數(shù)學教師現(xiàn)代信息技術能力的自我培養(yǎng)

柳成行

（哈爾濱學院 數(shù)學與計算機學院，黑龍江 哈爾濱 150080)

數(shù)學教師現(xiàn)代信息技術能力的自我培養(yǎng)

柳成行

（哈爾濱學院 數(shù)學與計算機學院，黑龍江 哈爾濱 150080)

受數(shù)學學科特點的影響，普適性的信息技術無法滿足數(shù)學教學的需求，數(shù)學教師的信息技術能力還需要教師的自我學習和自我培養(yǎng)。文章從數(shù)學專業(yè)軟件的學習和運用、數(shù)學實驗的設計能力、信息技術與數(shù)學課堂教學的整合能力等方面對此進行了深入的闡述。

數(shù)學教師；信息技術；自我培養(yǎng)

進入21世紀，以計算機技術、軟件技術和網(wǎng)絡通訊技術為主體的現(xiàn)代信息技術，在教育領域中發(fā)揮著越來越重要的作用。它不僅改變著傳統(tǒng)的教學手段，而且也在改變著教學模式，甚至在改變著課程形式。因此，對信息技術的掌握與運用能力，已經(jīng)成為當前教師不可缺少的教學能力。對此，我國教育部門有著足夠的重視，2000年，教育部就曾印發(fā)了《中小學教師信息技術培訓指導意見》，2004年12月25日，教育部頒布《中小學教師教育技術能力標準》，正式啟動全國中小學教師教育技術能力建設計劃，對全國中小學教師的教育技術能力進行培訓、考試和認證。與此同時，各師范院校相繼開設“現(xiàn)代教育技術”課程，對師范生進行以信息技術為主的現(xiàn)代教育技術培訓。經(jīng)過多年的努力，目前，廣大中小學教師，特別是中青年教師，大都具備一定的信息技術的運用能力。但是，教學實踐表明，受學科特點的影響，這種普適性的信息技術能力，無法滿足數(shù)學教學的需要，數(shù)學教師現(xiàn)代信息技術能力的形成與發(fā)展，還需要教師的自我培養(yǎng)。這種培養(yǎng)還需要從以下幾個方面入手：

一、對數(shù)學專業(yè)軟件的學習和運用

目前在我國，信息技術與課堂教學相結合的主要形式是計算機輔助教學，即CAI。而CAI的主要形式是多媒體教學軟件，也就是通常說的CAI課件。所以教育部門對教師的培訓也主要針對多媒體課件制作工具，如，PowerPoint、Authware、Flash等多媒體工具的使用。經(jīng)過培訓，教師基本能夠自行制作CAI課件。利用這些多媒體工具制作的CAI課件，能將文字、圖形、動畫和聲音有機地編排在一起，從而創(chuàng)設生動形象的學習情境，激發(fā)學生的興趣，增強學習的積極性。計算機的人機交互功能，也為實現(xiàn)教學的“個別化”創(chuàng)設了理想的環(huán)境。借助于多媒體技術，語文、英語、物理、生物、政治等學科的課件，可以做得圖文并茂、有聲有色，教學信息可以呈現(xiàn)得生動、恰當，能夠很好地提升教學效果。然而，CAI課件在數(shù)學課堂上應用的效果和其他學科相比，則存在著很大的差距。高度抽象的學科特點，決定了數(shù)學從對象到思想方法都是抽象的。嚴格精確地數(shù)量關系和結構關系、運動與變化中的數(shù)學規(guī)律等，是多媒體工具無法表現(xiàn)出來的。例如，在利用圖像討論三角函數(shù)y=Asin(ωx+φ)和y=sinx的關系時，需要繪制精確的函數(shù)圖像，而無論是PowerPoint還是Authware，都無法繪制出能滿足這種精確性的圖形。這就需要借助幾何畫板、mathCAD、mathematica等數(shù)學專業(yè)軟件。教學實踐表明，在CAI的教學模式下，以幾何畫板為代表的數(shù)學專業(yè)軟件，能為CAI課件提供具有精確的數(shù)值關系、能動態(tài)的保持幾何關系的課件素材，能夠很好地滿足數(shù)學CAI的需要。多媒體工具與數(shù)學專業(yè)軟件的結合運用，也是廣大數(shù)學教師在教學實踐中總結出來的數(shù)學CAI的理想方式。2003年我國某教育網(wǎng)站曾經(jīng)進行過網(wǎng)上評選，結果有70%以上的選票認為“PowerPoint+幾何畫板”，是數(shù)學 CAI的最佳方式。

另外，雖然從主體上看，信息技術與課堂教學相結合的主要形式是CAI，但是，數(shù)學教學中的信息技術已經(jīng)超出了一般意義的CAI，而進入到了“數(shù)學實驗”階段。所謂的數(shù)學實驗，就是以實驗操作的方式來學習數(shù)學知識、探索數(shù)學規(guī)律和解決數(shù)學問題。數(shù)學的學習和研究可以以實驗方式來進行，這一點已經(jīng)得到了廣泛的認同。但是，數(shù)學的高度抽象的特點，使得數(shù)學中的數(shù)與圖形等基本對象無法像實物那樣可以進行操作，數(shù)學實驗只能存在于直觀性較強的內(nèi)容中。如，在橢圓的概念教學中，教師將十根細繩，在不完全拉伸的情況下，把兩端固定在黑板上，然后用粉筆拉住細繩的中間部分在黑板上畫出橢圓圖形，從而讓學生獲得橢圓的定義。而當學習內(nèi)容進一步抽象時，實物層面的數(shù)學實驗就無法開展。而數(shù)學專業(yè)軟件的出現(xiàn)，則從根本上解決了這個問題。幾何畫板、mathCAD、mathematica等數(shù)學專業(yè)軟件，可以以計算機為平臺，對數(shù)學對象如同實物般進行操作，能夠準確、直觀地反映出數(shù)量關系、幾何關系、運動、變換及軌跡等。所以說，數(shù)學實驗是以計算機及相應軟件為工具的，數(shù)學實驗也同樣是信息技術與數(shù)學教育相結合的產(chǎn)物。

由此可見，無論是數(shù)學CAI還是數(shù)學實驗，都需要數(shù)學教師能夠掌握數(shù)學專業(yè)軟件的功能。而對數(shù)學專業(yè)軟件的學習在目前教師教育技術培訓中涉及不多，需要數(shù)學教師自我學習，并在實踐中逐步摸索，不斷開發(fā)。只有這樣，才能使信息技術更好地應用于數(shù)學教學，充分發(fā)揮信息技術的功能。

二、數(shù)學實驗的設計能力

如前所述，信息技術在數(shù)學教學中的應用已經(jīng)超出了一般意義的CAI范疇，而進入到了 “數(shù)學實驗”階段。數(shù)學實驗不同于數(shù)學CAI。CAI是教學的一種手段，主要是通過CAI課件來呈現(xiàn)教學信息。CAI課件中所要呈現(xiàn)的教學信息是事先設定好的，呈現(xiàn)過程中是不能被改變的。而數(shù)學實驗則不再是單純的教學手段，而是一種課程形式，信息技術不是用來呈現(xiàn)教學信息，而是提供了一個對教學對象的操作平臺，通過教師或?qū)W生實驗操作來獲取要學習的內(nèi)容，學習過程是一個主動建構的過程。目前，數(shù)學實驗的開展主要有兩種形式，一種是以教師操作為主的演示實驗，另一種是以學生操作為主的實驗課程。教學實踐中，第一種實驗形式，即演示型實驗運用得更加普遍，而實驗課程的開設尚處于探索階段。但無論是哪一種實驗形式，都要求數(shù)學教師具有一定的實驗設計能力。

數(shù)學實驗設計包括，實驗目的、實驗原理、實驗平臺(數(shù)學專業(yè)軟件)的功能、實驗操作步驟和實驗結論等。這需要數(shù)學教師能夠?qū)⑾冗M的教學理論、豐富的教學經(jīng)驗與信息技術充分的結合起來，這樣才能突破傳統(tǒng)教學的局限，產(chǎn)生最佳的教學效果。

北京海淀區(qū)數(shù)學CAI課題組曾對極限的形式化定義的教學精心設計了逐次精確化的實驗過程。數(shù)列極限的“ε-N”定義，是中學階段學生較難接受的定義之一。要讓學生理解它，必須從學生可接收的粗略的描述極限的語言出發(fā)過渡到十分形式化的 “ε-N”定義。為此，課題組在電腦屏幕上設計了如下的情景。在“如果一個無窮數(shù)列a變到后來無限制地接近某一個常數(shù)A，就說這個數(shù)列的極限是常數(shù)A”這句話的下面動畫式地依次顯示：(1)a接近某一個常數(shù)A；(2)a無限制地接近某一個常數(shù)A；(3)a變到后來無限制地接近某一個常數(shù)A。接著又在這三句話的后面依次顯示：(1)ε是一個很小的正數(shù)；(2)ε能夠要多小有多??；(3)對于預先給定的無論多小的正數(shù)，只需取足夠遠的項N，那么它以后所有的項都滿足|a-A|< ε。稍后以此為背景在屏幕上開出一個窗口顯示出數(shù)列極限的“ε-N”定義。在此之后，通過具體例子用圖表顯示a的值；用模擬的放大鏡在數(shù)軸上顯示表示數(shù)列的點動態(tài)地趨向其極限A的情況。為幫助學生理解ε-N，課題組創(chuàng)設了學生自由探試的環(huán)境，讓學生自由地鍵入，屏幕則顯示相應的一個N及后面的五項的值和這些項與極限的誤差，通過反復實驗，原來難懂的極限的“ε-N”定義，現(xiàn)在變得十分容易理解了。

這個實驗教學的效果給我們的啟發(fā)是深刻的，它說明良好的實驗設計能夠改善數(shù)學概念的教學?？梢詫⒊橄蟮母拍钪庇^化，學生通過自己的實驗和觀察，逐步突破認識上的難點，從而建構合理的知識結構。而良好的實驗設計就要求教師具有較強的實驗設計能力，這種能力要求教師除具有正確的數(shù)學教學觀念，豐富的教學實踐外，還要對信息技術有充分把握。這就要求數(shù)學教師對信息技術要不斷自我學習、不斷摸索運用，從而達到能力的積累。

三、信息技術與數(shù)學課堂教學的整合能力

信息技術應用于課堂教學，這在我們國家有著十幾年的歷史。教學實踐中的經(jīng)驗與教訓表明，要想充分發(fā)揮信息技術的優(yōu)越性，就必須將之與課堂教學進行整合，使之成為課堂教學的有機組成。目前我們看到，部分教師在運用信息技術的時候，還存在一定的缺陷和不足。如，課件設計與教學設計相對獨立，教學過程中課件的運用略顯生硬；教學設計受課件功能限制，教學設想不能充分實現(xiàn)；課件設計不優(yōu)化，無法充分利用課件實現(xiàn)教學重點的突出和難點的突破；過分依賴課件，忽略其他教學行為的功能等。造成這些現(xiàn)象的根本原因是教師將信息技術與課堂教學進行整合的能力不足。具體表現(xiàn)為，對信息技術的功能掌握不夠深入，教學觀念過于保守，不能在教學設計中充分考慮信息技術因素。要想消除這些弊端，就需要教師不斷學習和摸索，改變教學觀念，充分認識到信息技術對數(shù)學教學模式的深刻影響，從而不斷優(yōu)化教學設計。以數(shù)學CAI可見的設計與應用為例，我們應從以下幾個方面考慮信息技術與課堂教學的整合：

1.教學設計與課件設計同步進行，使二者成為一個有機整體。教學設計過程要充分考慮課件因素，結合課件特點進行教學設計；同時，課件設計要符合教學設計的要求，以能實現(xiàn)教學設計的目標為設計方向。

2.充分利用課件的功能，發(fā)揮傳統(tǒng)手段無法具備的功能。課件的多媒體功能、動態(tài)演示功能、數(shù)學對象的操作功能、非線性呈現(xiàn)信息的功能等，是傳統(tǒng)教學手段和媒體所不具備的，設計中要充分發(fā)揮這些功能。

3.與其他教學行為有機結合，要認識到使用課件不是教學的唯一手段，課件設計與使用，要能與導入、講解、提問、板書、實物演示等教學行為進行整合，使教學過程渾然一體。

4.直觀再現(xiàn)數(shù)學思維的過程。數(shù)學思維過程是數(shù)學教育的重點，課件要能充分展現(xiàn)出數(shù)學思維的活動過程。如：概念形成中的抽象過程、數(shù)學猜想的形成過程、數(shù)學推理中的分析與綜合過程等。

5.CAI課件的結構要靈活，要采用非線性結構，通過連接改變課件演示順序，從而根據(jù)需要調(diào)整教學進程。

[1]柳成行.計算機技術與數(shù)學教育結合的新模式——數(shù)學實驗[J].中國科技信息，2005（6）.

[2]陳凌云.現(xiàn)代教育技術與數(shù)學教育改革[J].杭州師范學院學報(自然科學版)，2006（6）.

（本文系黑龍江省教育廳規(guī)劃課題《建構主義理論指導下信息技術與課堂教學的整合》 的課題成果， 課題編號為XJGH08008)

G434

B

2010-04-15

柳成行（1972-），男，黑龍江哈爾濱人，碩士，哈爾濱學院數(shù)學與計算機學院數(shù)學系副教授，研究方向為數(shù)學學科教學論。

1001-8794(2010)11-0039-02