信息技术与数学教学整合的双主教学模式研究
林君芬、余胜泉 北京师范大学现代教育技术所 电子邮件:linjunfen@hotmail.com, ljf@mail.bnu.edu.cn 【摘
要】本文论述了信息技术与数学教学整合的教学模式研究的现状及其重要性,分析了构建信息技术与数学教学整合的教学模式的原则,并探讨了在主导——主体教学理论的指导下构建的5种概念、规律和几何整合教学模式的目标、操作程序、适用条件以及评价方法。 【关键词】信息技术
数学教学 整合
双主 教学模式 Abstract: Based
on the survey of the present research on the integration of information
technology and mathematics teaching, we realized the importance of the
study on the information-technology-integrated teaching models. The paper
discusses the rules for creating such teaching models and the objects,
processes, conditions and evaluation of five models developed under the
guidance of the student-centered teaching theory. Keywords: Information
technology, mathematics learning, integration, student-centered, teaching
model 一、引言
现代教育技术广泛应用于教育领域,不仅从手段上,而且从观念上、教学模式上都引起教学的深层次变革,信息技术与课程整合成了教学改革的一个突破口。然而,目前信息技术在中小学理科教学的应用水平仍然非常低,大多是作为教学内容的展示工具。中小学理科教师对于如何将信息技术与理科教学整合感到非常困惑,他们心中也产生了许多问题,如“什么时候用信息技术比较合适?怎么用?”、“怎么做才能体现‘主导——主体’教学思想?”、“怎么做才算是信息技术与课程整合?”,要回答这些问题,除了让中小学教师掌握先进的教育教学理论、信息技术以外,更为重要的是进行基于信息技术与课程整合思想的教学模式的研究,为中小学教师的教学实践提供一个可参考的范式。教学模式是在一定的教育思想、教学理论和学习理论指导下的,为完成特定的教学目标和内容而形成的比较稳定且简明的教学结构理论框架及其具体可操作的教学活动方式。教学模式是教学理论与教学实践的桥梁,既是教学理论的应用,对教学实践起直接指导作用,又是教学实践的理论化、简约化概括,可以丰富和发展教学理论。研究“主导——主体”教学思想指导下信息技术与理科教学整合的教学模式,为中小学教师提供一些可用于指导教学实践并借以改造的教学模式,对于推进信息技术与课程整合就显得非常重要而迫切。 二、信息技术与数学教学整合的教学模式研究现状有关信息技术与学科教学整合的教学模式方面的研究,语文学科走在其它学科的前面。由北京师范大学现代教育技术研究所主持的全国学科“四结合”(前身为全国语文“四结合”)课题组和试验学校的教师们结合长达7年之久的教学改革试验项目的实践,提出了几十种信息技术与语文教学整合的教学模式[1]。而信息技术与数学教学整合相关的研究,基本上形成三足鼎立的局面:一是数学教学模式的研究,二是信息技术与课程整合模式的研究,三是计算机应用于数学教学的作用和方式的研究。关于信息技术与数学教学整合模式的研究却很少,有的也只是零星的、个别的,以至于有了近百种的数学教学模式和整合模式,数学教师对于如何进行信息技术与数学教学整合仍是心中无底。 自从20世纪70年代美国的乔伊斯和韦尔等开创性地提出将教学模式作为教学研究领域的一个独立研究方向以来,教学模式的研究一直是教学研究领域一个重要的课题。数学教学模式的研究近些年来呈现欣欣向荣的景象。贝尔在其著作《中学数学的教与学》[2]中提出先行组织者、发现法、证明定理、解决问题、利用计算机等许多数学教学模式。由冯克诚、田晓娜主编的《最新教学模式全书》[3]中也提出了数十种数学教学模式,还有《数学教育学报》、《中学数学教学参考》《教法与学法》、《数学通报》等期刊上名目繁多的数学教学模式,真可谓是百家争鸣、百花齐放。研究数学教学模式的学者和教师从数学学科教学的视角研究教学模式,对数学教学实践具有较好的指导作用,然而以计算机为核心的信息技术在这些教学模式中最多只是起一种教学手段或教学媒体的作用,贝尔提到的利用计算机教学也仅仅是众多教学模式中的一种,对于当前如何有效地将信息技术与数学教学全面整合起来的问题缺乏直接的指导作用。 近年来,信息技术与课程整合模式的研究引起了教育技术界的重视,提出了不少信息技术与课程整合的模式,如何克抗教授提出的5类网络教学模式[4],祝智庭教授总结归纳的23种信息化教学模式[5],李克东教授提出的4种数字化学习模式[6]。这些信息化教学模式对于信息技术与数学教学整合有很好的借鉴作用,但由于其学科的普适性而缺乏数学教学的针对性。 计算机应用于数学教学前期研究的重点在于如何充分发挥计算机辅助教学的工具,近些年来则更加关注计算机认知工具的作用,尤其是校园网、互联网在中小学的广泛普及以及“几何画板”、“mathcad”、“mathematica”、“Excel”等软件的引入与使用,许多数学教学研究人员和数学教师对于将信息技术与数学教学整合进行了有益的探索,并取得了一定的效果,其中运用“几何画板”革新数理化教学(特别是数学教学)的试验研究项目取得了尤为显著的影响和效果,如运用“几何画板”讲授抽象的数学概念、做数学实验都取得了较好的效果。但是这些计算机应用于数学教学的研究大多停留在计算机作用的描述、教学经验描述的层面上,没有对这些经验进行理论化、抽象化、模式化的概括,不利于其他教师的借鉴和运用。 三、构建信息技术与数学教学整合的双主教学模式的原则教学模式是教学过程的简约化描述,但教学程序却不等于教学模式。教学模式的构建虽然具有一定的主观性,受到构建者对教学规律和原理的理解和具体的教学实践的影响,但是必须在教育教学理论的指导下,符合教学规律,为实现教学目标服务,也就是说我们构建信息技术与数学教学整合的双主教学模式也要遵循一定的原则。 1.基于主导——主体教学理论的原则教学模式与教学思想、教育教学理论有天然的联系,没有一定理论的指导,教学模式就没有了灵魂。一个完整的教学模式应该包含主题、目标、条件(或称手段)、程序和评价五个要素[7]。主题即教学模式所依据的教学思想或理论,对教学活动作出理论的解释,规定了教学模式的本质,还渗透、影响其它四个要素。如奥苏贝尔的“习得——保持——再现”讲授式教学模式,从教学程序上看与凯洛夫等的讲授式教学模式没有明显的区别,然而正是由于其有意义学习的教学理论基础,使得它与传统的教学模式有着质的不同。影响教学模式的理论基础有现代的教育思想、学习理论、教学理论等。现代教育思想的指导从根本上把握了教学模式培养人的最终目标;学习理论解释学习的内在机制,要求教学符合学生的认知规律,学习是有意义的学习;教学理论是用于指导教学操作程序和方法的系统理论,直接指导教学模式的形成。 “主导——主体”教学理论是构建信息技术与数学教学整合教学模式最主要的理论依据,“主导——主体”教学理论取建构主义学与教理论和奥苏贝尔等以“教为中心”的学与教理论之长,避两者之短,认为在教学的展开进程中,要充分尊重学生的学习主体地位,让学生对教学内容进行自主学习、自主思考,教师则在教学过程中起学习内容的选择、学习过程的组织、帮助和指导等主导性作用,使学与教有机的统一起来,体现了以人的全面发展为最终目标的教育思想。 2.体现数学教学特点的原则为数学教学服务所构建的信息技术与数学教学整合的教学模式不可避免地受到数学的特征、数学教学的特点、原则以及数学教学改革的趋势和方向的影响。数学既是基础性学科又是工具性学科,因此数学教学既要重视基本知识、基本概念、数学思维方法的教学,又要重视数学知识的实际应用教学,重视学生实际问题解决能力的培养。针对现在数学只能为越来越少的人所掌握以及学了数学没有用处的情况,国际数学教育界提出“大众数学”、“人人都要学会的数学”的口号,美国数学教师协会(NCTM)
在1989年3月制定的有史以来第一个国家统一的《学校数学课程与评价标准》中提出的全美学校数学教学目标:“为估价数学而学习,为数学推理而学习,为数学交流而学习,对于自己从事数学活动的能力有信心,成为数学问题的解决者”[8]。我国新的数学课程标准也提出“通过义务教育阶段的数学学习,学生能够:获得适应未来社会生活和进一步发展所必需的重要数学知识(包括数学事实、数学活动经验)以及基本的数学思想方法和必要的应用技能;初步学会运用数学的思维方式去观察、分析现实社会,去解决日常生活中和其他学科学习中的问题,增强应用数学的意识;体会数学与自然及人类社会的密切联系,了解数学的价值,增进对数学的理解和学好数学的信心;具有初步的创新精神和实践能力,在情感态度和一般能力方面都能得到充分发展”[9]
。这些数学教学目标为现代数学教学提供了如下启示[10]: 基于“做”(hand-on)的教学——学习抽象的数学概念之前,让学生做数学实验、动手操作实物或模型,培养数学的意识,强调培养学生动手的能力; 基于思维(mind-on)的教学——关注核心概念、有判断力的思维方法和能力的教学,以使学生重构并形成自己的数学概念和关系,强调思维的培养。 基于事实(reality-on)的教学——使学生学会探索、发现、讨论和有意义建构用于解决现实问题的数学概念和关系,培养学生用数学的方法来解决问题的能力。 3.基于信息技术与课程整合思想的原则信息技术与课程整合是指在课程教学过程中把信息技术、信息资源、信息方法、人力资源和课程内容有机结合,共同完成课程教学任务的一种新型的教学方式[11]。信息技术与课程整合不是一朝一夕的事,而是经过许多中间过程的,最终将信息技术作为辅助学习的高级认知工具,并带动教育的全面改革。北京师范大学的马宁等根据信息技术与课程整合的不同程度和深度,可以将整合的进程大略分为三个阶段:封闭式的、以知识为中心的课程整合阶段,信息技术作为演示、交流和个别辅导的工具;开放式的、以资源为中心的课程整合阶段,信息技术作为资源环境、信息加工工具、协作工具和研发工具;全方位的课程整合阶段,信息技术与课程整合引起了课程内容、教学目标和教学组织架构的全面变革[12]。构建基于课程整合的数学教学模式要充分利用教育技术的优秀成果,并根据教学内容的特点选择适当的整合方式,强调将信息技术认知工具的作用,加强整合的深度,而不是仅仅将信息技术作为演示的工具。 4.最优化教学效果的原则教学模式是教学理论在教学实践中的运用和具体化,来自于教学实践。教学实践是教学模式的基石,教学模式必须用于教学实践才有其存在的必要,也只有通过教学实践的检验才能不断完善。因此,在研究教学模式的同时,还要将之用于实实在在的教学活动中,研究教学模式是否有利于提高数学教学的效率和效果,这是我们研究和构建模式的根本所在,也是验证模式是否有效、是否值得推广的基本途径。 四、几种信息技术与数学教学整合的双主教学模式教育研究中的一个突出问题是:“理论下不去,实践上不来”[13]。教学模式的研究是理论与实践的“中介”研究,其“中介”性质决定了教学模式的研究有演绎法和归纳法两种方法。演绎法采用实证研究的方法,“从一种思想和理论假设出发,设计一种教学模式,用实验检验证明其有效后,确立这一教学模式”[14]。归纳法是在大量教学实践基础上总结、概括形成教学模式。随着教学理论和教育科学研究方法的发展和变革,尤其是现在对教师教育科研能力的重视以及运动研究方法再度受到关注,教学模式的研究更强调运用演绎法和归纳法相结合的方法。 我们运用演绎法和归纳法结合的方法就数学的概念、规律、几何教学构建了5种信息技术环境下的双主教学模式,下面就对这5种模式的操作程序、适用条件、评价等进行阐述。 1.概念的归纳——获得教学模式“概念的归纳——获得教学模式”是在参考乔伊斯(B.Joyce)和韦尔(M.Well)的“概念获得模式”[15]和塔巴(Hilda Taba)的“概念发展教学模式”[16]的基础上提出的,其目标是让学生形成正确的概念、了解概念的含义以及通过参与和反思概念化的过程,提高分析和概括的思维能力。概念的归纳——获得教学模式包括七个步骤:
图1
概念的归纳——获得教学模式 (1)情景导入,明确教学目的 (2)呈现例子,分类归纳 (3)提出概念假设 当学生把所有的属性都罗列出来后,要求学生给这组例子取一个名称,思考如何用这些属性来表述这个名称,此时教师不要对任何学生的观点进行评价,要鼓励他们多思考、多说。 (4)呈现例子,检验假设 (5)概括总结,形成概念 (6)应用概念,巩固理解 (7)反思概念化过程 在上述过程中信息技术的作用以及教师和学生在过程中的活动可用下表来概括。
表1 概念的归纳——获得教学模式中信息技术的作用和师生活动
这种教学模式适合于讲授那些具有明确属性的概念,如有(无)理数、方程、等式等,也可以用于教授代数运算法则,如合并多项式、合并同类项等,对信息技术的要求不高,有大屏幕投影设备和一台计算机的教室基本满足教学条件(讨论口头进行,分类、提出假设可用纸代替),但是在教学前,教师必须选择准备好肯定性和否定性例子以及一些复杂的、似是而非的例子。教学的效果可以用判断、举例的方法来评价学生是否已理解、获得了该概念。 2.规律的应用——探究教学模式学习规律的目的是为了应用规律,此模式的目标是使学生通过应用概念和规律加深对概念和规律的理解,培养数学方法的应用能力和实际问题的解决能力,包括六个阶段:
图2
规律的应用——探究教学模式 (1)情景导入,明确问题 (2)分析问题,明确应用的概念或规律 (3)分组讨论,提出假设 (4)共享方案,评价筛选 (5)计算证明,验证假设 (6)汇报总结,反思 模式中信息技术的作用以及教师与学生的可能见下表。 表2 规律的应用——探究教学模式中信息技术的作用和师生活动
此模式适用于与生活有关的计算公式、规则的复杂应用教学,如相遇问题、解方程问题等,对信息技术的理想要求是具有多媒体投影设备、网络环境、计算器、几何画板等数学探索工具等,要求教师和学生熟练使用Word、计算机、几何画板、网络交流讨论工具等。如果不具备网络教学环境,则学生的交流讨论可以口头进行。教学效果可以用解决类似问题来进行评价。 3.几何概念、规律的“数学实验”教学模式运用几何画板的“几何概念、定理的数学实验教学模式”的目标是通过“做”的教学,让学生正确理解几何中的概念、规律,了解概念、规律的形成原理,培养发现问题、转换问题的能力,培养用数学模型来解决问题的能力。该模式的步骤如下:
图3
几何概念、规律的数学实验教学模式 (1)情景导入,明确目的 (2)做“数学实验”,自主探索 (3)讨论总结,形成概念/提出规律 (5)反思 下表说明了信息技术在此模式中的作用以及模式程序中教师和学生的活动。 表3
几何概念、规律的数学实验教学模式中信息技术的作用与师生活动
这种模式适用于抽象的几何概念、几何定理、复杂概念的研究和利用几何知识解决问题教学,如轴对称概念、多边形的内角之和、离心率概念、复杂曲线的形成、空间几何等,也可以用于物理、化学的教学中。要求师生都熟练使用几何画板和Word、记事本等记录工具,可用需要转换的复杂问题来评价教学效果。 4.基于Internet的数学计算应用——合作探索教学模式现代数学教学强调数学与现实生活的联系,要求数学教学要从身边的生活问题出发、用于解决生活中的实际问题,Internet提供的丰富资源又为此提供了更广阔的空间。“基于Internet的数学计算应用——合作探索教学模式”就是为实现使学生将学到的数学计算知识用于解决生活问题、从而培养其联系实际、解决问题能力的目标而设计的,其步聚包括七个环节:
图4
基于Internet的数学计算应用——合作探索教学模式 (1)情景导入,提出问题 (2)分析问题,明确方向 (3)小组学习,查找信息 (4)交流协作,解难释疑 (5)计算数据,问题解决 (6)成果汇报,讨论评价 (7)反思 模式中信息技术的作用及教师与学生的活动如下表所示。 表4
基于Internet的数学计算应用——合作探索教学模式中信息技术的作用及师生活动
这种模式适用于一些与日常生活有关的计算知识的教学,如行程问题、利息问题等。运用此模式进行教学的前提是具备并师生熟练使用Internet教学环境、Excel等电子表格工具、Word等文字处理工具软件。教学效果的评价可延续到课后进行,可让学生写学习体会、学生互评协作意识与协作能力。 5.基于Internet的综合性应用问题的合作研究学习模式这是一种多学科、多纬度的综合性教学模式,将知识、计算、规律的学习与解决实际问题等目标综合在一起。应用这种模式的教学一般不能在一节课中完成,根据项目的难易程度确定所需的时间。此模式的实施分为八个阶段:
图5
基于Internet的综合性应用问题的合作研究学习模式 (1)设置问题情境,提出问题 (2)分析问题,明确评价方法 (3)组织小组,确定研究计划 (4)自主探索,学习概念,查找信息 (5)交流协作,完成数据表 (6)计算数据,提出假设 (7)讨论假设,问题解决 (8)汇报,评价,反思 在这个模式中,信息技术的作用以及教师和学生的可能活动见下表。 表5
基于Internet的综合性应用问题的合作研究学习模式中信息技术的作用及师生活动
此模式适用于研究一些用数学知识解决社会性问题,如分期付款问题、投资回报问题、彩票问题等等,模式的运用要求在Internet教学环境中,师生熟练使用浏览器、搜索引擎、Excel等表格工具、Word等文字处理工具、PowerPoint等演示工具,学生具备一定的协作技巧和进行口头、书面汇报的能力。教学效果的评价可以从问题解决、汇报、协作等方面进行。 以上是我们在这个领域所作的一点探索,所提的模式并不能包含所有内容的教学,还有许多内容的模式尚待研究,相信随着信息技术与数学教学整合研究的深入,这些模式会得到不断的修正、完善,更多的模式也会出现。 参考文献
[1] 何克抗、李克东主编,信息技术与语文教学改革全国经验交流会论文集,内部资料,1997年~2001年 [2] [美]贝尔,中学数学的教与学,许振声等译,北京,教育科学出版社,1990.8 [3] 冯克诚、田晓娜,最新教学模式全书(上卷),国际文化出版公司,1997.8. [4] 何克抗,网络教学结构与网络教学模式探讨,教育技术通讯(10) [5] 祝智庭主编,现代教育技术——走进信息化教育,高等教育出版社,2000.9 [6][11] 李克东,数字化学习——信息技术与课程整合的核心,电化教育研究,2001(8)(9)
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