信息技术在中学数学教学中的作用

信息技术在中学数学教学中的作用

摘 要：在信息技术的应用中，采用深入数学学科内部的数学专业软件，创设直观化的数学学习情境，开展数学实验，促进学生数学知识体系建构，深化教学形式变革，合理运用网络信息资源，优化教学设计，使信息技术优势在中学数学教学中充分发挥，我们才有可能获得理想的教学效果。

关键词：信息技术；数学教学；应用策略

从计算机辅助教学开始，信息技术在我国教育领域中的应用已经有近20年的历史。在中学，数学教学是应用信息技术较早的学科之一。但随着时间的推移，信息技术并没有给中学数学教学带来理想的效果。从世界范围来看，这样的问题也普遍存在。虽然各个国家在教育中不断加大信息技术方面的投入，但是获得的效果并不能令人满意，学生的成绩没能得到显著的提高［1］。但这不意味着信息技术不适合在数学教学中应用，而是说明我们在应用的策略上存在一定的问题。我们应当从软件技术、网络技术、课程模式和教学设计等多个角度，全方位地思考信息技术在数学教学中的应用策略。

一、数学专业软件是信息技术在数学教学中的具体应用

信息技术在教学中的应用，在我们国家虽然还不到二十年的时间，但是发展很快。上世纪90年代中期就开始进入CAI即计算机辅助教学阶段。随着硬件技术的发展，计算机具备了完善的多媒体功能，成为多媒体计算机。而多媒体CAI课件就成为了信息技术与教学相结合的主要形式。在这样的背景下，信息技术中的软件技术就以多媒体合成为主体，相应的软件有Powerpoint、Authorware、Flash以及方正奥思等。这些普适性的软件工具适合于各个学科的CAI课件的开发，数学教学中运用的也是以这些软件为工具开发的多媒体CAI课件。而多媒体CAI课件在很多方面确实有着传统手段无法比拟的优势。例如在教学情境的创设方面，通过多媒体技术，CAI课件可以在教学中营造出图文并茂、有声有色、生动而又贴近现实的问题情境，很容易吸引学生的注意力，引发学习兴趣。

然而，各个学科之间是存在较大差异的，不同学科教学对信息技术的要求也是不同的。数学的学习是针对数学对象的学习，是在数学对象间的活动。而数学的对象是超现实的思维产物，其严格的数量关系和几何关系、运动与变化中的数学规律等，是多媒体工具无法表现的。因此，普适性的信息技术虽然曾经一度唤起了广大教师们对信息技术应用的热情，但随着时间的推移，发现这类技术并没有给数学教学带来理想的效果。如果教育信息化的活动不能深入到学科，不能为学科教学服务，就很难有实际的效果［2］。对数学而言，如果没有能够深入学科内部的、能充分体现数学特点的专业软件，那么信息技术的优势是很难在数学教学中得到发挥的。近期，有人曾在我国一些地区的中学数学教师中进行过调查，有近90％的教师认为“没有合适的教学软件”是影响教师在教学中应用信息技术

的一个主要原因［2］。而数学专业软件则能有效地解决这些问题。Mathematic、Mathcad、几何画板、Z+Z超级画板和Z+Z立体几何等数学专业软件，能把数据、图形、测量、运算、结构形象准确地表现出来。如，Mathcad的变量赋值运算、符号运算、静态和动态数学图像绘制等功能，几何画板对图形对象的直接操作、几何关系的建立、轨迹的绘制以及对象的追踪等功能，都使得数学对象能够像实物一样被进行操作。这就能为数学的学习创设出一个完全直观化的情境，使学生置身于这样的学习情境中，有效地促进学生对所学内容的意义的建构。因此，信息技术在数学教学中运用的软件，应更多地采用数学专业软件，为学生营造一个直观化的学习情境，这样才能充分发挥信息技术的优势。

二、信息技术有助于将抽象的数学内容直观化

著名数学教育家乔治·波利亚曾经指出：“数学有两个侧面，一方面它是欧几里得式的严谨科学，从这方面看，数学像是一门系统的演绎科学；但另一方面，创造过程中的数学看起来却像试验性的归纳科学［3］。”在数学研究过程中，实验是一种非常重要的形式。而在数学学习的过程中，实验因其具有极强的直观性，在学生对知识的理解方面有着非常突出的作用。因此，在传统教学中，以实物为操作对象的实验也经常出现在数学的教学过程中。如，在椭圆的概念教学中，教师将一根细绳，在不完全拉伸的情况下，把两端固定在黑板上，然后用粉笔拉住细绳的中间部分在黑板上画出椭圆图形，从而让学生获得椭圆的定义。然而，数学的高度抽象性的特点，使得绝大多数学习内容要超越实物层面，这些内容就无法通过实物实验来被认识和理解。而信息技术中的软件技术，特别是数学专业软件的运用，突破了实物的局限，它能使抽象的数学内容直观化，这就给数学实验的开展奠定了物质基础。

数学实验的种类很多，这里指的是教育领域中的数学实验，也有人称之为教育数学实验［4］。这种数学实验是信息技术与数学教育相结合的一种新型的教学形式，是人们对数学及数学教育的认识不断加深和信息技术发展的共同结果。它是为了研究数学理论，用计算机及相应软件作为处理数学对象的工具，完成对数学问题的猜想或证明，从而获得数学知识为目的的一种实验活动［5］。由于数学实验是以学习数学知识为目的的，因此如何开展实验，就需要教师的精心设计。

哈尔滨市某初中学校一位教师，在8年级数学“轴对称”一节“图形轴对称的性质”部分的教学中，引入这样一个实验：

1)利用几何画板的“反射”变换功能，做出△ABC关于直线MN的对称图形△A′B′C′；

2)在△ABC上任取一点P，同样利用“反射”做出P的对称点P′，可以看到P′在△A′B′C′上；

3)连接PP′与直线MN相交，标记交点为O；

4)利用“度量”功能，分别度量出PO与P′O的距离和∠POM的大小；

5)任意调整直线MN的位置和方向，通过观察发现∠POM始终为90°，同时有PO=P′O；

6)任意调整点P的位置，发现∠POM始终保持为90°，同时PO=P′O也保持不变。

这个实验虽然简单，但却直观地显示了轴对称图形的性质，并在动态中显示了“任意性”的特点。同时，也让学生深刻地体会到欧式几何中度量关系在初等变换下保持不变性的原理。教学实践表明，通过精心设计的数学实验，能够充分发挥信息技术的功能，将抽象的数学知识直观化。学生通过自己的实验和观察，逐步突破认识上的难点，从而建构合理的知识结构，使教学效果得到明显的改善。数学实验的引入也是信息技术促进教学形式和课程模式发生变革的一个重要成果。

三、运用网络资源帮助学生丰富数学知识

在数学教育信息化的过程中，人们起初对网络技术也曾寄予厚望，希望在数学的教学过程中网络技术能带来更加理想的效果。一时间，网络教室开始在一些条件较好的学校出现。具有教学演播功能的网卡(如“NewClass”新卡)也应运而生，并被投放到网络教室中。这种网卡不仅能把教室中的每一台机器连接成局域网，实现信息共享、语言交流，而且它的演播功能也能使得任何一台机器的画面被切换到其他机器中，实现演示交流。然而，这种高成本的网络教室同样没有达到人们预期的教学效果。实际上，网络技术的特点，更适用于远程教学，在课堂教学上虽能发挥作用，但并不能带来超越传统会话模式的更加理想的教学效果。因此，在网络教室中进行数学教学的情形已经越来越少地出现，网络教室现在大多退化成普通的微机室了。

那么，数学教学应该怎样运用网络技术，才能取得理想的学习效果呢?我们应该注意到，计算机网络是一个庞大的信息库，能为学习者提供大量的信息资源。在传统的教学过程中，学生的学习资源主要来自教科书和教师的讲解。学习资源来源单一，信息量少。而数学知识具有抽象性和超现实的特点，知识的来源、现实意义以及在数学或其他领域中的作用和价值，在传统的学习资源中是很难全面体现的，这给学生对数学知识的完整的意义建构带来严重的制约作用。而信息技术中的网络资源却能在很大程度上弥补这个缺陷。互联网技术可以让我们浏览无数的网站，去获取我们需要的学习资源。随着网站的日趋丰富和专业化的发展，与数学或数学教育相关的网站越来越多，如人教网、中国基础教育网数学频道、学习网、百度百科等网站。在这些网站里我们能看到极为丰富的数学资料。在网络搜索技术日趋强大的今天，我们通过谷歌、百度等搜索网站很容易找到所需要的资料。在这些资料当中，有很多用通俗的语言把数学知识的历史由来、现实意义、自身特点等介绍得非常清楚的内容，特别适合中学生阅读学习。把这些资料与教材内容和教师的讲解充分结合起来，能够有效地激发学生的学习兴趣，帮助学生丰富数学知识，有助于建构数学知识体系。

因此，对于信息技术中的网络技术，我们应该超越技术层面而去充分利用它所提供的学习资源。在教学中，可以利用网络教室，通过互联网去搜集学习资料，使学习由课堂内延伸到课堂外。也可以通过研究性学习等形式使学习由课堂上拓展到课堂下。

四、整合信息技术与传统的数学教学形式，优化教学设计

“整合”一词，来自英文“Integration”，原意为“一体化、成为一个整体”的意思。而从物质层面看，信息技术所带来的是和黑板、粉笔、教具等属于同一层面的教学工具；从教学技能角度，信息技术的运用能力和语言能力、讲解能力、板书能力等，同属于教学技能。因此，信息技术和粉笔、教具一样，对它的运用也应该成为教学过程的有机组成部分。但实际的情况是，在数学的教学过程中，信息技术的运用并不自然流畅，在教学过程中往往表现得生硬，或者运用得不恰当，在很大程度上影响了教学效果，信息技术的优越性也没能得到充分发挥。例如，课件设计与教学设计相对独立，教学过程中课件的运用显得生硬；教学设计迁就信息技术的功能，教学设想不能充分实现；问题的解证过程直接通过课件展示，不进行逐步的板书演示，给学生理解造成困难；过分依赖信息技术，忽略其他教学行为的功能等。这些问题都是信息技术与数学教学整合不力造成的。要想消除这些问题，教师在教学设计的过程中就要将信息技术作为一个重要因素进行统筹考虑。

首先，教师在教学设计中要充分考虑信息技术因素，基于信息技术的功能和特点，对课程内容进行再开发。无论是采用数学CAI课件，还是引入数学实验，都要使教学设计和课件设计或实验设计同步进行，使得教学过程既能充分发挥信息技术的优势，同时又能保证各教学环节流畅自然。

其次，在教学设计中，要充分考虑信息技术的运用与其他教学行为的整合。现代教育技术不应该排斥传统的教学技术和手段。正如联合国教科文组织在其报告《教育——财富蕴藏其中》所指出的：“尤其应把技术与传统的教育形式结合起来加以使用，而不应将其看作是一种取代传统形式的独立的手段。”［6］要认识到信息技术不是教学的唯一手段，要能与导入、讲解、提问、板书、实物演示等教学行为有机整合，使教学过程浑然一体。

总之，在信息技术的应用中，采用深入数学内部的数学专业软件，创设直观化的数学学习情境，开展数学实验，促进学生数学知识体系建构，深化教学形式的变革，合理运用网络信息资源，优化教学设计等策略，才能使信息技术的优势在中学数学教学中充分发挥，我们也才有可能获得理想的教学效果。

参考文献：

［1］张景中，彭翕成.深入数学学科的信息技术［J］.数学教育学报，2009，18(5).

［2］濮安山，赵延廷．中学数学课堂教学应用CAI的调查研究［J］．数学教育学报，2010，19(3).

［3］乔治·波利亚.数学与猜想［M］.北京：科学出版社，1984.

［4］张晓丹，等.数学实验——MathCAD在数学实验中的应用［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2002：194.［5］濮安山，等.数学实验——MathCAD、几何画板在数学教学中的运用［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003：4.

［6］联合国教科文组织中文科.教育——财富蕴藏其中［M］.北京：教育科学出版社，1996：168.