数学与应用数学专业课程信息化教学的研究与实践

郝 妍, 柳海微

(1. 沈阳师范大学 数学与系统科学学院, 沈阳 110034; 2. 沈阳市第五中学, 沈阳 110042)

0 引 言

近年来,信息技术迅猛发展,基于互联网、云端的大数据技术正在引发新的教育革命,互联网中已经涌现出越来越多的优质教学资源和新型教学方式、方法,学生通过网络可以轻松获取海量知识,已经不满足于教师的教材、教参、辅导书、考试题及现成的标准答案等课程资源,这就给传统的以教师为中心的课堂教学带来巨大冲击。因此教育工作者们需要重新思考,如何改革课堂教学来适应大数据时代的未来教育。在2015年国际教育信息化大会上,习近平总书记明确提出:“建设‘人人皆学、处处能学、时时可学’的学习型社会,培养大批创新人才,积极推动信息技术与教育融合创新发展,是人类共同面临的重大课题。”[1]此后,基于信息技术的教育理念、教学平台、教学资源、教学技术手段不断推出,极大地促进了信息化教学的革新。众多学者对新时代信息化教学进行了深入的研究,取得了诸多成果,见文献[2-14]。通过这些研究成果,可以预见,信息技术对教育的影响将越来越大,教育教学信息化,将是大数据时代发展的必然要求,也将是高校教育的发展趋势。

1 数学与应用数学专业课程信息化教学现状

在当今这个处处信息化、智能化的时代,人们对于教师的要求也变得更加“信息化”。以前的教书匠只需三尺讲台、一块黑板、一支粉笔、一本教材就可以教学,显然,现在这种标准是行不通的。教师要有多方面的技能,要学会使用先进的教学技术和手段,要与大数据时代相接轨,而数学与应用数学专业课程的教学方法却一直处于传统、滞后的阶段。数学课向来被学生们认为是枯燥无味的,详实的理论推导、繁重的计算步骤都是老师们一字一句的写在黑板上,而老师们也长年处于一根粉笔、一本教案站讲台的情形。许多老师,多年来教案从不更新,相同的内容相同的方法,年复一年地讲下来,翻来覆去总是那样几句话,从而形成了老师“单向灌输、学生被动接受”的课堂局面。在课堂上,学生的主要任务就是消化、理解老师讲授的内容,学习主动性和创造性被严重忽视,以至于慢慢的被消磨殆尽。学生坐在教室里没有学习兴趣,上课时溜号、玩手机的比比皆是,学生对这种传统的“填鸭式”的教学方式已经厌倦。虽然近几年来,信息化的教学手段正在逐步地被引入到数学课程教学中,但更多的仍然停留在使用教学课件等比较初级的阶段。基于此种教学现状,转变传统的教学理念、引入先进的信息化教学手段以适应学生多元化的需求和个性化的发展势在必行。

2 数学与应用数学专业课程信息化教学改革的思路与设想

2.1 与时俱进,转变传统教学观念

教师的教学理念,会直接体现在整个教学过程中,也会直接影响教学效果,从而要改变目前的教学现状,首先需要教师改变传统的教学观念。

1) 作为教师,应该把“以教师为中心”的教学理念转变为“以学生为主体”,教师要充分运用信息化教学手段,在正确引导学生思维方向的同时,更加注重学生的创新思维能力培养,不断提高课堂教学水平,进而提高学生的学习兴趣和学习的主动性。

2) 教师需要主动自觉地完成从知识的“灌输者”到教学活动的指导者、能力素质发展的促进者的角色转变,应该由灌输式的讲授者转向学生学习的合作者,促进课堂教学真正向有利于学生能力发展的角度转变。

2.2 多措并举,提高教师信息素养

1) 通过组织培训、讲座或自学等方式提高教师的信息意识、信息素养、信息能力与技术操作技能。做到熟练掌握多媒体课件、微课、慕课的制作,了解并会使用雨课堂等各种教学平台、教学软件等信息化教学手段,理解翻转课堂的意义。

2) 积极鼓励和组织教师参加各类信息化教学竞赛,如多媒体课件设计竞赛、数学微课程教学设计竞赛、信息化教学课程案例竞赛等,以竞赛为驱动来提高教师信息化教学水平。对信息化教学手段使用表现优异者,可以给予精神鼓励和物质奖励,从而营造积极学习和使用信息化技术的氛围。

2.3 深入普及,加强信息化教学实践

在信息化教学中,可供教师选择的教学方法有很多,教师可以根据教学内容和学生的特点进行灵活选择,并根据教学需要制作出多媒体课件、教学视频,或者制作慕课、微课,将其发布到公共的教学资源平台,或利用已有的网络学习载体,如智慧树、超星学习通等,让学生在课堂之外还有更多的网络资源进行复习、讨论、提问、预习等。

1) 通过引入信息化教学,丰富学生的学习渠道

在多媒体教学的基础上,尝试制作微课、慕课,在环境允许的条件下把雨课堂引入到课堂中,课后通过中国大学慕课、超星学习通等网络平台让学生真正体验到信息化教学带来的益处和乐趣。

2) 通过信息化教学,引发学生的学习兴趣,开阔学生的思维

在教师的指引下,学生可以利用校园网和互联网对教学资源进行收集、整理和分析,从而激发学生学习的积极性。学生的学习不再是灌输式的,而是一种具有自主性和选择性、衔接性和创造性兼得的学习,这样不仅符合学生主动学习的需要,又能保证学生的个性在学习中得到充分发挥。

3) 通过信息化教学实践,改变数学课堂“死气沉沉”的现状

扭转数学与应用数学专业课程在学生心目中枯燥无趣的局面,利用信息化教学把抽象、晦涩难懂的数学语言转化为形象、生动的动画、视频输出,激发学生的学习兴趣。

3 以《解析几何》《数学史》《常微分方程》课程为例探究信息化教学改革实践

3.1 《解析几何》线下多媒体教学

《解析几何》作为本科生步入大学数学与应用数学专业的第一门课,对学生们了解大学课程的学习方式有着重要的作用。虽然这门课程在近些年进行了多次的教学改革探索,但教学效果提升一直不太明显。从2018年开始,基于大学一年级的学生课堂教学时间紧任务重的特点,结合学校教学环境网络设置的情况,将信息化教学引入《解析几何》课程的方式采用了线下多媒体教学。

经过2年教学改革实践的《解析几何》线下多媒体教学具有如下特点:

1) 讲解与课件相融合

制作出适合教学使用的多媒体课件,并充分利用教室里的多媒体硬件设备进行展示,极大地提高了课堂教学质量。但这并不意味着多媒体课件可以代替老师的讲解,因为学生所学的知识是离不开教师教的过程,老师要把教学课件用得恰到好处,充分发挥它应有的作用。

2) 演示与板书相融合

通过计算机的演示,帮助学生形象的理解空间立体图形,增强几何直观能力。当然数学与应用数学专业课程教学离不开板书的详细表达,教师通过板书进行解题演算过程、定理证明步骤的严谨推导,对提高教学效果有着重要的作用。可以说板书推导与课件动画演示相融合是教好几何类课程的重要方式。

3) 直观与抽象相融合

空间立体图形抽象空洞、难以想象,而课件中动画演示形象生动直观。经过教学实践,对课件内容进行反复修改,尽量提高课件的质量,充分利用其图文并茂、能动会变的特点,将抽象的数学内容直观化和形象化,以便于学生更好地理解和掌握。

3.2 《数学史》线上线下混合式教学

自2018年起,《数学史》课程采取跨校修读学分的管理模式进行课程教学实践。跨校修读学分是指高校间以第三方教学管理平台为依托,在前期精品资源共享课建设的基础上,在校学生可以根据高校间的协议选择修读非本校开设的课程并获得相应的学分,且所获学分须由本校审核后给予认可的一种新型教学管理模式[15]。本课程选择修读的是大连理工大学的《数学文化》精品开放课程,利用超星泛雅网络学习平台,组织学生开展在线学习。

《数学史》课程是数学与应用数学专业开设的一门课程,内容涵盖丰富,在整个教学工作中,既包含编年体式的历史记事,又有不同数学分支的学术成就。因此,讲授数学史对教师的要求相当高。利用《数学文化》视频开放课程既可以解决教师对各个数学分支了解不全面的问题,又可以让学生更深入的学习到某些数学分支的发展历史。在课程内容安排上采取课堂讲授与在线学习相结合的手段,对于某些章节,课堂上教师讲授之后,学生课后通过视频课程进一步理解、渗透,以达到更好的学习效果。

除了在线学习,针对《数学史》的课程特点,综合采用了课堂讲授、网络学习平台、翻转课堂3种形式相结合的教学模式。课堂上按照教学大纲要求,通过多媒体课件和板书相结合的形式进行授课。课后通过观看超星学习平台上的《数学文化》课程视频作为补充,学生们可以合理安排自己的时间进行网上学习,摆脱了学校教学周的限制。针对某些章节,课程教学采用布置问题、网络视频自学、回到课堂上以小组汇报的翻转课堂模式进行,进一步提升了教学效果。

可以说跨校修学分的教学模式能提高各个高校教学资源的合理利用,能增强学生学习的积极性和主动性。《数学史》课程采取的以教师为主导、学生为主体、线上线下相结合、知识传授与内化相融合的方法,取得了良好的教学效果。

3.3 《常微分方程》线上全方位教学

此次疫情期间的“停课不停学、不停教”是彰显信息化教学优势的最好时机。《常微分方程》这门课程利用超星学习平台给学生带去了全新的线上学习体验。利用教学平台教师发布每节课的学习任务点,有教案、课件、视频、知识点总结、作业等,供学生线上学习知识。其中课件是多媒体教学在线上的展示;教学视频是教师从优质慕课、在线课程中精心筛选的,适合自己学生和教学大纲的高等学府资深教授的线上教学;知识点总结是教师根据每节课的教学重点、难点总结的精炼内容,教师通过录制微课的形式上传到平台供学生观看。教师可以利用平台其他功能进行教学管理,如点名、签到、通知、讨论、作业批改等,时刻掌握学生的学习动态,教师还可以利用平台统计学生任务点的完成情况,最终按照分布比例自动计算出学生的成绩。可以说整个教学平台是一个比较完善的拥有丰富资源和先进设施的线上教务系统,为疫情期间的教与学带来了智能和方便的体验。

3.4 信息化教学实践的教学反思

经过2年的信息化教学实践,尝试了不同方式的信息化教学模式——线下多媒体教学、线上线下混合式教学和全方位的线上教学,综合数学与应用数学专业课程特点和学生的接受效果,目前认为前2种信息化教学模式更适合于该专业老师的教和学生的学。数学与应用数学专业课程理论性较强,定义定理公式抽象复杂,缺少了线下的课堂教学,没有了一步一步严谨的面对面的板书逻辑推理,学生接受起来有些困难,教师有种“有力无处使”的遗憾。虽然在线学习有着空间和时间上的灵活便利,但是这种学习方式更适合于学习自觉性强、知识渴望性高、会自主学习、数学悟性高的学生们。对于普通的数学与应用数学专业学生来说,线下多媒体教学和线上线下混合式教学,是有效利用信息化教学方法,有效改变“填鸭式”教学面貌,有力提升课堂教学效果的重要方式。