信息技术与数学学科课程整合的实践与思考

信息技术与数学学科课程整合的实践与思考福州屏东中学周灵内容提要：本文通过“信息技术与数学学科课程整合”课题的实验研究，探讨改进信息技术学科的教学以及利用信息技术优化数学课堂教学，促进学生有效学习，提高教学质量的方法和模式，为信息技术与数学学科课程整合提供理论和实践的参考依据。研究结果表明：信息技术与数学课程的整合，是普及信息技术教育的有效途径，是信息技术与数学教学双赢的一种教学模式，它有利于优化教学过程，培养学生的创新精神和创造力，提高学生的“信息素养”和综合素质。关键词：信息技术；数学；课程整合信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，以多媒体技术和网络技术为核心的信息技术已成为拓展人类能力的创造性工具。信息技术与其它课程的整合是中小学普及信息技术教育的主要目标之一，也是当前深化教育改革的“突破口”。《国家基础教育课程改革纲要（试行）》中明确指出：必须“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式，学生的学习方式，教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。”因而进行信息技术教育与数学课程整合实验，探索课程整合的实施途径和基本方法，是深化教育改革的需要，也是我们教育工作者应尽的职责。1课题实验的目标与步骤1.1实验目标（1）在信息技术学科方面：探讨如何在学科教学中培养学生在其他学科的教学活动中利用信息技术的能力与意识，为信息技术课程的改革提供理论和实践的参考依据。（2）数学学科方面：探索通过信息技术与数学学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式，学生的学习方式，教师的教学方式和师生互动方式的变革，以优化课堂教学，提高教学质量的方法与模式，为现代教育技术支持下的中学数学教学改革提供参考依据。1.2实验步骤（1）准备阶段：2000年9月至2001年1月本阶段主要任务是学习有关的理论，查阅教学、教改资料，调查教学实际，了解亟待解决的问题，制定实验方案，培训实验教师，设计教案。（2）实验阶段：2001年2月至2004年7月2001年2月至2001年12月，进行首轮探索性实验研究，在初二两个班采用实验研究法进行实验研究，完成形成性和阶段性检测，写出阶段报告和专题论文。2002年2月至2004年7月，在学校各年级以行动研究法为主进行第二轮推广验证性实验研究，总结成果，撰写专题告和论文。(3)总结阶段：2004年8月至2004年12月本阶段的主要任务是：进行终期总结，结题验收，形成实验报告、论文、教案集，完成学科教学网站和教学资源库。2实验的基本原则2.1“任务驱动”教学方法。采用“任务驱动”教学方法，把学生置身于提出问题、思考问题、解决问题的动态过程中学习，通过任务，把计算机和数学科知识和能力要求作为一个整体，有机地结合在一起，学生在完成任务的同时，也就完成了所需要掌握的学习目标的学习。2.2能力培养和知识学习相结合的教学目标。课程整合的最基本的特征，就是它的学科交反馈调节创设情景组织交流变式训练归纳小结引导探究叉性和立足于能力的培养。学生利用信息技术解决问题的过程，是一个充满想象、不断创新的过程，同时也是一个科学严谨、有计划的动手实践过程，十分有助于培养学生的创新精神和实践能力。它使学生学习的重心不再仅仅放在学会知识上，而是转到学会学习、掌握方法和培养能力上，使学生做到知识学习和能力培养的协调发展。2.3“教师为主导，学生为主体”的教学模式。在课程整合的模式中，强调学生的主体性，要求充分发挥学生在学习过程中的主动性，积极性和创造性。学生被看作知识建构过程的积极参与者，学习的许多目标和任务都要学生主动、有目的地获取材料来实现。同时，在课程整合中，教师是教学过程的组织者、促进者和咨询者，教师的主导作用可以使教学过程更加优化，是教学活动中重要的一环。3课题实验实施情况3.1探索创新，初见成效首轮探索性实验是在初二两个班采用实验研究法进行，具体汇报如下：3.11实验方法（1）实验对象根据我校教师任教和学生学习的情况，为了便于实验操作及实验变量的控制，选择初二(3)班为实验班，初二(6)班为对比班，两班人数分别为53人和54人。（2）实验变量及其控制(1)自变量：在总课时不变的前提下，分别对实验班和对比班采用不同的教学方案。(2)因变量：学期末两班学生信息技术和数学知识分别接受同一份测验的成绩,以及应用信息技术解决数学问题的能力。(3)干扰变量的控制：实验班与对比班学生数量、基础、师资力量基本相当；教材、课时、测试内容、评分标准完全相同；在实验过程中，不让学生知道在参加实验。（3）数据分析处理本实验采用准实验设计中的不相等实验组与控制组前测后测设计，并采用独立样本的Z检验对实验结果进行统计分析。3.12实验内容（1）信息技术课：对比班按大纲要求对教学内容分配课时。实验班将每周2课时信息技术课程的教学任务压缩为1课时，由信息技术教师授课；另一课时用于《几何画板》教学及应用练习，由数学教师授课。（2）数学课：对比班采用传统的教学方法和手段进行教学，实验班在教学中以《几何画板》为基本软件，教师讲课时可采用现有的工具软件（如Word,Powrrpoint等）作为辅助软件。在实验中我们坚持以下三大原则：一是效率原则。CAI的目标是解决传统教学所面临的低效问题，因此，必须在教学时间、精力，费用投入相对恒定的情况下，追求最好的教学质量和教学效果；二是与传统教学媒体优势互补原则。并非所有的教学内容都要用计算机，如果用传统教学手段能很好解决的内容就不必采用计算机处理，应当用计算机的优势克服传统教学媒体的不足，实现计算机与传统教学媒体的优势互补；三是以教师为主导、学生为主体的教学设计原则。数学教学过程是教师和学生对数学的意义和价值进行合作性建构的过程。学生是认知的主体，是意义的主动建构者，教师是学生建构活动的设计者、组织者、引导者、帮助者和促进者。必须按照这个原则来进行教学设计。根据现代教育理论及课题实验的目的，我们构建了现代教育技术支持下的中学数学探究性学习课堂教学结构，其过程如右图所示。3.13实验结果(1)提高了学生的信息技术课的学习成绩。初中信息技术是在初二才开始的学科，大家起点一样。实验班的学生在课时数只有对比班一半的情况下，在全市统一的结业考中仍取得较好的成绩（见下表）。初二信息技术结业考成绩统计班级总人数平均成绩标准偏差(S)Z值实验班5385.5217.5192.548对比班5478.5919.369(2)提高了学生的数学学习成绩。上表直观地反映了本实验前后学生学习成绩的变化情况。这两个班在前测成绩相近的情况下，经过一个学期的教学，实验班的优秀率比对比班提高了23.2个百分点。两班的平均分数相差7.73分。计算Z=3.14，P0.01，说明实验班和对比班在测验的平均成绩上存在显著差异，实验班的成绩明显高于对比班。从表中还可以看到实验班的标准差明显小于对比班，这说明实验班的整体水平有所提高，成绩分布相对集中，处于较好的稳定状态。而对比班有两极分化的趋势，属于不均衡发展。(3)培养了学生的创新精神和综合应用计算机与数学知识解决实际问题的能力。实验班学生不仅数学成绩有了显著提高，而且计算机操作水平、应用意识有很大的提高，培养了学生的创新精神和综合应用计算机与数学知识解决实际问题的能力。在校第四届科技文化节中，我组织班级同学利用“几何画板”和“PowerPoint”软件，自选课题制作课件并展示。陆娜等同学的“用运动的观点，特殊化的手段，复习四边形”，以新的视角，创造性地对四边形的知识结构进行重组。潘仲贤等同学的“菱形的画法”，综合应用“几何画板”及几何的有关知识总结出菱形的六种画法。陈耀斌同学的“多边形内角和定理证明”，利用几何画板的动态功能得到了多边形内角和定理的四种证法。这些课件均获得了听课老师好评。（4）初步构建了现代教育技术支持下的中学数学探究性学习课堂教学结构。根据该教学结构，利用《几何画板》软件和网络技术的《平行线分线段成比例定理》一课参加第二届全国初中计算机辅助教学观摩展示会现场示范课比赛，荣获二等奖。（5）完成了三篇实验报告：《信息技术学科教学改革的实践与探索》、《现代教育技术支持下中学数学教学改革实验研究》、《信息技术与数学课程整合实验研究》及多篇论文。阶段性实验报告《信息技术学科教学改革的实践与探索》获省计算机教育优秀论文一等奖，实验报告《现代教育技术支持下中学数学教学改革的实践与探索》获省计算机年会优秀论文一等奖。阶段性实验报告《信息技术与数学课程整合实验研究》获省第八届基础教育论文评选一等奖。3.2以点带面，辐射推广完成首轮探究性实验后，我们于2001年12月20日进行了阶段性汇报，并向全市开了“整合”示范课。首轮探究性实验的成功，不仅探索出一条实施课程整合的途径，也吸引了一批教师投身于课题研究之中。自上学期起我们在各年级进行第二轮推广验证性实验，主要采用行动研究法。为了课题研究的顺利实施，我们采取了以下措施：（1）在初一开设了信息技术课。按省颁教学计划，信息技术课只在初二和高一开设，每周2课时。为了更好地进行课题研究，我们在初一年级开设了信息技术课，与“三防”课交叉，隔周上一节,主要任务是教给学生计算机的基本操作和数学教学中需要的一些工具平台。如学生在学习《统计图的选择》时需要学习电子表格的制作，学习《制作人口图》一课对人口相关问题探讨时需要上网查询以及学习简单的网页制作，任课教师都能根据教学需要，灵活安排教学内容，保证了数学学科的教学需要。（2）支持并规范教师的“行动研究”。教师只要教学需要都可以申请到网络教室上课，并且每节课都给拍录像。但要求授课教师课前必须根据教学目标制定教学计划，缴交教学设计，课后认真观看录像，进行自我反思或组织沙龙式评课，缴交教学实录和教后记。通过“计划——行动——观察——反思”不断提高教师的业务水平。我们于2003年3月13日向全市教师开了三节“信息技术与数学学科课程整合”课题研讨课，分别是初一实践活动课、初二活动汇报课《对称知识活动汇报课》和高一探究性学习课《三角函数)sin(xAy的图象》，均获得听课教师很高的评价。其中《制作人口图》一课被评为福州市2002-2003学年新课程优秀教学案例和2002－2003学年新课程优秀课堂教学录像；《三角函数)sin(xAy的图象》一课参加“福建省现代教育与中学教学改革课例展评交流会”，荣获一等奖。经过一段时间的实践，我们形成了三本“信息技术与数学学科课程整合”论文、课例集，构建了高一数学教学网站和数学教学资源库，课题实验也不断引向深入。4讨论与思考4.1实验班教学方案对学生的影响(1)有利于学生的发现学习。数学学科的高度抽象、形式化的特点，决定了学生在学习数学的过程中，要真正地理解并掌握数学，进而领悟数学中的精神和思想方法，必须要经历一个“再创造”的过程。《几何画板》软件和网络技术为学生提供了一个十分理想的“做数学”的环境，学生在教师的指导下，或在教师所创设的情境帮助下，主动进行探索式、发现式学习，所有的新知识，通过自身的“再创造”，纳入到自己的认知结构中，彻底改变了以讲授“结果”为主，以“灌输”为特征的数学教学模式，实现了对知识意义的主动建构。这对发展学生的认知能力，培养学生的创造力，提高数学素养是大有裨益的。(2)有利于诱发学生良好的学习动机。学习心理学的理论指出：动机在学习中是很有效能的一个因素，它对人的学习可以发挥明显的促进作用。计算机引入数学教学，使学生的学习方式由“听讲”、“记笔记”，更多地变为观察、实验和主动地思考，有利于发挥学生在学习中的主体地位；多媒体计算机图文音像并茂、丰富多彩的知识表现形式，不仅可以有效地激发学生的学习兴趣，产生浓厚的学习动机，同时也可以提供多种感官的综合刺激。大量的实验证实：人类接受外界信息时以视觉获取的信息量最大，占83%，听觉次之，占11%。多媒体技术既能看得见，又能听得见，还能用手操作，这样通过多种感官的刺激所获取的信息量，比单一地听讲强得多，而且还非常有