也使得基于Internet的多媒体教育应用日益发展起来。目前，不仅西方发达国家在大力开发基于Internet的多媒体教育应用，台湾、香港等地区也在这方面投入相当多的人力和物力（当前台湾教育技术界的主要力量差不多都已投向这一研究领域）。这是多媒体教育应用中一个十分值得重视的新趋势。
2.多媒体技术与仿真技术的结合。
多媒体计算机和仿真技术结合可以产生一种强烈的幻觉，使得置身其中的人全身心地投入到当前的虚拟现实世界中，并对其真实性丝毫不产生怀疑，通常这种技术被称为“虚拟现实”（Virtual Reality，简称VR）。换句话说，虚拟现实是由多媒体技术与仿真技术相结合而生成的一种交互式人工世界，在这个人工世界中可以创造一种身临其境的完全真实的感觉。vR技术在物理教育中应用的一个例子是创建一种虚拟的物理实验室。休斯敦大学和美国国家航空和宇航局（NASA）约翰逊空间中心的研究人员建造了一种被称为“虚拟物理实验室”的系统，利用该系统可以直观地研究重力、惯性这类物理现象。使用该系统的学生可以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（直接经验），从而达到对物理概念和物理定律的较深刻理解。
未来的VR技术将有可能走出高级研究院与大学的“象牙之塔”，以优质价廉的全新面貌逐步普及到各个教育领域，甚至进入中小学课堂。
3．多媒体技术与人工智能技术的结合。
智能辅助教学系统由于具有“教学决策”模块（相当于推理机）、“学生模型”模块（用于记录学生的认知结构和认知能力）和“自然语言接口”，因而具有能与人类优秀教师相媲美的功能，包括：①了解每个学生的学习能力、认知特点和当前知识水平。根据学生的不同特点选择最适当的教学内容和教学方法，并可对学生进行有针对性的个别指导。②允许学生用自然语言与“计算机导师”进行人机对话（由于机器理解自然语言问题尚未解决，目前绝大多数智能教学系统还难以做到这点）。③以指导教师身份对学生的错误进行必要的指导，使学生少走弯路。此外，多媒体技术与人工智能（AI）技术的结合，还可体现在设法使多媒体知识库中的导航机构实现智能化。例如，根据学生当前的知识基础与水平，向学生建议一条或几条最适合该学生继续浏览或查询的路径。另外，在浏览过程中，当学生遇到困难时，该浏览器还能起“智能代理”（Intelligent agent）的作用，对学生进行帮助。
4．多媒体技术与建构主义学习理论的结合。
