多媒体在数学教学中的应用

Question

我国多媒体技术在数学教育领域内的应用还处于起步阶段.它应该如何发展才适合我们的教学等课题,十分值得从不同的角度进行深入的研究和探索. 这里所说的不同角度有哪些？

Answer 1

21世纪，知识经济初见端倪，信息技术突飞猛进，以多媒体技术和网络技术为核心的信息技术，正在以排山倒海之势，冲击着整个教育，不仅是教学方法与手段的变革，它对教育观念、教育思想、教育内容、教育理论及教育模式都将引起更深层次的变革，信息技术与学科整合成了教学改革的一个突破口。一方面，我国基础教育正经历一次深刻的大变革，以《基础教育课程改革纲要(试行)》为指导，全面推进素质教育的中小学课程改革正在全国范围内展开。这是一场基于知识经济的教育创新，一场基于现代信息技术的学习大革命。另一方面，随着我国经济的飞速发展，对基础教育的重视，经费投入的增加，在不远的将来，信息技术将更广泛地改善中小学的教学环境，多媒体计算机、大屏幕投影设备和网络将进入每一间课室。这样，如何适应教育环境的这种深刻变化，如何最有效地使用信息技术提高教学质量，研究信息技术与学科教学的整合问题，就成为广大教育工作者一个迫切需要研究的问题。
一、多媒体技术在数学教学中的作用
计算机最初的发展是与数学密切联系的，直到现在，计算机与数学还存在着特殊的关系。计算机是数学的创造物，又是数学的创造者。1985年曾在法国的斯特拉斯堡专门召开国际讨论会，研究计算机多媒体对数学和数学教育的影响。利用计算机屏幕演示可及时处理数学教学中的大量数据和图像，能展看一些连续变化的教学过程，形成鲜明逼真的动态效果，使抽象的理论按其本来面目完整地表露在学生面前，帮助学生形成抽象概念。计算机不仅可以为数学概念、定理、性质提供足够的范例，帮助学生从不同的角度理解抽象概念的内涵与外延，其图形功能也有利于培养他们的空间想象力。利用计算机辅助数学教学不但有助于提高学生抽象分析、想象及创造思维能力，而且还有利于使他们获得系统理解和取得完整观点的能力。
传统的数学作为一种形式体系，强调推广、证明、抽象等一系列演绎推理方式。随着计算机提供新的符号计算方法，数学的实验方面日益显示出重要性。当前数学的研究与计算已越来越依赖于数学软件如几何画板、Mathematica，Matlab等，而其他自然科学中涉及到的数学问题的解决，更是离不开这些数学软件。通过计算机提供数据，做出图像或动态表现，使学生有了更多的观察、探索、试验与模拟的机会，从而可以形成顿悟与直觉，做出预测，还可以通过检验假设证明自己的猜想，获得技能，取得经验。传统的数学强调存在性、唯一性等理论证明，由于计算机提供了高速运算工具，又给数学提出了可计算性与可实现性的新问题，因而数学成了一门新的实验科学。拓扑学中著名的地图四色问题的计算机证明就是一个例子。“实验”是数学的一个必要却易被忽略的部分，计算机与数学的结合为数学的证明注入了活力。随着计算机多媒体技术的发展，软件的编制也越来越容易，利用数学教学软件辅助教学不仅可激发学生的数学能动性，拓广知识的广度和深度，也为学生提供了各种生动的数据结构、模型，以反映数学对象与过程的具体现象，使学生通过自主的行为模式，形成有关数学观念与结构的智力形象，从而增强数学思维能力。
二、多媒体辅助数学教学的原则
借助于多媒体技术，数学学科大概是最困难的。不像英语、生物、地理等学科的教学软件可以做得图文并茂、有声有色。因为数学需要进行思维训练，不仅依靠课件表面的生动难于激发学生持久的学习热情，而且也难于达到数学教学的目的。研究多媒体辅助数学教学的原则，考虑在多媒体辅助下什么是理想的数学教学。
1.启发性原则
数学科学的最大特点是集严密性、逻辑性、应用性于一身，而这也正是数学被公认为“难”的地方，因此多媒体辅助教学应力求促进学生对抽象的数学概念和严谨的数学证明的有效认知。使用多媒体技术不能追求表面的生动、界面的漂亮，而应注重启发性，让学生有思考的欲望。有些内容过去单凭教师的“说”，学生不好理解，现在多媒体能帮助教师“说话”，抽象和直观有机结合起来，情况就大不相同了。当前市面上出售的数学教学软件就缺乏启发性。所谓讲解就是在屏幕上显示出有关的概念、定理、公式，不谈他们的来源和用场，不谈知识的内在联系和发展，更不谈最值得领悟的数学思想和方法。所谓练习就是在屏幕上显示出答案，有的甚至连必要的过程都没有，对于判断选择题或一类简单的填空题，计算机倒是有些交互功能，但反馈信息却谈不上任何启发性。启发性是数学教学的灵魂，现在则需要考虑如何在多媒体辅技术的支持下设计出比传统教学更富于启发性的教学。
2.针对性原则
在传统课堂教学中教师只能用统一的节奏，同样的策略，面对全班学生，更多地只能考虑共性，难于照顾个性。而每个学生原有的基础知识与经验不同、思维有快有慢，教师在课堂上不可能做到针对每一个学生。多媒体辅助教学情况有了一些变化，学生一人一机利用教学软件学习，他们可以利用键盘或鼠标控制学习节奏，还能通过菜单选择他们需要的内容或帮助信息，这在一定程度上增强了教学的针对性。多媒体辅助教学要有针对性，就要设想电脑在和学生面对面地交谈，学生看到电脑的每一屏他可能怎么想，下一步屏幕上又该显示怎样的具有启发性的文字或图像。实现真正意义上的分层教学和个性化教学。
3.主体性原则
学生是认知活动的主体，是知识意义的主动建构者。传统教学强调学生为主体，而现实依然是教师讲，学生听，学生处在一种被动的地位。多媒体辅助教学可以改变学生获得数学知识的方式，借助多媒体技术，创设数学学习情境，让学生参与到数学的活动中，甚至是自做课件，可以更好地发挥他们的主动性，更好地促进认知。把多媒体技术作为一个认知数学的工具与环境，应能改善学生的数学活动，给学生的参与开辟更为广阔的空间，以利于培养学生的发现和创新能力，动手操作能力，集体协作能力，并能增强学生的兴趣和自信心，使学生由原来被动听讲的接受者，转变为主动积极的参与者，成为学习的主体。
三、多媒体技术与传统教学的融合
传统教学培养了一代又一代人，尤其在培养“精英教育”上，实践证明，这种教学是成功的。而在大众教育阶段，一方面入学比例提高，使得学生整体素质降低;另一方面课堂教学时数缩减，学生所学知识增加;这些众多的因素均迫使我们借助多媒体优化传统教学。数学教学是数学活动的教学，多媒体技术为数学活动的展开提供了一个“活”的教与学的平台，而且也使师生能够在该平台里动态地探索和研究数学问题。多媒体技术与传统教学的融合，主要是数学软件、数学课件等在教学中的运用。多媒体技术怎样融入传统教学中才会获得更好的教学效果?
1.充当电子黑板，提高教学效率
数学理论性强，它是许多实际背景的高度抽象，逻辑推理十分严谨。对这些理论性强，思维难度大的内容，则宜采用传统教学，多媒体技术不宜融入过多。比较难的定理只能用粉笔在黑板上一步一步的推理，才有利于师生思维同步。教师一句话能说明白的就不必用演示，需要训练学生抽象思维能力的就不要马上展示一个直观的画面，需要让学生动手计算画图时就不要融入多媒体技术。
对于有些信息量大、内容较多的章节，可利用多媒体的“电子黑板”功能。如把讲课内容设计成模块结构:概念产生的背景，内在联系，实际应用，归纳总结等制作成“电子教案”，并在某些模块中通过超级链接播放一些教材上没有的内容，开阔学生的眼界，扩大学生的知识面。这样不仅省去了课堂上板书的时间，而且增加了教学信息量，使课堂教学更加紧凑和有效。
2.模拟仿真形象，化结果为过程
数学软件如mathematica，matlab等，功能非常强大，基本上可以完成从小学到大学所有的数学问题。数学软件给数学形象化提高了有力工具。例如传统教学说不清、道不明的概念，借助多媒体动态仿真形象能帮助学生度过这一难关。又如数学中有大量的空间图形，传统教学中临时画图就比较难以处理。若图画的太少，则可能看不出问题的实质;若画的太多，不仅时间不允许，而且会使学生不耐烦，影响学生的思维;若事先在小黑板上画好，则无法引导学生探索结论的形成过程。而在计算机上用可以轻易的解决这个问题。而利用计算机上数学软件我们只需一两分钟就能画出动态仿真的图形:动态的三维坐标、特殊的二次曲面、空间中的立体等。还可以用画面反复闪烁引起学生的注意，运用隐去一部分不相关的内容来突出主体内容，用画面的迭加和分解来揭示某个结论形成的过程，过去许多用口头用语言难以讲清楚的概念，现在一看图形就完全明白了。
3.模拟数学实验，体验数学发现
对于某些数学问题的探究，可以模拟数学实验。传统的研究或学习数学的方法大多数是沿着“定义--假设--定理--证明--推论”的道路进行的。模拟数学实验则采用:教师提出问题和思路、学生上机实验仿真和模拟、教师小结和讲评等步骤。学生在教师指导下，参与解决理论和实际问题的全过程，通过自己动手选择方法、借助数学软件、计算结果、检验结果、发现问题、寻找原因等环节，来体会数学分析是一种解决问题的重要工具。这是一种全新的学习数学的方法，充分发挥学生的主观能动性和创造力。模拟数学实验一方面培养学生将实际问题转化为数学问题即数学建模的能力;另一方面，也是最主要的，就是培养学生创新意识和应用计算机进行科学计算的能力，包括数值计算、符号演变以及机器证明等，要求能给出图形或数据结果。模拟数学实验可以让学生换个角度来学习数学，以学生动手为主，使学生以更直观、更真切的方式感受课堂上听起来枯燥玄妙的数学理论和数学原理，对实验内容有更好的理解和掌握，是加强实践性的一个重要环节。
通过近几年的教学实践表明，把多媒体技术适当、适度地融入数学教学中，可以优化教学方式，提高学生的学习兴趣，加深对概念的理解，提高教学效率，节省教学时间。这是顺应科技发展潮流的必由之路。

Answer 2

多媒体技术能创造出一个图文并茂、有声有色、生动逼真的教学环境，为教师教学提供形象的教学手段。实施数学创新素质教育的关键在于优化课堂教学过程，充分发挥学生的主体地位，提高课堂教学效率。而教学方法、教学手段的恰当运用，将在很大程度上决定一堂课的教学效果。在数学课堂教学中，使用多媒体技术辅助教学，将极大地丰富课堂教学的表现手法和表现方式，它的基本特点是：使抽象的数学问题具体化，枯燥的数学问题趣味化，静止的数学问题动态化，复杂的数学问题简单化等等。这些特点对于激发学生学习数学的兴趣，以及创新能力的培养提高发挥巨大的作用。一、创设情境，激发求知欲。所谓情境是指在教学过程中教师有目的地引入或创设具有一定情绪色彩的形象的场境，以引起学生一定的态度体验，从而帮助学生理解教材，使学生心理机能得到发展，情境的创设可以使学生与问题之间架设起一座“桥梁”，情境的创设不但可以吸引学生的注意力，增加学生的 学习兴趣,还能有效的引导学生分析和探索问题，产生解决问题的动力和方法,使学生更好的建构自己的知识体系。 计算机具有特殊的声、光、色、形，通过图像的翻滚、闪烁、定格、色彩变化及声响效果等给学生以新异的刺激感受。运用计算机辅助教学，向学生提供直观、多彩、生动的形象，可以使学生多种感官同时受到刺激，激发学生学习的积极性。例如：在教学初中几何第二册“轴对称图形”这一课时，就可以应用多媒体的鲜艳色彩、优美图案，直观形象地再现事物，给学生以如见其物的感受。教师可以用多媒体设计出多幅图案：如：等腰三角形、飞机、几幅古建筑图片等，一一显示后，用红线显现出对称轴，让学生观察。图像显示模拟逼真，渲染气氛，创造意境，使学生很快掌握了轴对称图形的特点，有助于提高和巩固学习兴趣，激发求知欲，调动学生积极性。再例如：在讲授“垂直”这一章概念时，教师可以让学生观看一段大型比赛的跳水录像，出示问题：当选手入水时，水花的大小说明什么？ 所有学生几乎同时说出来：“不垂直”水花就大，“垂直”水花就小教师问：“什么叫垂直呢？”接着教师讲解了有关垂直的概念这节课几乎没有费什么力气，就完整的进行下来了，几乎所有的学生都明白了什么叫“垂直”，可见这样的情景给学生留下多么深刻的印象。二、变静为动 突破教学重难点皮亚杰的“建构”的观点是与“活动”的观点有紧密的联系学生主动建构知识体系必须掌握“活”的几何概念，这就必须使学生在几何学习充满了观察、实验、猜想、验证、推理与交流等丰富多彩的数学活动，教育家斯腾伯格认为在教学过程中应视为交往过程，要注重交往的改进，特别强调学生个性的“自我实现”。传统的几何教学中的教具运用，并不能使抽象的几何概念真正的形象化、具体化。而多媒体技术可以使几何概念真正“活”起来。在用《几何画板》讲解《直线和圆的位置关系》可以使直线转动，产生与已知圆的相离、相切、相交的各种动态的位置关系，并在旁边显示圆的半径（R），并动态的显示圆心到直线的距离（d），学生们可以一目了然的动态的了解到直线与圆的位置关系，与圆的半径（R）与圆心到直线的距离 的数量关系，使学生在观察实验的同时，推出圆的位置关系，与圆的半径与圆心到直线的距离之间的关系， 相离＜＝＞R＜d相切＜＝＞R = d相交＜＝＞d＜R学生的脑海里只要一提到直线和圆的位置关系，就想到旋转着图像。类似这样的课件还有《垂直平分线的性质》、《平行四边形的判定》、《圆和圆的位置关系》等。三、激发学生学习兴趣，提高学生的学习能力和创新能力。学生的学习能力和创新能力，来源于对周围的事物的理解和对知识的观察和分析，现代教育观点认为学生学习知识的过程和发现这个知识的过程是一样的。而传统的教学方法是很难提供给学生足够的空间和足够的时间，使学生自己建构知识体系，而多媒体技术可以无限的提供给学生学习的空间和相对宽裕的学习时间。我认为 几何教学过程中的关键是让学生掌握知识的形成过程，使学生知其然，又知其所以然。运用多媒体教学可以将教学中涉及的事物形象、过程等全部内容再现于课堂，使教学过程形象生动，使难以觉察的东西清晰地呈现在学生的感觉能力可及的范围之内。例如：在教学“角的认识”这一课时，教学生如何画角是一个重要内容。教师用传统的教学方法在黑板上画给学生看，存在着一定的弊端。如：学生走神，教师画时部分学生不注意看；教师作图时，身体遮挡住部分学生视线等等。而运用多媒体辅助教学，情形就大不一样了。我们可以先用多媒体演示画角的步骤和基本方法，由于用多媒体演示，手段新颖，学生的注意力集中，给学生留下的表象深刻。演示结束后，教师再到黑板上示范画角，最后让学生独立画角。这样的教学过程设计，符合学生的心理需求，使学生对画角方法清楚明了，教学效果好。例如在研究《多边形的内角和公式》时，传统教学方法，只能在黑板上画几个图，给学生几个公式，而利用多媒体技术可以给出充分多的图形，让学生在观察中，分析众多图形，并且在分析后得出结论，并可以在更多图形中验证，使学生自己得到正确的公式，在几乎是无限的空间中，研究几何图形，从中分析得出正确的结论，这是传统教学不可能做到的。真正做到陈重穆教授提出的“淡化形式，注重实质”的效果。彻底的摆脱了教学中“烧中段”的教学方式，使学生自己自主的建构知识体系。多媒体教学可以使教师节省出大量的教书时间，可以使学生在单位时间内，获取最大限度的信息量，争取了更多的思考时间，可以利用图形的颜色和图像的闪烁给学生以暗示，还可以通过平移和旋转使学生了解知识形成的全过程，使学生在发现中掌握知识。还可以利用师生界面进行超级连接，达到师生互动，使学生在互动中，学习动态的，“活”的几何。四、，发挥学生在学习中的主体地位。多媒体不光可以显示信息，使学生获得知识，它还能帮助学生运用知识和技术，发展智力、才能。我们知道学生的学习客观上存在着一定的差异，承认与尊重个别差异是必要的。多媒体辅助教学就能适应个别化的教学。在教学软件编排中，教师可以针对不同类型的学生，设计各种思路和解题方法，让学生自主选择，培养学生做出决定的能力。这样人机交互，迅速反馈，视听合一。学生由教师单一的讲、书本枯燥的练习，上升到上机操作，与计算机对话，充分调动了学生学习的主动性，提高了学习效率，学习的能力也得到了发展。在多媒体这样的交互环境中学生可以按照自己的学习基础、学习兴趣来选择自己所要学习的内容，这种主动参与性为学生主动性、积极性的发挥创造了很好的条件，能真正体现学生的认知主体作用。 例如，在几何教学中，一题多解问题，在传统课上只有给一种或几种答案，而不可能也没有足够的空间来展示所有的答案，造成对个别学生的学习积极性的打击。然而在多媒体的课件设计中，不但可以把所有的答案给出来，使学生对号入座，还可以把几何的开放型的题目做成动态题目，使学生各尽所能，真正变“选马”为“赛马”，使学生在平等的条件下，竞争着学习，激发他们的好胜心理，变被动学习为主动学习。五、体现教师对学生的关爱，体现了以学生为本的教学理念。俗语说：“好话一句三冬暖，冷言半语六夏寒”。和谐的教学环境氛围，可以使学生的大脑皮层处于良好的反馈状态，而作为教师应努力为学生创造和谐的学习环境，多媒体技术在这方面无疑帮了教师一个大忙。“机器无情人有情”，先不说多媒体技术的鲜明的色彩，动态的画面，和引人入胜的多种的特技，单从多媒体的课件设计的趣味性，就可以体现教师对学生的关爱，体现了以学生为本的理念。例如每个教师在设计考核和测验题时，往往在答题过程后，设计画面和声音都是：“你真棒，答对了！”，“太可惜了，再来一次！”和激励的画面。这都使学生在鼓励中体会成功，真正的进行赏识教育，它可以无数次的原谅学生的失败，真正作到了成功教育，使学生体验成功，还真正教会了学生怎样面对挫折，从而保护了学生积极性。它不会像人一样，因为话说多了而不耐烦，在这里计算机作为教师比常人更有耐心（不过程序是教师设计的）。在有多媒体技术可以通过教师对画面图形的操作，利用线段，角的闪烁，平移、旋转、对称等对学生进行解题的暗示，使学生有良好的心境。培养他们的自信心，和解题的兴趣。这比传统教学中的：“看这里，跟我学，请注意。”的喊叫，不知要强多少倍。这样不会使学生因为逆反心理产生厌学情绪。例如在讲授《中位线定理》时，可以通过平移、旋转、对称，在暗示中讲解中位线定理，图形中的闪烁、旋转学生几乎体察不到教师的提示，不自觉增强了学习几何自信心。再例如在讲授“边角边公理”时的课件设计了翻画片找全等三角形的游戏。在提高了学生判断能力的同时，又增加了学生学几何的兴趣。这一切无不体现了教师对学生的关爱，体现了以学生为本的理念。线段，角的闪烁，平移、旋转、对称等对学生进行解题的暗示，使学生有良好的心境。培养他们的自信心，和解题的兴趣。这比传统教学中的：“看这里，跟我学，请注意。”的喊叫，不知要强多少倍。这样不会使学生因为逆反心理产生厌学情绪。总之，恰当运用现代信息技术手段，是现代化教学的需要，是素质教育的需要，是培养二十一世纪合格人才的需要；同时，恰当地运用现代信息技术手段能使课堂教学形象、具体、生动、直观，能激发起学生学习的兴趣，理清概念，化难为易，化静为动，化繁为简，使具体的画面与抽象的数学内容紧密联系，突破传统的教学方法，挖掘教材的内在潜能，使学生正确形成完整的数学体系和空间观念，让学生充分感受、理解知识产生和发展的过程，开拓学生视野，有利于学生创新意识和能力的培养，就能提高课堂教学效率。