信息技术与课程整合--深化学科教学改革的根本途径(下)

北京师范大学现代教育技术研究所 何克抗

1 忽视教学模式改革的严重后果

我国的教育理论界正是因为存在上述两个误区，所以对教学结构问题一直没有给以足够的重视，教学改革也就始终未能抓住主要目标因而一直未能击中要害，这就是多年来教学改革尽管作了大量工作却没有大的突破的主要原因。为此，我们的国家，我们的民族不得不付出沉重的代价——使得以教师为中心的教学结构几十年来长期统治我国各级各类学校的课堂，从而抑制了我们几代具有创新思想和创新能力的创造型人材的成长。这个结论是武断的吗？是危言耸听的吗？不，这是一个完全合乎事物逻辑的科学结论。这是因为，以教师为中心的教学结构在心理学方面的基础是行为主义。这种教学结构长期统治我国各级各类学校的课堂就使行为主义学习理论在我国各级各类学校中有着根深蒂固的影响。众所周知，行为主义学派主张心理学只研究外显行为，反对研究意识和内部心理过程。他们把个体行为归结为个体适应外部环境的反应系统，即所谓“刺激—反应系统”，学习的起因被认为是对外部刺激的反应，但是他们不关心刺激所引起的内部心理过程，认为学习与内部心理过程无关，因此只要控制刺激就能控制行为和预测行为，从而也就能控制和预测学习效果。这就是行为主义学习理论的基本观点。根据这种观点，人类学习过程被解释为被动地接受外界刺激的过程，而教师的任务只是提供外部刺激，即向学生灌输知识。学生的任务则是接受外界刺激，即理解和吸收教师传授的知识。由于我国教育理论界以认识论取代对教学过程中认知规律的研究，导致绝大部分中小学老师不了解人类学习过程的认知规律，不熟悉甚至完全不懂认知学习理论，这就为行为主义大开方便之门，使行为主义学习理论在我国特别盛行。至今仍有许多学校强调学生的任务就是要消化、理解老师讲授的内容，把学生当作灌输的对象、外部刺激的接受器、前人知识与经验的存储器，忘记了学生是有主观能动性的、有创造性思维的活生生的人。由于这种行为主义理论长期潜移默化的影响，使我国绝大多数学生逐渐养成一种不爱问不想问“为什么”、也不知道要问“为什么”的麻木习惯，和形成一种盲目崇拜书本和老师的迷信思想：“书本上的都是经典，老师讲的必定正确，对书本和老师都不能怀疑。”这种思想观念代代相传，不断强化，就使学生的发散性思维、逆向性思维被束缚、被禁锢，敢于冲破传统、藐视权威的新思想、新观念被贬斥、被扼杀，大胆幻想的翅膀被折断，作为学习过程主体的学生其主动性无从发挥。这就等于从基底上移走了具有创新思想和创新能力人材赖以孕育、滋生和成长的全部土壤，创造型人材的培养就成了难以实现的空中楼阁。事实上，已经有许多有识之士通过中美两国学生不同特点的对比，看到了这个严酷的事实。例如，他们指出，美国学生在上课时可以随意打断老师的讲课，提出自己的问题和不同的观点；而在我们国家，除非老师主动提问否则是不容许学生这样做的，学生也决不敢这样做。其结果是使中国的大学生、研究生和美国的同类学生相比，从总体上说创新思维、创新能力明显不如对方。江泽民同志在今年2月14日的讲话中指出： “创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。……一个没有创新能力的民族难以屹立于世界先进民族之林”。而我们的教育培养出来的学生却普遍缺乏创新思维、创新能力，难以适应未来21世纪的需要——这就是我们多年来忽视教学模式改革所造成的严重后果，也是我们为教育科学理论研究走入误区而付出的沉重代价。

2 当前深化教学改革的主要目标——创建新型教学结构

基于以上分析，我们认为，为了推进我国教育的深化改革，以利于具有创新能力人材的成长，必须明确认清教学过程的本质，在先进的教育科学理论的指导下，把改变传统的以教师为中心的教学结构，创建既能发挥教师主导作用(在中小学阶段教师发挥主导作用是必要的，而在高等教育阶段则将教师的“主导作用”改为“指导作用”要更恰当些)又能充分体现学生主体作用的新型教学结构，作为当前各级各类学校深化教学改革的主要目标。

传统教学结构的弊病，并不在于主张发挥教师的主导作用，而在于把教师的主导作用任意夸大并绝对化。为了达到教学过程最优化，使学生获得最佳的学习效果，教师的主导作用(或指导作用)是必不可少的——尤其是在中小学阶段更是如此。所以新型教学结构的创建决不应忽视这一方面而走到另一个极端——片面强调以学生为中心，完全让学生自由去探索，忽视教师(甚至也忽视教材)的作用，就象目前国外有些极端的建构主义者所主张的那样[5]，这种片面性我们从一开始就应当避免。与此同时，考虑到几十年来毕竟是以教师为中心的教学结构统治课堂，由教师主宰整个教学活动进程而把学生置于被动地位已成为传统教学的习惯与常规，因此在当前的教学改革中，更多地强调要发挥学生的主动性，要充分体现学生的主体作用，甚至提出应以建构主义理论为指导(建构主义主张教师指导下的以学生为中心的学习)来建立新型的教学模式，我们认为这也是完全必要的，这对于冲击多年来以教师为中心的片面性(只看到教学过程这一矛盾中教师的“教”这一个侧面，而忽视学生的“学”这另一个侧面)，和批判机械的“外因论”(只重视教师提供的外部刺激，而忽视学生的内部心理过程)都是大有好处的。换句话说，当前创建新型教学结构的核心(或者说，当前深化教学改革的关键)在于，如何充分发挥学生在学习过程中的主动性、积极性与创造性，使学生在学习过程中真正成为信息加工的主体和知识意义的主动建构者，而不是外部刺激的被动接受者和知识灌输的对象；教师则应成为课堂教学的组织者、指导者，学生建构意义的帮助者、促进者，而不是知识的灌输者和课堂的主宰。要实现上述教改目标就决然离不开信息技术与各学科课程的整合，这可以从以计算机为核心的信息技术的特性加以论证。

3.以计算机为核心的信息技术可为新型教学结构的创建提供最理想的教学环境。

以计算机为核心的信息技术主要指多媒体计算机、教室网络、校园网和因特网(Internet)。作为新型的教学媒体，它们具有以下五种对于教育、教学过程来说，是极为宝贵的特性，可以为新型教学结构的创建提供最理想的教学环境。

（1）多媒体计算机的交互性有利于激发学生的学习兴趣和认知主体作用的发挥

人机交互是计算机的显著特点，是任何其他媒体所没有的。多媒体计算机进一步把电视机所具有的视听合一功能与计算机的交互功能结合在一起，产生出一种新的图文并茂的、丰富多彩的人机交互方式，而且可以立即反馈。这样一种交互方式对于教学过程具有重要意义，它能有效地激发学生的学习兴趣，使学生产生强烈的学习欲望，从而形成学习动机。

此外，这种交互性还有利于发挥学生的认知主体作用。如上所述，在传统的教学过程中一切都是由教师主宰：从教学内容、教学策略、教学方法、教学步骤甚至学生做的练习都是教师事先安排好的，学生只能被动地参与这个过程。而在多媒体计算机这样的交互式学习环境中学生则可以按照自己的学习基础、学习兴趣来选择所要学习的内容，和适合自己水平的练习；如果教学软件编得更好，连教学策略也可以选择，比如说，可以用个别化教学策略，也可以用协商讨论的策略。这就是说，学生在这样的交互式教学环境中有了主动参与的可能，而不是一切都听从教师摆布，学生只能被动接受。按照认知学习理论的观点，人的认识不是外部刺激直接给予的，而是外部刺激与人的内部心理过程相互作用的产物。为了有效的认知，外部刺激是需要的，但起决定作用的还是人的内部心理过程。在教学过程中学生才是认知的主体，必须发挥学生的主动性、积极性、才能获得有效的认知，这种主动参与性就为学生的主动性、积极性的发挥创造了良好的条件，从而使学生能真正体现出认知主体作用。

（2）多媒体计算机提供外部刺激的多样性有利于知识的获取与保持

多媒体计算机提供的外部刺激不是单一的刺激，而是多种感官的综合刺激。这对于知识的获取和保持，都是非常重要的。实验心理学家赤瑞特拉(Treicher)作过两个著名的心理实验，一个是关于人类获取信息的来源，即人类获取信息主要通过哪些途径。他通过大量的实验证实：人类获取的信息83%来自视觉，11%来自听觉，这两个加起来就有94%。还有3.5%来自嗅觉，1.5%来自触觉，1%来自味觉。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，比单一地听老师讲课强得多。信息和知识是密切相关的，获取大量的信息就可以掌握更多的知识。他还作了另一个实验，是关于知识保持即记忆持久性的实验。结果是这样的：人们一般能记住自己阅读内容的10%，自己听到内容的20%，自己看到内容的30%，自己听到和看到内容的50%，在交流过程中自己所说内容的70%。这就是说，如果既能听到又能看到，再通过讨论、交流用自己的语言表达出来，知识的保持将大大优于传统教学的效果。这说明多媒体计算机应用于教学过程不仅非常有利于知识的获取，而且非常有利于知识的保持。（3）多媒体系统的超文本特性可实现对教学信息最有效的组织与管理

超文本(Hypertext)是按照人脑的联想思维方式，用网状结构非线性地组织管理信息的一种先进技术。如果所管理的信息不仅是文字，而且还包含图形、动画、图像、声音、视频等其他媒体信息，那就成为一个超媒体系统，换句话说，超媒体就是多媒体加超文本。事实上目前的几乎所有多媒体系统都是采用超文本方式对信息进行组织与管理。因此通常也可以对超媒体系统与多媒体系统不加区分，即把超文本看作是多媒体系统的一种固有特性。如果按超文本方式组织一本书，就和传统的文件或印刷的书籍完全不同，这时的正文(文章、段落、或一句话、一个词)都按相互间的联系被组织成正文网。这本书无所谓第一页和最后一页，从哪段正文开始阅读，以及接下来读什么都由读者的意愿来决定。选择下一段正文的依据不是顺序，也不是索引，而是正文之间的语义联系。认知心理学的研究表明，人类思维具有联想特征。人在阅读或思考问题过程中经常由于联想从一个概念或主题转移到另一个相关的概念或主题。所以按超文本的非线性、网状结构组织管理信息和按传统文本的线性、顺序结构组织管理信息相比较，前者更符合人类的思维特点和阅读习惯。超文本之所以具有上述优越性是由其结构特征决定的，超文本的基本结构由节点(node)和链(link)组成。节点用于存储各种信息，节点内容可以是文本、语音、图形、动画、图像或一段活动影像，节点大小可以是一个窗口也可以是一帧或若干帧所包含的数据；链则用来表示各节点(即各种信息)之间的关联。节点和链均有多种不同的类型因而形成各种不同的多媒体系统。

利用多媒体的超文本特性可实现对教学信息最有效的组织与管理：

可按教学目标的要求，把包含不同媒体信息的各种教学内容组成一个有机的整体。例如，外语教学目标通常有“听、说、读、写”等四方面要求，相应的教学内容应包含文字、语音和视频等不同媒体的信息，但是在传统的印刷教材中，有关语音和活动影像的内容无法与文字内容组成一体化的教材，只能以教科书、录音带、录像带三者各自独立的形式，分别出版，既不便于教师的教，也不便于学生的学。与超文本方式组织的图、文、音、像并茂的丰富多采的一体化电子教材不可同日而语。

可按教学内容的要求，把包含不同教学特征的各种教学资料组成一个有机的整体。教学内容的每个单元均包含课文、练习、习题、测验、对测验的解答及相应的演示或实验等，把这些教学内容相关而教学特征不同的教学资料有机地组织在一起，无疑对课堂教学、课外复习或自学都是大有好处的，利用超文本方式可以很自然而方便地实现这一点。但是若按传统的线性、顺序方式把这些不同特征的教学内容组合在一起则将成为杂乱无章的、让人无法阅读的大杂烩。

可按学生的知识基础与水平把相关学科的预备知识及开阔视野所需要的扩展知识组成有机的整体。因材施教是优化教学过程的重要目标之一，但由于学生个体之间差异很大，要在传统印刷教材中同时满足基础较差学生、一般学生和优秀学生对教学内容的不同需求是作不到的，而在多媒体电子教科书中这却是轻而易举的事情，只需利用超文本特性设置和预备知识有关的热键以及和扩展知识有关的热键即可。

（4） 计算机网络特性有利于实现能培养合作精神并促进高级认知能力发展的协作式学习

传统CAI只是强调个别化教学，个别化教学策略对于发挥学生的主动性和进行因人而异的指导无疑是有好处的，但是随着认知学习理论研究的发展，人们发现只强调个别化是不够的，在学习高级认知能力的场合(例如对疑难问题求解或是要求对复杂问题进行分析、综合、评价的场合)，采用协作(Collaboration)式教学策略往往能取得事半功倍的效果，因而更能奏效。 所谓协作式教学策略，要求为多个学习者提供对同一问题用多种不同观点进行观察比较和分析综合的机会，以便集思广益。这不仅对问题的深化理解和知识的掌握运用大有裨益，而且对高级认知能力的发展、合作精神的培养和良好人际关系的形成也有明显的促进作用，因而，基于计算机网络的协作学习正日益受到国际上愈来愈多教育工作者的研究与关注。目前在基于Internet的教育网络中，常用的协作式教学策略有竞争、协同、伙伴和角色扮演等多种不同形式。可以说，协作式是最能体现网络特性，也最有利于21世纪新型人材培养的一种教学策略之一，目前围绕协作式教学策略的探索，已成为国际上计算机网络教育领域的一个研究热点。 （5） 超文本特性与网络特性的结合有利于实现能培养创新精神和促进信息能力发展的发现式学习。

如前所述，创新能力和信息能力(包括信息获取、信息分析与信息加工能力)是信息社会所需新型人材必需具备的两种重要的能力素质。这两种能力素质的培养需要特定的、有较高要求的教学环境的支持，多媒体的超文本特性与网络特性的结合，正好可以为这两种能力素质的培养营造最理想的环境。众所周知，因特网(Internet)是世界上最大的知识库、资源库，它拥有最丰富的信息资源，而且这些知识库和资源库都是按照符合人类联想思维特点的超文本结构组织起来的，因而特别适合于学生进行“自主发现、自主探索”式学习，这样就为学生发散性思维、创造性思维的发展和创新能力的孕育提供了肥沃的土壤。与此同时，由于学生从小就有机会在Internet这样的信息海洋中自由地探索、发现，并对所获取的大量信息进行分析、评价、优选和进一步的加工，然后再根据自身的需要加以充分的利用，显然，在这个过程中学生必将得到关于信息能力方面的最好的学习与锻炼，从而能较快地成长为既有高度创新精神、又有很强信息能力的符合21世纪需求的新型人材。

综合以上五个方面的分析可知，以计算机为核心的信息技术确实具有优化教育、教学过程的多种宝贵特性，这些特征的集中体现就是能充分发挥学生的主动性与创造性，从而为学生创新能力和信息能力的培养营造最理想的教学环境，而这样的环境正是创建新型教学活动进程的结构所必不可少的。

四、关于信息技术与课程整合的实践探索

将信息技术与各学科课程加以有机整合，近年来国内已有许多地区、许多单位在不同的学科领域进行试验性探索，并已在不同程度上取得效果，其中有些效果还相当突出，很令人鼓舞。这里仅举两个试验时间较长、影响较大的教改试验研究项目为例，用以说明信息技术与课程整合不仅是信息技术教育课入发展的需要；而且通过几年来的试验探索，它在的实际效果也已逐步得到证实。这两个教改项目，一个是语文“四结合”教学改革试验研究项目，另一个是运用“几何画板”革新数学教学的试验研究项目。下面就对这两个项目作一简要的介绍。 1. 语文“四结合”教学改革试验研究项目

《语文“四结合”教学改革试验研究》是教育部基础教育司的重点科研项目，该项目是以计算机为基础的现代教育技术为手段，运用先进的教育科学理论为指导，探讨深化基础教育改革的途径，把小学语文教育与计算机教育融为一体，做到“识字教学、阅读理解、作文训练、电脑应用”四者结合。其主要目标是要改变传统的以教师为中心的教学模式，建构一种既能发挥教师的主导作用又能充分体现学生认知主体作用的新型教学模式（双主模式）。在此基础上实现教学内容、教学手段和教学方法的全面改革。该项目自1994年2月由原国家教委基础教育司批准立项以来，先后分批在全国许多地区进行试验研究。由第一批只有7个城市的13所学校，到现在已覆盖全国22个省市共500多所试验学校，而且发展势头有增无减。如今，试验范围已从小学扩大到初中和高中。其影响已扩展至香港、台湾和新加坡等华人区。教育部基础教育司和电化教育办公室从97年开始实施一个大规模的“全国中小学现代教育技术实验学校”项目，经该项目专家指导委员会讨论决定，在其一千所中小学试验校中也将逐步开展“四结合”教改试验。

目前“四结合”试验研究已取得明显效果，不论在识字、阅读还是在作文教学方面都有了一定的突破，不仅促进了语文教学模式的改革，较大幅度地提高了教学质量和教学效率，而且使学生在学习语文的同时，获得了一定的计算机操作技能。下面我们仅就“四结合”项目在教学模式方面所作的探索进行介绍和评述。

(1) 小学生识字的双主教学模式

这个模式可用“看—听—说—写—打—想”六个字来概括。

看：看字形，分析生字的间架结构；

听：听老师的讲解和示范读音；

说：说出生字的拼音、部首、笔画顺序、生字的字义和生字的“认知码”编码(一种符合汉字笔画、笔顺和部件规范，又符合识字教学规律的编码)；

写：进行拼写和汉字书写练习并写出生字的“认知码”编码；

打：按所写出的汉字编码，用键盘输入，看是否能打出所要的汉字；

想：激励学生联想。可以给出基本字由学生加部件组成新字；也可以给出单字让学生联想组词(或“组词接龙”)；还可以给出词语让学生联想造句。并让学生把加部件组成的新字以及通过联想组成的词语和句子都输入计算机，以达到加深对汉字的音、形、义理解的目的。

按这个模式教学的过程中，教师一方面在“看”和“听”环节中，充分利用多媒体识字教学软件，演示生字的笔画、笔顺、汉字部件、间架结构、正确读音和汉字编码（发挥主导作用）。同时让学生“说”、“写”、“打”，使学生的眼、耳、口、手等多种感官同时接受刺激，手脑并用，自始至终积极参与教学过程，从而对学习产生浓厚的兴趣，通过人机交互、立即反馈学生还可以自我发现自己对汉字音、形方面的错误认识，从而有助于主动建构关于汉字知识的意义（体现主体作用）。加上在教学过程中，教师非常注意及时纠正学生在笔画、笔顺、读音、部件、间架结构及字义等方面的常见错误（发挥主导作用），所以能加深学生对语文知识的理解和巩固，在实际教学过程中效果十分显著。

(2) 小学生阅读的双主教学模式

在传统教学中，阅读理解课的教学目标一般是通过“预习、重点字词讲解、默读、朗读、查字典、小组讨论和总结”等环节来达到。其中主要教学环节是默读、朗读和讲解。在传统教学模式下由于班级集体授课和每节课时间的限制，在一堂课上老师只能结合课文的重点字词进行讲解并就课文进行示范朗读，实际能让学生自己默读和朗读的机会很少。要完成阅读理解课的教学目标，关键是要让每个学生都能积极、主动地进行默读和朗读，即全身心参与阅读过程。显然，在传统教学模式下，对于大多数学生来说这是难以做到的(只有少数优秀学生才能达到)。有计算机特别是多媒体计算机作为教学媒体，就可以通过编制大量与当前课文紧密配合的课外阅读课件（通常称之为“同步阅读课件”）来解决这个问题。当老师讲解完课文中的重点字词后，除了让学生默读和朗读课文以外，还可让学生从计算机中选择若干同步阅读课件来进行学习。这类课件不仅能提供适合学生理解水平的、既有趣味性又符合教学要求的阅读材料，还可通过改变显示时间的长短和适当的提问与测验来检查学生的阅读速度和对阅读内容的理解程度。由于多媒体教学软件具有超文本结构，学生在阅读过程中若遇到难以理解的字词，可以通过“热键”方式随时在计算机上查询，省去传统教学中的“查字典”环节。这种自主、交互的阅读学习方式，从内容的选择到效果的检查都可以按照个别化方式进行，因此既可以大大增加全班每一位学生的课外阅读量，又可以充分发挥每位学生自己的主动性与积极性，同时还大大减轻了老师的教学负担。在此基础上，还可在计算机系统上进行全班性的阅读速度和阅读理解能力的竞赛(在给定时间内让全班学生阅读同一篇课外读物并由计算机评分)，通过寓教于乐，达到更好的教学效果。

上述阅读教学模式，可用“预习—重点字词讲解—课文默读与朗读—利用课件阅读—阅读竞赛(包括阅读速度与理解能力两方面的竞赛)—师生共同总结”等六个教学环节来概括。其中除第2、6两个环节主要由教师起主导作用，其余环节（包括第6环节）均可体现学生的主体作用。这种阅读教学模式的优点是，通过自主选择阅读内容和自我测验的方式有利于发挥学生的主动性，另外由于增加了阅读量可以有效地提高学生的阅读理解能力。 (3) 小学生低、中年级段作文的双主教学模式

根据小学语文教学大纲的规定，低年级只要求能写话和写片段，中年级要求能写短的记叙文，高年级则要达到作文教学的全面要求，即既要有用词造句、布局谋篇的文字表达能力，又要有观察事物、分析事物的能力。在传统教学中，低、中年级段是先学会看图写话，然后逐步过渡到根据画面上的情境写出描述性的片段文字或短文，以初步培养学生观察事物的能力、想象能力和用词造句的能力。高年级则强调通过实际观察、现场体验，一方面进一步培养学生的想象能力和观察事物、分析事物的能力；另一方面在观察、分析的基础上要求用通顺连贯的句子、明白确切的语言写出学生自己的真情实感，以锻炼用词造句、布局谋篇的文字表达能力。显然，低、中年级段的看图写话训练和根据画面情境写出片段文字或短文的训练，对于高年级学生的文字表达能力和观察分析事物的能力的形成与发展也具有重要的作用。小学低、中年级段的看图写话和写片段的教学不仅是高年级作文教学的基础，也是一个人毕生能力发展的基础，所以应给予足够的重视。

我们把多媒体计算机应用于小学低年级和中年级的作文教学中，并采用由“创设情境—指导观察—局部分说—整体总说—打字表达—评议批改”等六个教学环节所组成的新型教学模式来进行作文教学试验。其中除第1、2、6三个环节主要由教师发挥主导作用以外，其余环节（包括第6环节）均可体现学生的主体作用。

在“创设情境”环节中，根据不同的教学内容，设计并利用不同的多媒体教学软件，通过多媒体的真实情境引起学生的观察兴趣，利用多媒体软件提供的图象、动画、活动影像等图文音像并茂的情境代替课本上的静止画面，让学生“看情境讲述”或“看情境写话”(写一段话或写一篇短文)。由于多媒体计算机提供的情境比课本更生动更真实，能更容易引起学生的兴趣，因此有助于培养学生观察事物的能力，也更容易激发与培养学生的想象力。利用多媒体软件的友好交互界面和多媒体的超文本结构，教师可以针对学生的实际情况，按照由表及里、由浅入深、由个别到一般、由具体到抽象的认识规律，采用不同的观察方式，有效地指导学生进行观察，以提高学生观察事物、分析事物的能力。与此同时教师要积极启发学生的想象力，在想象的基础上采用先“局部分说”，然后“整体总说”的方式让学生练习口头讲述。这样既可贯彻由简到繁、循序渐进的教学原则，使学生不会感到有压力。又可为认知主体提供更多的练习“讲述”或“写话”的机会，即主动进行语言文字表达的练习机会。 在“打字表达”环节中，让学生在观看活动情境的同时，把想写的一段话或想写的一篇短文，通过“想打”方式，用键盘在屏幕上打出来。这样就可达到让每一个学生都积极思维、都主动参与的目的，所以，这里的“打字”是起促进思维、帮助认知的作用，而不是要在这个环节让学生去练打字。在“评议批改”环节中，通常是在教师指导下，由学生参与评议和修改。如果是在计算机网络环境下则可以选择学生中的优秀作文或有典型错误的作文发送到每个学生的终端机上，供全班同学共同赏析和评议。这种基于网络(特别是基于多媒体网络)的评议批改，由于全班学生都能看到同一篇作文，就能使每个学生都来积极参与评议和修改。在试验中学生普遍表现出很高的参与热情，因而能收到传统作文教学无法比拟的效果。

2. 运用“几何画板”革新数学教学的试验研究项目

“几何画板”是人民教育出版社和全国中小学计算机教育研究中心（以下简称“中心”）于1995年联合从国外引进的工具平台类优秀教学软件。该软件功能强大，能方便地用动态方式表现对象之间的关系，教师利用该工具平台既可根据自己的教学需要编制与开发课件，又可便于学生进行主动探索。自93年“中心”推出几何画板的汉化版以来，很快受到数学教师的欢迎，经过“中心”近两年举办多期有关几何画板的应用培训班及部分学校的积极试验，目前运用几何画板进行数学教学革新的思想已开始为教师们所接受，并已逐渐在全国不少中学的教学中应用和推广。由于几何画板既能创设情境又能让学生主动参与，所以能有效地激发学生的学习兴趣，使抽象、枯燥的数学概念变得直观、形象，使学生从害怕、厌恶数学变成对数学喜爱和乐意学。让学生通过做“数学实验”去主动发现、主动探索，不仅使学生的逻辑思维能力、空间想象能力和运算能力得到较好的训练，而且还有效地培养了发散性思维和创造性思维的能力。为了了解如何运用几何画板来建构新型的数学教学模式，我们来看下面两个例子。 [示例1]：运用几何画板讲授抽象数学概念[5]

北京知春里中学杜利平老师对“轴对称”概念的讲授是这样进行的：杜老师先利用几何画板制作了一只会飞的花蝴蝶，这只蝴蝶刚一“飞”上屏幕，立刻就吸引了全体同学的注意，一些平时不爱上数学课的学生这时也活跃起来。同学们根据蝴蝶的两只翅膀在运动中不断重合的现象很快就理解了“轴对称”的定义，并受此现象的启发还能举出不少轴对称的其他实例。这时再在屏幕上显示出成轴对称的两个三角形，并利用几何画板的动画和隐藏功能，时而让两个对称的三角形动起来，使之出现不同情况的对称图形（例如图形在对称轴两侧、两图形交叉或是对称点在轴上等）；时而隐去或显示一些线段及延长线。在这种形象化的情境教学中，学生们一点不觉得枯燥，相反在老师的指导和启发下他们始终兴趣盎然地在认真观察、主动思考，并逐一找出了对称点与对称轴、对称线段与对称轴之间的关系，在此基础上学生们很自然地就发现了轴对称的三个基本性质并理解了相应的定理，从而实现了对知识意义的主动建构。 [示例2]：运用几何画板做“数学实验”[5]

几何画板可以为做“数学实验”提供理想的环境。用画板几分钟就能实现动画效果，还能动态测量线段的长度和角的大小，通过拖动鼠标可轻而易举地改变图形的形状，因此完全可以利用画板让学生作数学实验。这样，就可用新型教学模式取代主要靠教师讲授、板书的灌输式教学模式。由于教学过程主要是让学生自己做实验，所以教师在备课时考虑的主要不是讲什么、怎样讲，而是如何创设符合教学内容要求的情境，如何指导学生做实验，如何组织学生进行协作学习和交流……。这样，教师就要由课堂的主宰、知识的灌输者转变为教学活动的组织者、学习情境的创设者、学生实验过程的指导者和意义建构的帮助者。在以往的数学教学中，往往过分强调“定理证明”这一个教学环节，而不太考虑学生们直接的感性经验，致使学生难以理解几何的概念与几何的逻辑。几何画板则可以帮助学生从动态中去观察、探索和发现对象之间的数学关系与空间关系，因而能充当数学实验中的有效工具，使学生通过计算机从“听数学”转变为“做数学”。例如，为了让学生较深刻地理解两个直角三角形全等的条件，可以让学生利用几何画板做一次这样的数学实验：在该实验中，学生可通过任意改变线段的长短和通过鼠标拖动端点来观察两个三角形的形态变化，从中学生可以直观而自然地概括出直角三角形全等的判定公理，并不需要由教师象传统教学中那样作滔滔不绝的讲解，而学生对该定理的理解与掌握反而比传统教学要深刻得多。通过上面两个例子可以清楚地看到，基于几何画板的数学教学完全是一种新型教学模式，其特点就是在教师的指导下，或在教师所创设情境的帮助下，由学生主动进行探索式、发现式学习，也就是既发挥教师主导作用又充分体现学生主体作用的“双主模式”。大量的数学教学实践证明，这种模式与传统的以教师为中心的模式相比，不论是教学的质量还是效率都有显著的提高，这充分体现了新型教学模式的优越性。由于这种模式的实施离不开几何画板（一种计算机工具软件），所以这等于是实践对ME命题所作出的有力证明，换句话说，实践表明以计算机为基础的现代教育技术对于教学的深化改革确实具有决定性的意义。