數(shù)字時代兒童數(shù)學(xué)教學(xué)新思維與新方法

姚鐵龍： 正高級教師，特級教師，深圳市福田區(qū)數(shù)學(xué)教研員，廣東省名教師工作室主持人，華南師范大學(xué)教師教育學(xué)部兼職教授，深圳大學(xué)兼職碩士導(dǎo)師，中國教育技術(shù)協(xié)會教育游戲?qū)I(yè)委員會副理事長，廣東省中小學(xué)百千萬人才培養(yǎng)工程小學(xué)理科班指導(dǎo)教師，廣東省校本教研基地項目負(fù)責(zé)人。她致力于數(shù)學(xué)游戲課程的開發(fā)與研究，主持創(chuàng)建國內(nèi)首個“數(shù)學(xué)游戲化學(xué)習(xí)研究實(shí)驗(yàn)區(qū)”。著有《小游戲大智慧》《小策略大轉(zhuǎn)變》《數(shù)學(xué)可以如此游戲》《用設(shè)計游戲的思維設(shè)計教學(xué)》等。獲第五屆中國教育創(chuàng)新成果博覽會最高獎SERVE獎。堅持“兒童立場、生活視野、游戲表達(dá)、快樂成長”的理念，開展游戲化教學(xué)，“讓孩子玩出智慧，玩出創(chuàng)新”。

小學(xué)是數(shù)學(xué)能力和數(shù)學(xué)思維發(fā)展的關(guān)鍵階段。通常學(xué)生在7至11歲處于具體運(yùn)算階段，他們的思維正逐漸從具象思維向抽象思維過渡。小學(xué)生已經(jīng)具備一定的邏輯思維能力，但仍需要具象事物和具體情境的支持，才能更順利地解決問題，全面提高數(shù)學(xué)素養(yǎng)。數(shù)字時代，數(shù)學(xué)教師以前沿的學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，利用新興的信息技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)生提供更加具身、更情境化、更具動力的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，根據(jù)學(xué)科的特點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)情境，發(fā)展學(xué)生數(shù)學(xué)思維能力，幫助他們養(yǎng)成良好的認(rèn)知和思維習(xí)慣。筆者以學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)結(jié)合課例，從學(xué)習(xí)內(nèi)容與活動設(shè)計、真實(shí)情境創(chuàng)設(shè)和學(xué)習(xí)方式三個方面，探討如何利用信息技術(shù)設(shè)計課程，開展真正適應(yīng)兒童的數(shù)學(xué)教學(xué)。

一、信息技術(shù)促進(jìn)內(nèi)容交互，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知具身

具身認(rèn)知理論認(rèn)為，認(rèn)知在本質(zhì)上是具身的，是認(rèn)知、身體與環(huán)境“三位一體”相互交融產(chǎn)生的結(jié)果。認(rèn)知在人的身體與外部環(huán)境的動態(tài)交互過程中產(chǎn)生，具身對認(rèn)知有顯著影響。教師應(yīng)踐行具身認(rèn)知理論，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)具身互動的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)生與學(xué)習(xí)內(nèi)容的交互體驗(yàn)，換言之就是要增強(qiáng)對學(xué)生身體的刺激，使其進(jìn)行身心感受和經(jīng)驗(yàn)建構(gòu)。教師可利用信息技術(shù)，為學(xué)生提供身體與外部環(huán)境進(jìn)行交互的條件，具身參與數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)活動，從而提高學(xué)生的認(rèn)知能力，加深其對抽象數(shù)學(xué)知識的理解。筆者以交互式電子白板中的幾個功能的使用為例，介紹這一具身化教學(xué)手段在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用價值和基本方法。

（一）具身化操作

1.“克隆”功能

在軟件授課模式下，教師帶領(lǐng)學(xué)生用幾個相同的圖形元素表達(dá)數(shù)量關(guān)系，使用“克隆”功能（如圖1），設(shè)計人機(jī)交互體驗(yàn)活動，讓學(xué)生具身參與學(xué)習(xí)過程，這樣還可提高內(nèi)容的具身性。在“購物”教學(xué)過程中，教師讓學(xué)生使用“克隆”功能，“復(fù)制”多個圖形，用錢幣付款，加深學(xué)生對數(shù)量關(guān)系的理解。

2.“蒙版”功能

在教學(xué)過程中，教師也可以采用留空或預(yù)設(shè)問題的方式，增強(qiáng)學(xué)生與內(nèi)容的交互。此時，教師使用“蒙版”功能（如圖2）進(jìn)行操作非常方便，可以通過模擬“擦拭玻璃上的水霧”的方式來呈現(xiàn)預(yù)設(shè)內(nèi)容。在教授“畫一條4厘米的線”時，教師讓學(xué)生使用“蒙版”功能，通過擦拭呈現(xiàn)出一條4厘米的線段。

3.“移動”和“旋轉(zhuǎn)”功能

在幾何教學(xué)中，教師讓學(xué)生使用軟件對圖形進(jìn)行“移動”或“旋轉(zhuǎn)”（如圖3）。教師借助軟件對圖形進(jìn)行可視化操作，設(shè)計具身學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生在身體與環(huán)境的交互活動中感受數(shù)學(xué)的魅力與學(xué)習(xí)趣味，助力學(xué)生進(jìn)行空間想象。

（二）具身化呈現(xiàn)

除了利用信息技術(shù)設(shè)計學(xué)生身體與外部環(huán)境互動的學(xué)習(xí)活動，教師還可以利用三維模擬技術(shù)創(chuàng)造高度仿真的情境，從而支持更深入的具身交互，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

在教學(xué)“看一看”時，為了讓學(xué)生從不同角度觀察物體，教師利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR），借助平板電腦或其他移動設(shè)備掃描紙上的圖形，即可呈現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合的立體圖形，從而充分調(diào)動全班學(xué)生觀察的積極性，高效教學(xué)。

二、信息技術(shù)支持情境創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)習(xí)真實(shí)發(fā)生

情境認(rèn)知理論認(rèn)為，學(xué)生建構(gòu)認(rèn)知需要與情境交互感知。情境的創(chuàng)設(shè)對學(xué)生的認(rèn)知與學(xué)習(xí)有重要作用。情境認(rèn)知理論認(rèn)為，教師為學(xué)生提供真實(shí)的學(xué)習(xí)情境和學(xué)習(xí)活動，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識建構(gòu)是第一要務(wù)。信息技術(shù)的應(yīng)用使情境教學(xué)變得簡單易行。教師利用信息技術(shù)，通過圖片、視頻或聲音等，能夠創(chuàng)設(shè)高度仿真的教學(xué)情境，讓學(xué)生在解決問題的過程中獲得更好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，這有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，幫助他們遷移知識，拓展想象空間。

（一）新授課：信息技術(shù)助力情境創(chuàng)設(shè)

1.創(chuàng)設(shè)故事角色，增強(qiáng)學(xué)習(xí)代入感

教師用故事串聯(lián)授課，借助信息技術(shù)呈現(xiàn)故事情境，為學(xué)生營造沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境。在數(shù)學(xué)一年級上冊“左右”的教學(xué)中，教師利用信息技術(shù)創(chuàng)設(shè)“奇奇”和“妙妙”闖迷宮營救朋友的情境——走迷宮是明線，隱藏在迷宮中的三大神秘空間是暗線。教師為守神秘空間的“黃胖胖”“藍(lán)蛋蛋”“紅燦燦”配上聲音和動作，使學(xué)生有沉浸式的體驗(yàn)。教師讓動畫人物發(fā)布挑戰(zhàn)（任務(wù)），借助信息技術(shù)營造現(xiàn)場感（真實(shí)感），讓學(xué)生帶著使命自主學(xué)習(xí)，在挑戰(zhàn)中認(rèn)識“左右”，應(yīng)用“左右”，體會“左右”的相對性。

2.增強(qiáng)動畫效果，使教學(xué)更生動

學(xué)生身臨其境——學(xué)習(xí)行為真實(shí)發(fā)生。在“十幾減8”的教學(xué)中，教師借助信息技術(shù)呈現(xiàn)“烏鴉喝水”的故事情境“烏鴉還需要放多少顆小石子才能喝到水”，將數(shù)學(xué)問題巧妙融入烏鴉喝水的過程中。教師用信息技術(shù)模擬烏鴉歡笑，吸引學(xué)生的注意力，用笑臉圖引導(dǎo)學(xué)生看圖列式計算，鞏固加減算法。

3.用社交軟件增加情境創(chuàng)意

在“確定位置”的教學(xué)中，教師設(shè)計了班長“喜羊羊”在班級微信群語音播報同伴位置的情境，讓學(xué)生在比較和優(yōu)化記錄方法的過程中，真切感受用數(shù)對表示位置的價值。

（二）復(fù)習(xí)課：用信息技術(shù)提供情境支持

在數(shù)學(xué)一年級上冊“數(shù)的認(rèn)識”復(fù)習(xí)課中，教師借助交互式電子白板將“讀數(shù)”“寫數(shù)”“比較數(shù)的大小”及百數(shù)表中的規(guī)律融入數(shù)字島尋寶情境（如圖4），讓學(xué)生通過觸屏在“數(shù)數(shù)島”“撥數(shù)島”“摸數(shù)島”“猜數(shù)島”“百數(shù)島”上完成任務(wù)，收集數(shù)字貝殼，獲取寶藏。教師利用信息技術(shù)，將動畫、聲音、圖片與操作（交互）融為一體，讓學(xué)生在生動有趣的活動中經(jīng)歷、體驗(yàn)、享受學(xué)習(xí)之樂，實(shí)現(xiàn)復(fù)習(xí)課教學(xué)的科學(xué)性與趣味性。

（三）實(shí)踐課：巧用技術(shù)增強(qiáng)情境體驗(yàn)

“填數(shù)游戲”是數(shù)獨(dú)游戲的簡易版，其背后有源遠(yuǎn)流長的數(shù)學(xué)歷史，具有巨大的數(shù)學(xué)文化價值。教師開展這一知識的教學(xué)有利于學(xué)生掌握填數(shù)游戲的方法，讓學(xué)生體驗(yàn)、感受我國古代數(shù)學(xué)的奇妙之處。如何從數(shù)獨(dú)的歷史起源出發(fā)，借助信息技術(shù)創(chuàng)設(shè)一系列沉浸式的情境，帶領(lǐng)學(xué)生穿越歷史，了解河圖、洛書，最終“破譯天書”？在探究“‘重復(fù)的奧妙”當(dāng)中，教師借助繪本《尋找消失的寶石王冠》，利用動畫、音效，讓學(xué)生跟隨“大鼻子偵探”共同經(jīng)歷破案的驚險歷程，同時經(jīng)歷探究“‘重復(fù)的奧妙”的完整過程。學(xué)生閱讀每個游戲關(guān)通關(guān)指引后，開始探究、學(xué)習(xí)，在“面包先生”“圖形先生”和“圖形商店”3個不同的場景中，他們既要判斷寶石是否按照規(guī)律排列，又要應(yīng)用“重復(fù)的規(guī)律”完成任務(wù)，并對“重復(fù)的規(guī)律”加以拓展應(yīng)用，深化理解。學(xué)生對“重復(fù)”的理解經(jīng)歷了由淺入深、由單一到全面的過程。

三、信息技術(shù)提供游戲化助力，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動機(jī)

所謂游戲化學(xué)習(xí)，就是教師在教學(xué)過程中，應(yīng)用游戲的元素和機(jī)制，利用游戲的特點(diǎn)，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)富有吸引力的學(xué)習(xí)環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)習(xí)趣味性，提升學(xué)生能力，增長知識以及培養(yǎng)情感態(tài)度價值觀。教師將游戲化學(xué)習(xí)引入課堂，符合小學(xué)生心理特征，有助于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，提高學(xué)習(xí)興趣，緩解學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的抵觸或畏難情緒。當(dāng)今，信息技術(shù)早已成為游戲產(chǎn)品的重要支持和實(shí)現(xiàn)手段。這也為游戲化學(xué)習(xí)提供了強(qiáng)有力的平臺支持。教師利用信息技術(shù)為學(xué)生提供具有趣味性的教學(xué)游戲，是實(shí)現(xiàn)游戲化學(xué)習(xí)的絕佳思路。其關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容游戲化和結(jié)構(gòu)游戲化。

（一）內(nèi)容游戲化

教師應(yīng)借助信息技術(shù)，以游戲化思維，基于學(xué)習(xí)材料設(shè)計或創(chuàng)建游戲化學(xué)習(xí)活動。例如，針對四年級數(shù)學(xué)折線統(tǒng)計圖這個教學(xué)內(nèi)容，教師創(chuàng)建一個統(tǒng)計游戲“蒜苗隱形記”。

主要教學(xué)引導(dǎo)過程如下。

教師：通過前面的學(xué)習(xí)，我們都有種植蒜苗的經(jīng)歷。有同學(xué)不僅種植了蒜苗，還用照片和數(shù)據(jù)記錄蒜苗的成長過程（同時出示6張倒扣的照片）。蒜苗長勢如何？謎底暫不揭開，現(xiàn)在我們先做一個蒜苗隱形的游戲（如圖5）。

教師：大家集中注意力。蒜苗要隱形了。變變變，咦！蒜苗圖不見了。誰看懂了游戲規(guī)則？（拖動蒜苗圖片到方格圖中找到相應(yīng)的位置）

教師：大家將后面的蒜苗圖片隱形，說說是怎么找到這個位置的。（學(xué)生依次翻牌后，根據(jù)自己的判斷，放在合適的位置。給出說明。）

教師：恭喜！每張蒜苗圖片的位置都明確了。找到的這些點(diǎn)代表的是什么？對！蒜苗生長的高度（如圖6）。

在本游戲中，學(xué)生可以將每隔一天記錄的蒜苗成長照片利用可視化操作的方法拖動到方格圖中，并找到相應(yīng)的位置進(jìn)行“隱形”，最終制成蒜苗成長的折線圖。與在紙面上的描點(diǎn)、連線的傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，游戲教學(xué)模式下教師運(yùn)用可視化技術(shù)呈現(xiàn)學(xué)生制作折線圖的過程，為學(xué)生提供游戲化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，加深學(xué)生對制作折線圖的過程和相關(guān)概念的理解。這一過程中，信息技術(shù)是重要的支持手段。

（二）結(jié)構(gòu)游戲化

所謂結(jié)構(gòu)游戲化，就是教師借助信息技術(shù)，使用游戲化元素或機(jī)制，將整個學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)（甚至整節(jié)課），進(jìn)行游戲化設(shè)計。例如，在折線圖教學(xué)中，為設(shè)計一個“按圖索城”的答題游戲，教師利用信息技術(shù)將“反饋機(jī)制”“倒計時器”及音效等游戲元素融入課程設(shè)計中，引導(dǎo)學(xué)生參與游戲化學(xué)習(xí)活動，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

主要教學(xué)引導(dǎo)過程如下。

教師：下面我們來做個游戲。這個游戲名字叫“按圖索城”，也就是根據(jù)統(tǒng)計圖提供的線索找到城市。答題正確，直接進(jìn)入下一題 ;答題錯誤，城門就會迅速關(guān)閉。我們看一下我國這三個城市的月平均氣溫統(tǒng)計圖。（教師出示A、B、C三個城市月平均氣溫折線統(tǒng)計圖。）

教師：請大家拿出統(tǒng)計圖，認(rèn)真讀圖。從圖上你能獲得什么信息？讀完圖后，開始答題。請選擇一個關(guān)鍵詞：旅行、詞語、名字、氣溫。

教師：請聽題！你有20秒的答題時間?，F(xiàn)在開始倒計時！

1.“旅行”例題：

①寒假，要去A城市旅行，應(yīng)該帶上什么衣服？

A.羽絨服（√） B.長裙

②這是鵬鵬元旦在老家拍的照片（穿一件背心、長褲），請問他的老家是哪個城市？

A. A城 B. B城 C. C城（√）

2.“詞語”例題：

①觀察A城月平均氣溫統(tǒng)計圖。能準(zhǔn)確描述這個城市氣候特點(diǎn)的是哪一個？

A.四季如春 B.夏短冬長（√）

②觀察三個城市的氣溫統(tǒng)計圖。一年中氣溫變化最小的是哪個城市？

A. A城 B. B城 C. C城（√）

③用一個詞語描述你認(rèn)為三城中全年溫差最小的這個城市的氣候特點(diǎn)。

A.長夏無冬（√） B.四季分明

3.“名字”例題：

①觀察A城的統(tǒng)計圖。下面哪一個是這個城市的名字？

A.“冰城”哈爾濱，國際冰雪文化名城。（√）

B.“春城”昆明，兩千多年前的“南方絲綢之路”。

②鵬鵬的老家?？趧e稱“椰城”，地處熱帶。哪一張統(tǒng)計圖是?？诘脑缕骄鶜鉁亟y(tǒng)計圖？

A. A城 B. B城 C. C城（√）

4.“氣溫”例題（如圖7）：

A城2月到3月的氣溫可以用上面的哪張圖來描述？（大幅上升）

B城7月到8月的氣溫可以用上面的哪張圖來描述？（緩慢下降）

教師：我國幅員遼闊，地域差異顯著，其中氣溫的差別就非常明顯。特意選取北部、中部和南部有代表性的城市就是為了讓大家通過月平均氣溫統(tǒng)計圖了解這些城市的氣候特點(diǎn)。通過剛才的搶答，我們知道：A城是哈爾濱，B城是長沙，C城是海口。

教師將游戲與數(shù)學(xué)知識有機(jī)融合，再利用信息技術(shù)建立游戲化機(jī)制，設(shè)計游戲化學(xué)習(xí)活動，有利于學(xué)生全員參與，全情投入。同時，游戲化學(xué)習(xí)活動節(jié)奏很快，可以有效地刺激學(xué)生快速思考和反應(yīng)，有利于激發(fā)學(xué)生深層次思考。數(shù)學(xué)游戲教學(xué)可以開拓學(xué)生的思考時序和思考空間，既有游戲的趣味性，又有數(shù)學(xué)的科學(xué)性。

教師從兒童視角，通過技術(shù)手段的加持，使數(shù)學(xué)課堂更加生動有趣，這正是數(shù)字時代需要的兒童數(shù)學(xué)教學(xué)。當(dāng)然，我們的教學(xué)不應(yīng)該被信息技術(shù)捆綁，要在學(xué)習(xí)理論的指導(dǎo)下，恰如其分地在情境導(dǎo)入、重難點(diǎn)呈現(xiàn)等方面，有效地借助技術(shù)，更好地服務(wù)教學(xué)，為數(shù)學(xué)課堂教學(xué)錦上添花，讓課堂教學(xué)變得更高效、更有趣、更快樂，而不能走入教學(xué)服務(wù)技術(shù)的誤區(qū)。

身處數(shù)字化浪潮中，如何為學(xué)生帶來更有效、有趣的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)體驗(yàn)？教師要以學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，進(jìn)行創(chuàng)造性的規(guī)劃與設(shè)計，采用新思維和新方法從多個角度對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行理解、整合和重構(gòu)，源源不斷地為數(shù)學(xué)教學(xué)注入新活力。

責(zé)任編輯：祝元志