《信息技术与初级中学数学实验教学方案计划整合的研究》结题报告.docx
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《信息技术与初级中学数学实验教学方案计划整合的研究》结题报告
信息技术与初中数学实验教学整合的研究
结题报告[１]
衢江区峡川镇中心学校胡荣进
摘要：
随着信息技术在初中数学教学中的广泛应用，信息技术与初中数学实验教学相整合的相关研究应运而生。
通过实验研究，我们分析了利用信息技术开展初中数学实验教学的优势，构建了以培养学生数学创新精神、创新能力和解决实际问题的能力为宗旨的初中数学实验教学新模式，探讨了信息技术与初中数学实验教学相整合的原则、策略和制约因素。
关键词：
信息技术；初中数学；实验教学；整合
1.问题的提出
1.1信息技术的发展为初中数学实验教学提供了良好的操作平台。
随着信息技术在初中数学教学中的广泛应用，现代初中数学教学充满了时代的气息，它不断更新着我们的教育教学观念和手段，极大地丰富了初中数学的教学内容和形式，现代信息技术的发展已经对初中数学教学和数学学习方式的改变产生了重要的影响。
把信息技术与初中数学实验教学相整合，正是利用信息技术为学生提供“多元联系表示”的学习环境，发挥信息技术在文本、图形、图像、动画、视频、声音等多种媒体集成方面的优势，创设图文并荗、动静结合、声情融会、视听并用的数学实验平台，以利于初中生开展数学实验并获得成功。
1.2信息技术与初中数学实验教学相整合适应新课程改革的需要。
全日制义务教育《数学课程标准》中明确要求“把信息技术作为学生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”。
新课程初中数学教材中也出现了诸如“想一想”、“看一看”、“做一做”等数学实验的内容。
但是，目前国内的相关实验研究主要是探索了初中数学实验课的教学设计和初中数学教学中开设实验课的一般性操作。
对如何将信息技术融入到初中数学实验教学的过程之中，如何利用现代信息技术的交互性，在初中数学实验教学中突出学生的主体地位，发挥学生的主观能动性，培养学生自主学习的习惯和创新意识等问题，涉及得很少。
因此，进行信息技术与初中数学实验教学相整合的研究，是全面推进初中数学课程改革的需要，具有丰富的实践意义和理论价值。
1.3利用信息技术开展初中数学实验是学生进行探究性学习的重要手段。
新课程标准倡导学生进行“以问题为中心”的探究性学习，“动手实践、自主探索与合作交流是学生学习数学的重要方式。
”借助信息技术开展数学实验是初中数学教学手段的一次突破与创新。
通过信息技术向学生展示适当的问题情景，让学生在观察实验现象中提出问题，在操作计算机进行测量和计算、重现数学知识的发生过程中对问题进行分析，进而探究解决问题的途径，是探究性学习的主要方法与手段。
2.信息技术与初中数学实验教学整合的优势
数学实验并不是计算机的专利，传统的初中数学教学中也经常利用实验方法去探索和研究数学问题，如教具演示、构造模型、特殊值验证等。
但是，利用信息技术开展初中数学实验有着传统手段不可比的优势，主要体现在：
2.1形象直观地揭示数形关系。
数和形是初中数学的两大支柱，数形结合思想就是通过数与形（以数解形，以形助数）处理数学问题。
在初中数学中，诸如函数图象的形成、图形的变换、方程解的几何意义等，都可以利用信息技术的直观演示功能，运用动画模拟、过程演示、内容重放等手段，将抽象的数学知识直观形象、变化有序地展示在学生面前，并引导学生观察、思考。
2.2验证和发现数学规律。
计算机具有极其强大的运算功能和图形处理能力。
利用“几何画板”中的测量功能，构造动态数学模型和数据图表，可以动态的保持给定的几何关系，便于学生自行动手在变化的图形中发现恒定不变的几何规律，有效地发展学生的空间观念，帮助学生认识和掌握规律，提高思维能力。
2.3变“听数学”为“做数学”。
教育的本质在于参与，即充分调动学生的积极性、主动性和创造性，让学生最大限度的参与到教学中去，让学生用自己的思维方式，主动地获取知识。
在初中数学实验教学中，学生通过操作计算机，真切的体验数学知识的形成过程，在“做数学”中发现数学，不仅有利于学生对数学知识的理解和掌握，而且有利于激发学生潜在的探究创新意识。
2.4引导学生主动地进行问题解决。
在信息技术环境中，“多元联系表示”得到充分发挥，它为学生提供了交互式的学习环境。
许多计算机软件（如“几何画板”、“Z+Z智能教育平台”等）不仅是一种多媒体的演示工具，而且也是一种帮助学生探索和理解的工具，它丰富和扩展了数学活动的内容和形式。
教师可以引导学生通过实验进行测量和计算，提出假设并予以证明或否定，从数学模型的建立到演示、从性能预测到规律的探求，从而让学生学会提出问题、分析问题，并进而解决问题。
3.课题研究的内容、措施与理论思考
3.1课题研究的理论思考。
荷兰著名的数学教育家弗赖登塔尔认为：
“数学教学方法的核心是学生的‘再创造’。
”他认为在数学教学中，教师不必把各种概念、法则、公理、定理全灌输给学生，而是应该创造适合的条件，提供很多作为知识载体的具体情境，让学生在实践中，自己“再创造”出各种数学知识。
我们在初中数学课堂教学中，借助现代信息技术为学生创设一个“再创造”的学习环境，让学生学习数学的过程置身于一个“数学实验室”之中，学生可以观察并尝试错误、可以发现并进行猜想，有助于学生在具体的环境中养成“用数学”的习惯，克服他们学习数学而不应用数学的弊病。
3.2课题研究的主要内容。
（1）信息技术与初中数学实验教学整合的相关理论体系的研究。
包括信息技术条件下开展初中数学实验教学的可行性研究，信息技术与初中数学实验教学整合效果的分析研究，及信息技术条件下初中数学实验教学的评价方式的研究。
（2）基于现代信息技术条件下的初中数学实验教学的教学策略与教学模式的研究。
包括初中数学实验课的组织策略，借助信息技术营造初中数学实验情景的策略，以及利用信息技术进行教学对话与师生交互实验的组织方式的研究。
（3）现行初中数学教材中适宜借助信息技术开展数学实验的学习内容的选择与确定，初中数学实验课的教学课件的设计原则与方法研究，初中数学实验课的学习积件的制作与共享方式的研究。
3.3课题研究的实施措施。
为了确保课题的顺利开展，我们制定了学习制度，组织实验教师有计划的开展教育理论学习活动。
积极开展说课、听课、评课、分析教学案例等活动，加强理论与实际的联系，提高教师的教学能力和科研能力。
具体步骤如下：
准备阶段：
2006年5月—2006年6月，搞好课题设计，成立课题研究小组，制定具体的研究方案和工作措施。
研究初期：
2006年7月—2006年8月，查阅相关的文献资料，了解国内外相关研究的动向及成果，培训课题小组成员。
研究中期：
2006年9月—2007年7月，开展课题的各项研究，编写教学设计，制作教学课件，撰写相关论文实验心得。
研究末期：
2007年8月—2007年10月，组织课题小组成员进行实验反思，整理教学设计与教学课件，总结信息技术与初中数学实验教学整合的途径与方法，收集部分优秀的教学案例，完成课题研究报告。
4.信息技术与初中数学实验教学整合的原则、策略与基本模式
信息技术与初中数学实验教学相整合是现代信息技术应用于学科教学的一种新模式，目前国内针对这方面内容开展研究的并不多，没有一套现成的体系和操作模式可供借鉴。
我们对利用信息技术开展初中数学实验教学的研究也只是一个初步的阶段，还不能提出规范的策略和模式，但我们力争有所创新。
4.1信息技术与初中数学实验教学整合的基本原则。
（1）主体性原则。
新课程标准要求教学中学生成为学习的主人，教师是数学学习的组织者、引导者和合作者，在学习过程中，教师引导学生主动学习，根据需要，自己选择认知工具，自己选择学习内容、学习方法、学习伙伴，自己动手操作实验，让学生在学习上充分体验、感悟、发展。
（2）工具性原则。
信息技术是开展初中数学实验教学的有效工具，是为数学实验教学服务的。
信息技术与初中数学实验的整合课，就其实质而言，它首先是一节数学课，只是适时地借助信息技术，给学生提供充分从事数学活动的机会，从而更好地在现实情境和生活经验中来体验数学、探索数学、发现真理。
所以我们不能贪求形式多样华丽，而不顾及教学效果；不能只顾重视课件的开发，而忽视了课件在教学中恰当的使用和要解决的问题，喧宾夺主，将数学教学变成了信息技术课。
（3）开放性原则。
信息技术与初中数学实验教学整合的开放性包括教学思想的开放、教学内容的开放和教学过程的开放。
这种开放是相对于传统、封闭而言的，不是无限制的开放。
从教学观念上，教师不再是知识的唯一拥有者，而是实验的参与者，教师与学生是合作学习的伙伴；从教学内容上，整合内容不局限于教材，不局限于课内，不局限于某一种课例；从学习方式上，实验的结果不依赖于教师的传授，而更注重于学生的自身活动与创新。
4.2信息技术与初中数学实验教学相整合的基本策略。
信息技术与初中数学实验教学相整合的基本策略应该是多种多样的，大致可以分为以下三类：
（1）利用信息化学习环境资源，借助其内容丰富、多媒体呈现、具有联想结构的特点，培养学生自主发现、探索学习能力。
（2）利用信息化学习环境和资源，借助人机交互技术和参数处理技术，建立虚拟学习环境，培养学生积极参与、不断探索的精神和科学的研究方法。
（3）利用信息化学习环境和资源，借助信息工具平台，尝试创造性实践，培养学生信息加工处理和表达交流能力。
4.3基于信息技术的初中数学实验教学模式。
一年来，我们以现代教育教学理论作指导，将信息技术与初中数学实验相整合，构建了以培养学生数学创新精神、创新能力和解决实际问题的能力为宗旨的初中数学实验教学的两种新模式。
（1）模式一：
实验发现模式。
实验发现模式是指教学过程在教师引导下，让学生利用现代信息技术，结合教材内容，自主地参与实验和发现过程的教学模式。
这种教学模式在教学中主要适用于概念、法则、公式、定理、例题等知识形成过程的教学，体现学生参与发现过程的主体地位，注重了发现知识策略和方法的培养。
其中“实验”可以有测量、作图、计算等。
在这种教学模式中，根据教学内容和条件它可以采用多种教学设计，教学形式可以一人一机，两人一机，也可以利用计算机网络分合结合地教学。
实验发现模式的整个教学过程可以概括为四个环节：
“创设情境——分析探究——猜想假设——知识构建”。
①创设情境。
创设情境是指教师在学生动手实验之前，给学生提供新的学习准备，营造一个良好的学习氛围。
在这情境中，学生原有的数学认知结构与新学习的内容之间发生冲突，学生的心理上产生了学习需要。
创设情境的方式主要有“真实性情境”和“问题性情境”两种。
②分析探究。
分析探究是指学生按照教师提出的实验要求，亲自用电脑（有时在教学中也可以由教师演示完成）完成相应的实验，努力去发现与所研究问题相关的一些数据中反映出的规律性，并对实验结果做出清楚的描述。
它是整个教学过程的核心环节。
③猜想假设。
猜想假设是指学生在实验过程中，仔细观察图象或数据的变化，初步得到实验的信息与结论。
然后根据已有的信息和实验中的新信息，提出解决课题的假说，通过演绎推理或合情推理来验证猜想的正确性，或者通过举反例的方法来否定猜想。
④知识构建。
知识构建是指学生之间或师生之间，将实验研究过程中的心得体会和实验的结果与他人进行交流、研讨和分享，并不断修正和补充自己的结论，从而得到一般性的正确结论。
在这种模式中，信息技术与教学过程的关系如下图：
教学过程
信息技术
创设情境
猜想假设
知识构建
分析探究
实验操作平台
信息汇总展示
信息加工工具
情境资源共享
（2）模式二：
开放探索模式。
开放探索模式是指教学过程中，让学生利用现代信息技术，在某个数学问题解决以后，引导学生发散思维，在一个开放的环境中，变化条件、变化结论、寻求一题多解，一题多变，发现共同的规律或新的结论自主地去探索的教学模式。
在这种教学模式中，学生作为积极主动的学习者，在信息技术的帮助下，对教学内容适当扩展和延伸，通过校园网、因特网等平台获取信息、交流信息，将学科间知识、课内与课外、学校与社会生活有机地结合起来。
在这种模式中，教师仅对学生的选题、收集和分析资料和方法进行一般性指导。
而问题的形成、方案的实施到最后任务的完成都由学生自主完成。
其教学过程可用下图表示：
提出问题
资源
共享
数学建模式
信息加工、储存
问题解决
4.4影响信息技术与初中数学实验教学整合的因素。
（1）教师的信息技术使用水平。
包括对信息技术的理解，熟练技术的使用，对信息技术发展的敏感性，自觉更新信息技术的知识和技能等。
（2）“整合”的教学设计能力。
要求教师要具有较高的数学理论修养，能够根据教学实际选择恰当的信息技术，设计出有效的数学认知情境，发挥信息技术的力量。
（3）“整合”的教学实施能力。
要求教师能够有效地实施教学设计方案，运用信息技术构建学习环境，引导学生数学地思维，理解数学的本质，并能根据教学的发展及时调整教学方案。
（4）“整合”的教学评价能力，即在信息技术的环境中对学生的数学实验活动进行及时、有效的评价和反馈。
5.课题研究的其它成果
5.1组建信息技术与初中数学实验教学整合的教学平台。
在这一年中，我们组建了信息技术与初中数学实验教学相整合的教学平台。
平台主要由“几何画板”软件、“Z+Z智能教育平台”和联接因特网的校园网组成。
全校师生都是平台的建设者和维护者，每位数学教师都可以到教学平台上下载各类数学实验资源，每一位学生都可以登录平台进行实验操作或交流。
5.2促进全体数学教师的专业成长。
通过课题研究，参与教师深深体会到了信息技术与初中数学实验教学整合对新课程实施的重要意义，深入系统地研究并掌握了信息技术与初中数学实验教学整合的原则、策略和基本模式。
通过课题研究，更新了数学教师的教育观念，使他们加深了对新课程的认识，增长了教科研的意识和能力,“教书匠”正逐渐成长为“教育教学的研究者”。
通过课题研究，改进了数学教师的教学方式，全体数学教师基本学会了利用PowerPoint制作课件，初步掌握了“几何画板”和“Z+Z智能教育平台”的使用方法，大家都能在多媒体教室开设公开课。
5.3全面提高学生的数学素养。
（1）改变了学生的学习。
通过课题研究，实验班学生的学习实现了根本的转变：
态度由不愿学，到愿意学，由“要我学”到“我要学”；学习方式由被动地听讲，到主动写、算、悟、思，学生举手提问与回答的积极性明显增强；学习的过程由教师“牵牛式”的引导到师生共同参与、交流互动、合作发现、主动构建的过程。
（2）全面提高学生的数学素养。
通过课题研究，实验班学生的数学素养得到全面发展，学生的“潜创造力”得到开发。
他们在学习中能自主地探索新知识,善于一题多解,一题多变,举一反三；对开放性问题能突破思维定势,从不同角度进行大胆探索。
实验班与对照班相比，学生的学习成绩有了大幅度的提升，具体见下表。
实验班与对照班学生成绩统计
七年级
八年级
九年级
实验班
七（3）班
对照班
七
（2）班
实验班
八
（2）班
对照班
八
（1）班
实验班
九
（1）班
对照班
九（3）班
人数
46
44
54
55
54
42
平均分
72.1
66.4
84.6
72.9
101.8
82.7
及格率
64%
62%
81%
78%
67%
42%
优秀率
28%
16%
52%
43%
27%
19%
获奖人数
2
0
2
1
3
1
说明：
（1）七、八年级的成绩来源于2006学年度第二学期衢江区教研室统一组织的期末考试，九年级的成绩来源于2007年初中毕业生学业考试。
（2）七、八年级的获奖人数是指在2007年“希望杯”数学竞赛中获区级以上奖的人数，九年级的获奖人数是指在2007年浙江省数学竞赛中获区级以上奖的人数。
6.讨论与思考
信息技术与初中数学实验教学整合的研究仅开展了一年多的时间，因此其成效是初步的，有许多问题都尚待进行更深层次的分析和研究。
同时，在课题研究中碰到的一些问题，与有待于在以后的工作中进一步地改进。
6.1信息技术环境下初中数学实验教学的有效性应有合理的评价。
“几何画板”等计算机操作平台提供了一个十分理想的让学生积极探索问题的“做数学”的环境，是一个很好的“数学实验室”。
但是，从短期来看，借助信息技术开展初中数学实验教学，不仅要花费大量的精力和时间，而且很难以提高学生的学习成绩来体现。
因此，不可避免地使人们对它的有效性产生了质疑和责难。
为此，我们要把应然式的信息技术与初中数学实验教学整合变为实然式的信息技术与初中数学实验教学整合，摒弃毕其功于一役的想法和做法，立足现有基础，承认整合的现实性、阶段性、层次性与渐进性。
6.2初中数学教师需要高层次的专业引领。
目前，随着学校办学硬件的不断改善，大部分初中数学教师通过职后（或职前）多层次多渠道的学习与进修，基本上掌握了一些常规的计算机软件（如PowerPoint、Flash等）的简单使用。
但是，他们对许多开展数学实验的专用软件（如几何画板、Z+Z智能教育平台等），用得不精深，还未能挖掘其应有的教育功能，不能够真正用于初中数学实验教学。
因此，为了切实提升初中数学教师运用数学实验专用软件的水平，迫切需要高层次的专业引领，各级教育主管部门要有计划、有步骤地开展针对研习数学实验专用软件的初中数学教师继续教育，加强初中数学教师运用专用软件的相关技能训练。
6.3要切实“解放”我们的学生。
实验表明，信息技术与初中数学实验教学相整合，为我们的初中数学课注入了许多活力，更能给予学生一个“完整的数学”。
利用信息技术开展初中数学实验教学，让学生在教师的指导下进行实验，可大大增强学生的好奇心，激发他们的探索与创新欲望。
但是，这一教学模式要求学生要有更多的自由支配时间，而当前的初中生受“应试教育”的束缚，根本不可能放开手脚进行“真正”的自主探究和实验。
这就要求我们上级的教育行政主管部门，要从学生身心全面发展出发，切实减轻初中生的学业负担，还学生一个宽松、和谐的学习空间。
[参考文献]
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北京师范大学出版社，2001，7.
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北京师范大学出版社，2004.
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中国数学教育，2007，6.
[6]王芳.关于信息技术和数学教学整合的若干思考.
information/center/StudyGuide/zhuanti/jxrd/xxjszh/3133051401.htm
[附件1]案例1：
“二次函数的图像
（2）”教学片断
【教学流程】
环节一：
用计算机实现函数
的图像经过平移变换得到函数
和
的图像的过程。
变换前后三个图像位于同一坐标系内，以便学生观察、
比较理解图像平移与“+1”和“－1”的关系，如图1.
环节二：
用计算机实现由函数
的图像经过平移变换得到函数
和
的图像的过程。
变换前后三个图像位于同一坐标系内，以便学生观察、比较
理解图像平移与“+1”和“－1”的关系，如图2.
（图1）
（图2）
环节三：
用计算机实现由函数
的图像经过平移变换得到函数
的图像的过程。
变换前后两个图像位于同一坐标系内，以便学生观察、比较理解图像平移与“+1”和“－1”的关系，如图3.
环节四：
在计算机上设置与函数
的3个参数
、
、
相应的变化控制阀，通过控制按钮显示，比较当
、
、
分别发生变化时，函数
的图像所发生的相应变化，并引导学生总结出函数图像平移的规律，如图4.
……
（图3）
（图4）
说明：
本案例属于“实验发现模式”.教师提出问题后，引导学生借助“Z+Z智能教育平台”进行实验探究，力求让学生在观察图形变换的过程中经历质疑、尝试、验证、总结，直到形成自己对函数
的图像，函数
的图像及函数
的图像三者关系的理解，同时让学生体验探索的方法和技巧.
[附件2]案例2：
“探索勾股定理”教学片断
【教学目标】
1.经历探索勾股定理的过程，进一步发展学生的合情推理意识，主动探究的习惯，进一步体会数学与现实生活的紧密联系.
2.探索并理解直角三角形的三边之间的数量关系，进一步发展学生的说理和简单推理的意识及能力.
【重点难点】
重点：
了解勾股定理的由来并能用它解决一些简单问题.
难点：
勾股定理的发现.
【教学流程】
……
环节一：
提出问题：
“直角三角形各边的外接正方形的面积之间有什么关系呢？
然后借助“Z+Z智能教育平台”的测量和统计功能进行填表，最后拖动顶点，改变三角形的形状，并测出相应的数据，如图1.
环节二：
学生根据测量和统计的结果进行猜想直角三角形三边之间应满足的关系：
斜边的平方等于两直角边的平方和.
环节三：
课件显示“赵爽弦图”，动画演示图形的分割与拼接，帮助学生初步理解勾股定
理的证明，如图2.
（图1）
（图2）
（图3）
环节四：
课件显示图3，教师示范利用拼图来验证勾股定理.
环节五：
学生在计算机上利用如图4所示的正方形进行勾股定理的验证.
环节六：
学生小结出勾股定理：
“在直角三角形中，斜边的平方等于两直角边的平方和”，并全班交流.
环节七：
出示例1，利用动画演示梯子在滑动过程中的变化情况，如图4，然后让学生独立解答完成.
（图4）
……
说明：
本案例属于“开放探索模式”.在教师给出问题情境以后，学生借助“Z+Z智能教育平台”自主进行实验探究，在“观察、猜想、验证、建构和拓展”的过程中，理解并掌握勾股定理，培养了学生自主探究、实验操作的能力和数学推理表达能力.
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