信息技術(shù)與數(shù)學(xué)課程深入整合的利器——虛擬教具

☆朱琴

（南京市百家湖小學(xué)，江蘇南京 211100）

信息技術(shù)與數(shù)學(xué)課程深入整合的利器
——虛擬教具

☆朱琴

（南京市百家湖小學(xué)，江蘇南京 211100）

近些年來，隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步及互聯(lián)網(wǎng)的普及，在數(shù)學(xué)課堂上出現(xiàn)了一類新的教具，名為“虛擬教具”（Virtual Manipulatives），作為新一代計(jì)算機(jī)教具，它具備以往計(jì)算機(jī)教具不具備的一些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在美國(guó)、新加坡、臺(tái)灣的教學(xué)實(shí)踐證明，其對(duì)信息技術(shù)與數(shù)學(xué)教學(xué)的深入整合有較大的推動(dòng)作用。

一、虛擬教具的含義、特點(diǎn)及作用

數(shù)學(xué)虛擬教具是一種為了幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)而開發(fā)的基于互聯(lián)網(wǎng)的交互式、可視化軟件，它允許學(xué)生像使用實(shí)際教具那樣，通過鼠標(biāo)或鍵盤操控動(dòng)態(tài)的虛擬物件，探索發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)概念和數(shù)學(xué)關(guān)系。它具有以下特點(diǎn)：一是交互性。不同于單向的信息展示，學(xué)生可以直接通過鼠標(biāo)操控虛擬化的教具（如旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)圖形）。二是動(dòng)態(tài)性。靜態(tài)圖形能隨著具體的操作進(jìn)行連續(xù)的變化，從而展現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化的過程。三是基于互聯(lián)網(wǎng)。虛擬教具雖然也可以單機(jī)使用，但基于互聯(lián)網(wǎng)可以使虛擬教具不受學(xué)習(xí)時(shí)間、空間的約束，發(fā)揮出更大的作用。

在中小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中使用虛擬教具具有如下優(yōu)勢(shì)：一是可以避免實(shí)際教具數(shù)量少、有時(shí)難以得到想要的教具、教具使用管理、維護(hù)等問題。二是可以克服有些教具在教學(xué)過程中效率低的問題，如可能性教學(xué)中的投硬幣、擲骰子等重復(fù)性操作。三是虛擬教具能創(chuàng)設(shè)具有交互式及動(dòng)態(tài)特性的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，較之目前廣泛使用的PPT及FLASH制作的以單向信息傳遞為主的課件，更有利于不同層次學(xué)生的積極主動(dòng)探索，能有力推動(dòng)課堂教學(xué)向“教師主導(dǎo)，學(xué)生主體”方向轉(zhuǎn)變。四是較之其它信息整合方法如WebQuest，更適合在數(shù)學(xué)課堂運(yùn)用。

二、虛擬教具典型網(wǎng)站介紹

虛擬教具的優(yōu)良特性意味著其開發(fā)難度及投入較大，一般需要一個(gè)包括教育專家、優(yōu)秀教師、軟件開發(fā)人員甚至學(xué)生的專業(yè)團(tuán)隊(duì)來實(shí)現(xiàn)，所以，發(fā)掘并應(yīng)用已有的虛擬教具是當(dāng)務(wù)之急，好在互聯(lián)網(wǎng)上已經(jīng)有不少網(wǎng)站提供免費(fèi)的、優(yōu)秀的虛擬教具，現(xiàn)介紹兩個(gè)典型的網(wǎng)站：

一是美國(guó)國(guó)家虛擬教具圖書館（National Library of Virtual Manipulatives，http:／／nlvm．usu．edu／），它是一個(gè)由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation）支持的項(xiàng)目，該項(xiàng)目主要依據(jù)美國(guó)國(guó)家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)了系列適用于從學(xué)前班到12年級(jí)的虛擬教具（有中文版），虛擬教具根據(jù)不同年級(jí)段，分為數(shù)及運(yùn)算、代數(shù)、幾何、測(cè)量、統(tǒng)計(jì)與可能性五類，采用Java Applet技術(shù)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)虛擬教具有分別針對(duì)教師／家長(zhǎng)和學(xué)生的使用說明，既適合教師教學(xué)，也適合學(xué)生在家長(zhǎng)指導(dǎo)下學(xué)習(xí)或自學(xué)。eNLVM是NLVM的增強(qiáng)和擴(kuò)展，是一個(gè)在線課程創(chuàng)建工具，其中有展示虛擬課件在教學(xué)中應(yīng)用的典型課例，值得參考。

二是美國(guó)SHODOR教育基金會(huì)網(wǎng)站（http:／／www．shodor．org／interactivate／），該網(wǎng)站一是從學(xué)習(xí)者（Learner）的角度提供了 3－12年級(jí)的 Activitis（學(xué)習(xí)活動(dòng)）、Dictionary（術(shù)語(yǔ)詞典）、Tools（虛擬教具），每個(gè)虛擬教具由 Learner(學(xué)習(xí)者的說明)、Activity(教具軟件)、Help（使用幫助）、Instructor（教學(xué)說明）四部分組成。二是從教學(xué)者（Instructor）的角度提供了應(yīng)用虛擬教具的教學(xué)設(shè)計(jì)、相關(guān)討論及教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。

從上述網(wǎng)站可以看出當(dāng)前美國(guó)數(shù)學(xué)虛擬教具的一些特點(diǎn)：一是全，緊緊圍繞課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，涵蓋了每個(gè)年級(jí)及主要的教學(xué)內(nèi)容。二是深，每個(gè)虛擬教具均從教和學(xué)兩方面提供了幫助，并且提供了大量運(yùn)用虛擬教具的課例，充分體現(xiàn)出“教師主導(dǎo)——學(xué)生主體”以及“學(xué)教并重”的思想，虛擬教具已逐步與課程教學(xué)溶為一體，既支持課堂內(nèi)的教學(xué)，又支持課外的自學(xué)。

三、虛擬教具應(yīng)用

由于數(shù)學(xué)是一門跨國(guó)界的語(yǔ)言，我國(guó)中小學(xué)數(shù)學(xué)的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)與發(fā)達(dá)國(guó)家（如美國(guó)）有不少相似之處，具體到與虛擬教具相對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，更有許多共同之處，這是我們可以借鑒應(yīng)用的基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)信息技術(shù)與數(shù)學(xué)課程的整合正走向深入，同時(shí)也遇到了較大的困難，突出的問題是雖然投入較大，但教學(xué)效果并不理想，難以廣泛深入的開展。這與運(yùn)用信息技術(shù)教學(xué)，教師投入較大、技術(shù)手段較為單一（以單向信息的傳遞為主）、學(xué)生主動(dòng)參與探索不夠、課堂結(jié)構(gòu)未發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變等有密切關(guān)系，而在課堂教學(xué)中合理引入免費(fèi)的優(yōu)質(zhì)虛擬教具可以有效解決上述問題。目前在美國(guó)、新加坡、臺(tái)灣的教學(xué)實(shí)踐表明，虛擬教具的有效運(yùn)用確實(shí)對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量有較明顯的幫助。

由于在語(yǔ)言、教學(xué)方式、文化等方面與美國(guó)存在較大差異，所以引入虛擬教具需要一個(gè)“本土化”的過程，建議有關(guān)部門組建一個(gè)團(tuán)隊(duì)，系統(tǒng)的引進(jìn)、消化、吸收直至改進(jìn)國(guó)外的優(yōu)秀免費(fèi)虛擬教具，然后共享使用。作為教師個(gè)人也可以在教學(xué)中嘗試使用國(guó)外的虛擬教具，特別是有漢化版的，具體可以參考以下步驟：

第一，確定適合的教學(xué)內(nèi)容。具體哪些內(nèi)容適合用虛擬教具整合，有兩條經(jīng)驗(yàn)可供參考：一是事前要有充分的理由，避免只是為了用虛擬教具而用虛擬教具；二是事后驗(yàn)證確實(shí)有效，特別是要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

第二，收集、整理、分析相關(guān)教學(xué)資源。圍繞課堂教學(xué)內(nèi)容，到國(guó)內(nèi)外比較“權(quán)威”的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)相關(guān)的網(wǎng)站收集課程教學(xué)所需的優(yōu)質(zhì)資源，分析篩選出一個(gè)優(yōu)秀的教學(xué)設(shè)計(jì)，作為進(jìn)一步改進(jìn)、提高的“母本”。

第三，教學(xué)單元再設(shè)計(jì)。首先，以“母本”為基礎(chǔ)，通過詳細(xì)分析教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)“母本”的不足，確定可以改進(jìn)的地方。其次，設(shè)計(jì)好“切入點(diǎn)”，這一點(diǎn)較為關(guān)鍵，主要憑借教師的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，就是將虛擬教具在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間、地點(diǎn)、面向合適的學(xué)生整合進(jìn)原來的教學(xué)環(huán)節(jié)中，并且能起到較明顯的教學(xué)效果。

第四，教學(xué)實(shí)施、評(píng)價(jià)、改進(jìn)和提高。

上述方法主要基于在國(guó)內(nèi)已有優(yōu)秀教學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)單元再設(shè)計(jì)，融入虛擬教具，進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，改進(jìn)課堂結(jié)構(gòu)。在實(shí)踐教學(xué)中，哪怕只是在一節(jié)課中的某個(gè)知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)整合了虛擬教具，但只要較之傳統(tǒng)教學(xué)確實(shí)有優(yōu)勢(shì)，就值得提倡，盡量做到以較少的投入取得可見的成效。

虛擬教具作為當(dāng)今教育技術(shù)的創(chuàng)新成果，目前仍在不斷地發(fā)展和完善，例如隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，學(xué)生可以通過手持設(shè)備（如平板電腦、智能手機(jī)）隨時(shí)隨處地使用虛擬教具，為移動(dòng)學(xué)習(xí)提供強(qiáng)力支撐?？梢院敛豢鋸埖卣f，虛擬教具有望成為下一代的數(shù)學(xué)教學(xué)工具。

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