基于信息化深度学习的初中数学教学实验研究

唐街平

【摘要】基于信息化的数学新课程改革，指向以创新精神和实践能力为培养目标，注重计算机多媒体技术，深度学习与数学课程的有效整合，以建构主义学习理论，多元智能观为理论基础。基于问题学习、探究式学习、自主学习、合作学习、反思式学习等多元化学习方式，由注重教转变为主动学，强调学习者的主动参与智慧化高效率学习，人的潜能的全面发展。在学与教的方法上注重信息素养的养成与有效运用，用计算机技术来教与用技术来学。经过几年的实验研究表明，合理有效地利用网络信息资源与计算机教学技术，有利于实现数学教学观的转变，提高学生的数学学习兴趣，提高学习效率;有利于培养数学学科素养和收集处理信息的能力，创新精神和动手实践能力。

【关键词】初中数学 多媒体技术 深度学习

一、问题的提出

（一）基于现代教育技术与数学新课程改革

21世纪，是多媒体、计算机和网络技术高速发展的时代。“知识的贫困”“信息的贫困”正深刻影响国际竞争力和生存力。信息素养是适应知识经济与信息时代的基本素质之一。计算机辅助教学已向多媒体超文本、网络化方式发展。课堂教学技术“由传统的单一媒体”转向“多媒体”的升级，课程教材与技术的有效整合，人工智能、深度学习智慧化课堂是主要的教学形态。新课标指出：“大力推进信息技术在教学过程中的普遍运用，促进信息技术与学科课程的整合，逐渐实现教学内容的呈现方式与学生学习方式、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学环境和有力的工具。”《数学课程标准（实验稿）》强调“数学课程的设计应重视运用现代教育技术，特别是充分考慮计算器、计算机对数学学习内容和方式的影响，大力开发并向学生提供丰富的学习资源，把现代教育技术作为学习数学和解决问题的强有力工具，致力于改变学生的学习方式，使学生乐意并有更多的精力投入到现实的探索性的数学活动中去。”

（二）基于数学新课程实施中数学教师面临的挑战

数学新课程的实施，呼唤数学教师的数学教育（数学知识观、学习观、教师观）理念的更新。课程内容的理解与把握，三维一体的教学目标（知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观），教学方式的探索与开发。教育信息的有效运用，教育技术的掌握与运用，教学评价的制定与实施等，对教师的教学能力提出严峻的挑战。新课程指出，自主探索和合作交流是最重要的学习方式。注重以问题为载体，通过观察，实验，分析，综合，类比，猜想，概括等探究活动，培养学生的创新精神和实践能力。学习数学不仅是一种接受知识的过程，也是一种知识的探究、生成和再创造的过程。

（三）基于信息化深度学习与教师专业发展

面对信息化的数学新课程改革，教育技术对与教师教学能力面临新的挑战已成事实。高质、高效、顺利地实施新课程理念，每个教师必须具备基本的信息素养（理解技术和运用技术的能力），利用现代教育技术支持学生学习的知识和能力，利用技术开展新的专业实践的知识和能力。

二、研究过程

（一）基于信息化教育整合的建构主义学习观与多元智能学说、成功智能学说的综合

随着通讯技术、深度学习、多媒体计算机和网络技术的飞速发展，教育技术学、人工智能、认知神经科学、人类学等视角对情境认知、真实生活中非正式学习、学习共同体、实践共同体和认知学徒等研究的深入，建构主义观点对学习与教学产生了重要影响。课程改革理论家主张，统整各流派建构主义理论的基础，汲取该学说的合理内核，并从知识观、学习观、课程观、教学观和教学评价观四个方面构成素质教育的理论框架。多元智能学说与成功智力说的综合是素质教育评价观的重要理依据。加德纳持多元智能观，他认为人类至少有7种到8种智能，如语言智能、数理逻辑智能、空间一知觉智能、身体运动智能、音乐智能、人际交往智能，自我认知智能以及自然智能。不同的人有不同的智能强项，在教育领域的运用重视多元化、个性化教学。

（二）基于信息化教育的教学模式探究

所谓信息化教学模式是指技术支持的数字化的教学活动结构和教学方式，它是在技术丰富的教学环境下，直接建立在学习环境设计理论与实践框架基础上，包含相关的教学策略和方法的教学模型。常见的模式有：基于问题的学习，基于项目的学习，基于案例的学习，基于资源的学习，探究学习，协作学习、基于电子学档的学习，认知工具（如概念地图），个性化学习，个别授导，操练与练习，教学测试，教学模拟，教学游戏，智能导师，微型世界，虚拟实验室、情景化学习、虚拟学伴、虚拟学社、协同实验室、计算机支持讲授、虚拟教室等多种化智慧化学习方式。

（三）义务教育初中数学新课程的理念与创新探究

初中数学课程标准理念的核心理念是“以人为本”充分体现“人人学有价值的数学”“人人都能获得必要的数学”“不同的人在数学上得到不同的发展”。在学生的认知发展水平和已有的知识经验基础上，教师应激发学生的学习积极性，向学生提供充分实践活动的机会。帮助他们在自主探索与合作交流的过程中，真正理解和掌握数学的知识和技能，数学思想方法，获得广泛的数学活动经验。学生是数学学习的主人，教师是数学学习的组织者、引导者与合作者。在学与教的方式表现为问题式教学与探究性学习、情景式教学与合作交流式学习、整合式教学与拓展式学习、发展式教学与目标性学习，延伸式教学与自主性学习。在数学教学过程中，注重知识逻辑、教学逻辑、学习逻辑的有效整合，将静态的数学知识观，转变为动态数学知识观，强调通过观察，实践，分析，结合，归纳，类比，猜想，概括等探究活动，培养学生的创新精冲和实践能力。因此，教师必须有效的利用教学资源，科学合理的进行教学设计。

（四）实验举例

1.实验目标：

（1）通过数学学习及计算机技术的有效运用，使学生能够获得适应未来社会生活所需的重要数学知识，教学思想方法以及必要的应用技能。

（2）初步学会借助信息技术，运用数学的思维方式去观察，分析现实社会，去解决日常生活及其它学科中的问题，增强数学应用意识。

（3）借助信息技术的有效使用，提高学生的学习兴趣，增进对数学的理解和学好数学的信心。

（4）使学生具有初步的创新精神和实践能力，学会学习，学会与人合作，学会自主收集处理学习信息。

2.实验对象。合川区三庙中学2019级（1）班和（2）班学生人数分别是72人和68人。（1）为实验班，（2）控制班，实验班用改革的教学方案，控制班用传统教学方法，入学前小学毕业成绩基本相同，教学课时基本相同

3.实验结果：

（1）数据对比分析。对两教学班使用相同的教学参考用书相同的教材只是在教材处理上略有侧重。对学生实验结果从学生参与，学习兴趣，学习方法，学生成绩评估几个维度进行独立大样本Z检验，经过几年实验评估数据分析如下：

表1表示两个班学生在2016～2017年数学教学实验学生课堂参与统计，学习兴趣分析，学习方法，学生成绩分析，实验组优于对照组。

表2重庆市合川区三庙中学2007～2008年教学实验的Z检验结果显示：实验组72对照组68，学生参与分析Z值25.9285★★，学习兴趣分析Z值19.8355★★。学习方法Z值15.249329★★学习成绩分析Z值29.85342★★（p<0.01=。表明两个班学生在2017-2018年数学教学实验学生课堂参与统计，学习兴趣分析，学习方法，学生成绩分析，实验组优于对照组。

表3重庆市合川区三庙中学2018～2019年教学实验的Z检验，数据如下：实验组72对照组68，学生参与分析Z值37.24929★★，学习兴趣分析Z值29.374615★★★★。学习方法Z值31.62442★★，学习成绩分析Z值25.76967★★（p<0.01）。表明两个班学生在2018～2019年数学教学实验学生课堂参与统计，学习兴趣分析，学习方法，学生成绩分析，实验组优于对照组。

（2）相关分析。借助信息技术在教学中的使用，对学生的数学学习成绩、学习方法（技术手段）、学习兴趣、学生参与、意志品质的相关分析。 由表四表明，数学成绩与数学学习方法、数学学习兴趣、数学学生参与（意志品质）都有着非常显著的正相关（P<0.01）。

由表5表明，数学成绩与数学学习方法、数学学习兴趣、数学学生参与（意志品质）都有着非常显著的正相关（P<0.01）。

由表6表明，数学成绩与数学学习方法、数学学习兴趣、数学学生参与（意志品质）都有着非常显著的正相关（P<0.01）。

三、讨论

实验研究表明，信息技术深度学习与教学课程的有效整合，对初中数学产生了较大的影响，他为创设数学环境，培养学生的动手实践能力，深度理解，激发学习兴趣，提高学习效率发挥了重要作用。多媒体技术已经涉及到数学教学的各个方面，与传统的教学系统相比，多媒体数学教学系统具有传输信息量大，速度快，信息量大，速度快，信息传输质量高，应用范围广，交互性强且能加强学生的多重感官刺激等特点，可以说多媒体教学，它为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，发挥了不可估量的作用。

1.现代信息技术对传统数学教育的突破。从教学时空的突破看，教学空间从封闭走向开放。教学时间，从制定走向选择，从课程和文化坏境的突破看：信息载体从印刷体转向网络与多媒体，从课程结构看，从“大锅饭”转向“自助餐”。从文化环境看，从单一文化转向多元文化，从教学形式和结构的突破看，教学形式，从集体单向化转向多样化和交互式。从教学结构看，从封闭式垄断式转向开放式和跨时空资源分享。在教师与学生的关系上，教员：从施教者转变为教学过程设计者和学员学习的指导者。学员;从学习知识的接受者和教学对象转变为学习的主人;教学媒体：从演示工具转变为认知工具;教学过程，从知识传授转变为教员指导下学员自主学习过程;从教育理念看，教学设计的理论基础从行为主义，指向建构主义，从学校学习转化为移动学习，从教师“中心”转变为“学生”中心。

2.多媒体课件与传统教学手段的对比分析。传统的教育技术手段表现为：手写、手画、说明、传递速度慢、容量小、传输的是静态的，离散的，只能展示条件和结果，展现外部抽象，教师口头描述，学习者只靠头脑想象使教学枯燥无味，缺乏对数学定理、公式的理解，只好死记硬背。用技术作手段的数学教学，强调知识的情境性、虚拟性，用电子设备展示过程例如主题数学动画（概念主题动画，命题主题动画，数学思想主题动画，语言符号主题动画等）有利于丰富感知，升华数学观点，开阔数学思维，实现数学观念的转变，表现为展示速度快，容量大，可直观展示数学知识的产生和发展过程，逐渐走向可视化等用技术支持学习结构和功能。

3.信息技术应用初中数学教学中的功能分析。信息技术应用初中数学教学的功能分析可以表现为以几个方向：第一，信息技术应用初中数学教学可实现教师教学方式的根本转变，利用技术将过去的传统的静态的书本教材转变为由声音、图像、文本、动画构成的动态教材，同时也将教书内容扩展到各个方面。第二，信息技术应用初中数学教学可实现教学结构方式的根本改变，信息技术提供了丰富的学习资源，使得学生获取知识的渠道越来越多，从而有力激发了学生学习数学的兴趣，开拓学生的数学视野，有助于自主学习发现式学习，探究性学习。第三，信息技术的应用，有利于实现学生学习方式的转變，作为工具的技术，既是教学的主宰者、支持者、合作者、又是辅助工具、交流工具、研究工具、思维工具，在支持数学学习活动中可以分为三种水平：（1）静态演示工具水平;（2）动态演示工具水平;（3）数学实验工具水平。信息技术有助于学生从“听数学”转变为“做数学”，教师可以利用教学软件创设“数学实验”来取代传统的灌输教学模式，有利于学生自主参与，主动探索从而改变学生的学习方式。

4.信息化教育教学资源与传统的教育教学资源不同。信息化教育教学资源呈现丰富化、多样化、自主选择性。传统的数学学习表现教书死、死教书，教学内容封闭、过分看重教材、教科书的权威性，教学内容、教学评估受到很大的限制，不利于创造能力培养，缺少对教材的分析批判。而基于信息化的课程资源呈现丰富性，关注学习者的数学现实，现实的社会生活经验，数学生活化、情境化，教学是用教材、用批判性思维整合多种教学资源，不断反思，指向处方式教学设计。教学资源呈现数字化、网络化、智能化和多媒体化，数字图书馆、电子阅览室、网上报刊和数据库、多媒体电子书、虚拟实验室、教学游戏等，为教师教学和学生学习提供多种选择。

5.基于信息技术支持的初中数学指向主题式教学。问题牵引、数学问题化，问题情境化，情境生活化，素质教育的核心在于创新，而创新的核心在于思维，思维的土壤是问题。杜威认为思维源于直接体验到疑难性问题，思维的功能在于将体验到的模糊的、疑难的、矛盾的和某种混乱的情形转化为清晰、连贯、确定、和谐的情形。在于把困难克服、疑点解除，问题解答。传统的教育很少产生问题，学生缺乏问题意识。问题是数学知识的心脏，问题是学生学习数学的心脏，问題是教师教学的心脏，问题化教学设计指向：“问题环境——技术，问题——过程——技术，问题——评价——技术。对教师教学设计而言，其基本流程为：设计教学问题——创设问题情境——生成教学问题——确定教学任务——引导数学活动——提供教学资源——评价教学结果。就学习者而言：明确学习目标——投入问题情境——感知学习问题——获得学习任务——开展学习活动——获得学习资源一解决学习问题。实验研究表明，信息技术支持的问题化教学，有助于学生的动手实践能力、探索精神、创造实践能力。

四、基于信息化初中数学教学实验研究结论

1.借助信息技术能够激发学生学习数学的兴趣，加深对数学概念、数学定理、数学思想方法的理解。

2.借助信息技术有利于实现教师知识呈现的方式和学生学习方式的转变。

3.通过信息技术的有效运用能够逐步培养学生使用计算机处理信息的能力，自主学习能力，与此同时，也提升教师的教学能力。

4.能够初步培养学生的创新精神，运用数学的观点处理现实中的数学问题的能力。

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