教育信息化与高等数学课程教学改革实践

教育信息化与高等数学课程教学改革实践

王跃恒  熊寿遥

（长沙理工大学 数学与统计学院，湖南长沙， 410015）

【摘要】本文立足于现代信息技术的全面发展及对教学改革的深刻影响，肯定了现代信息技术在教育中的三个前景：1.网络学习将取代课堂成为学生的主要学习方式；2.每一个不同的学习者的优势和需要都可以在网络教育中得到充分的发挥和满足；3.网络教育将使终身学习成为现实。同时，确立了现代信息技术的地位与作用，阐述了现代信息技术对教学改革的重要作用。文章从教学内容、信息化资源和信息技术手段详细设计了高等数学课程的改革思路，并实现了课程的教学改革设计。

【关键词】信息技术；高等数学；教学；资源

一、教育信息化的概况

《国家中长期教育改革和发展规划纲要 (2010-2020 年)》明确指出，提高质量是高等教育发展的核心任务，是建设高等教育强国的基本要求。 而实现信息技术与高等教育深度融合是提升我国高等教育质量的重要举措，更是我国高等教育信息化的重要使命^[1]。

以现代信息技术为基础的教育信息化过程率先出现于西方发达国家，特别是美国。上世纪90年代中期之后教育信息化日渐成为全球的趋势，从教育信息化发展水平上看，美英等西方发达国家无疑是较高的。美国先后两次制定了国家信息技术教育目标，在实施战略上，已大体完成了从注重以联网为中心的设施建设阶段向网络教育的实际实施和完善阶段的过渡,美国信息技术教育的发展已经获得了长足的进展，据全美教育统计中心的统计数据，美国公立学校的入网率已达100% ,每一教室计算机与网络的联通率达100%，已经达到了“总统科学与技术咨询委员会”所说的“许多专家认可的学校中有效利用计算机的合理水平”。在这一新的发展平台上，由美国国会两党共同任命的“网络教育委员会”发表了重要报告———“学习中因特网之力量：从承诺到实践”，对Internet在教育中的前景作了3点判断：1.网络学习将取代课堂成为学生的主要学习方式；2. 每一个不同的学习者的优势和需要都可以在网络教育中得到充分的发挥和满足； 3.网络教育将使终身学习成为现实。基于这些判断，委员会认为网络教育实施的国家动员是十分必要的，委员会为此提出了7 点建议，突出强调了要将以下3个领域作为工作的重点：1.开发高质量的网络教育的内容和软件；2.通过因特网的远距离教育支持教师的专业化发展；3.建设以“宽带”技术为核心的快速的网上通道。  

上世纪90年代中后期以后，欧洲各国也掀起了新一轮的教育信息化的热潮，推出了不少重要的有关教育信息化的计划。德国教育科技部与电信部发起了一项关于在3年内使10000 所学校联网的动议；芬兰教育部提出一个名 为“信息社会中的教育、培训与研究”的国家战略五年计划，将使全部学校和教育机构联网；意大利教育部计划绝地部分的中、小学配备多媒体设备与软件；法国政府确定了一批有关教育信息化的课题，建立了一批网上信息资源，将学区的学校全部联网。除了各国推行的教育信息化计划外，欧洲的一些区域性组织也在大力推动信息技术教育的发展，推出了一系列旨在加快教育信息化步伐的教育改革计划，如推进信息社会中学习的“欧洲教育创议行动规划”；推动高校教育改革的“苏格拉底”计划；改革职业技能培训的“达芬奇”计划；开发多媒体教材的MEDIAII与INFO2000计划等等。  

 在教育信息化过程中，各国都充分认识到了教师在其中所扮演角色的重要作用，不遗余力地加强对教师的信息技术教育和培训。为鼓励、组织和支持教师使用新技术对学生进行教育，美国教育联合会等几家著名的全国性教育组织联合建立了21世纪教师服务网络，计划培训10万名教师，并为参与这项服务的教师提供交流经验的场所。苹果公司为这一组织的教师培训工作设立了专门的“ 21世纪教师工作室”。

2013年11月3日，由中国教育发展战略学会、中国教育国际交流协会、北京大学、国家开放大学和北京开放大学共同主办的“信息技术发展与教育改革国际论坛”在北京召开。论坛分为主题演讲和案例分享两个部分。中国教育发展战略学会会长郝克明为论坛致欢迎辞，中国教育部副部长杜占元、中国教育部科技发展中心主任李志民、美国新媒体联盟执行总裁莱瑞·约翰逊 （Larry   Johnson）、中国电化教育馆馆长王珠珠、北京市教育委员会委员李奕、上海远程教育集团副主任王宏、北京开放大学副校长张铁道分别作了发言。在案例分享阶段，北京开放大学校长胡晓松、国家开放大学国家数字化学习资源中心常务副主任单丛凯、美国3D教学公司Cyber-Anatomy的董事长理查德·莱恩巴克 （Richard Lineback）、北京大学信息科学技术学院副教授陈江等分享了各自实践中的案例。来自教育行政部门、全国各高校、远程教育界、中小学校、科技公司、各界媒体等的500多人参会。本次论坛涉及教育信息化的规划、工程、模式、策略、案例等诸多方面，更围绕慕课 （MOOC，大规模开放网络课程）进行了热烈的讨论。嘉宾发言可以看出，信息技术主要通过以下几个方面来推动教育变革：扩大教育机会，促进教育公平；变革教学模式，提高教育质量；满足多元需求，实现泛在学习；共享优质资源，开展规模教学。

二、现代信息技术在教学中的地位与作用

（一）利用现代信息技术是教学改革的发展方向

现代信息技术促进着文化、教育的进步，信息技术在全球的广泛使用,不仅深刻地影响着经济结构与经济效率,而且作为先进生产力的代表,对文化和教育产生着深刻的影响。

现代信息技术已引起传统教育方式发生着深刻变化。计算机仿真技术、多媒体技术、虚拟现实技术和远程教育技术以及信息载体的多样性,使学习者可以克服时空障碍,更加主动地安排自己的学习时间和速度。特别是借助于现代信息技术的互联网,将开辟出通达全球的知识传播通道,实现不同地区的学习者、传授者之间的互相对话和交流,不仅可望大大提高教育的效率,而且给学习者提供一个宽松的内容丰富的学习环境。 借助于现代信息技术的互联网将在传统的教育领域引发一场革命,并促使人类知识水平的普遍提高。

现代信息技术已经成为科学研究和技术开发不可缺少的工具。互联网络资源拥有的600多个大型图书馆、400多个文献库和100万个信息源，成为科研人员可以随时进入并从中获取最新科技动态的信息宝库,大大节约查阅文献的时间和费用；互联网上信息传递的快捷性和交互性,使身处世界任何地方的研究者都可以成为研究伙伴,在互联网上进行实时讨论、协同研究,甚至使用网上的主机和网络资源来完成自己的研究工作^[2]。

现代信息技术为传播文化教育提供了更加便捷的渠道,大量的教育教学网络资源可以通过网络传送给学习者,成为教育教学的主要途径。电子出版以光盘、磁盘和网络出版等多种形式,打破了以往信息媒体纸介质一统天下的局面。多媒体技术的应用和交互式界面的采用为教育的普及开辟了广阔前景.一种利用现代信息技术手段和网络资源的教育改革新局面正在逐渐形成。例如，当前有星火燎原之势的微课竞赛，慕课建站都是基于现代信息技术手段和网络资源建设^[2-3]。

（二）信息技术的网络资源为教学改革提供了丰富的教学材料

现代信息技术的网络教学资源是指利用网络设备和技术为辅助教学提供的网络教学硬件资源和网络信息资源的统称。网络教学硬件资源涉及计算机、其他网络设备等硬件设备的配备，网络教学信息资源包含各种媒介和形式的信息的集合，包括通过网络传输的文字、声 像、电子信息、数据库等、具体表现为多媒体课件、电子教案等 。

1.网络资源的信息量大、具有信息传递便捷、交互性强的特点，有利于开展发现式和协同式教学，利用网络资源教学可以大大地提高信息传递的效率,使学生在较短的时间内获得更多的信息量。培养学生提出问题解决问题的能力，从而有利于学生创造能力的培养。

2.开展现代信息技术教学，把多媒体网络技术引入教学，采用图文并茂、丰富多彩的人机交互方式，提供丰富的相关案例及实物操作图像,加大了教学内容密度,有利于培养学生利用网络进行信息的获取、分析、加工的能力，从而有利于学生信息能力的培养。

3. 网络资源的教学方便快捷，不受时空限制，只要有机会可以随时在网上学习，也可以随时在网上提问。以此可以激发学生学习兴趣, 增强学习成效。学生登录教学网后可以通过作业提交、电子举手和电子抢答等功能,实现与教师的实时交流,使学生的学习兴趣得以保持和提高^[4]。

4. 网络庞大的信息资源、优越的多媒体功能和多向交互功能为教学质量和效益的提高提供了可能，现代信息技术和网络资源教育教学是信息时代最为有效的全民教育和终身教育方式。

三、高等数学课程教学实践

（一）改革传统教学内容

加强对学生直觉思维的培养，突出产生高等数学重要概念的实际背景，如数学方面的几何背景、物理方面的力学和运动学背景等等，以便学生在学习过程中比较自然地接受这些重要概念，并加以深刻理解；注重理论联系实际，教学内容吸收专业、工作或生活中应用高等数学的实际例题，以提高学生的感性认识和学习积极性；将高等数学内容进行优化，如将不定积分与定积分糅合在一起，即由定积分引入，通过原函数研究不定积分的计算，最后解决定积分问题等；尽可能按照高等数学历史发展的原貌介绍相关概念与理论，而不是严格按照各部分内容的逻辑体系来建立，使学习更加符合人们认识世界的客观规律；积极将教学研究成果吸收进来，培养学生应用高等数学知识思维处理实际问题的能力。

（二）建设网络教学资源

1. 辅助资源：参考文献与参考教材；相关专题网站（国内、外）；学科前沿或热点问题。

2.授课单元结构表：打破传统课堂教学的章、节逻辑关系，以知识点来构建网络课程结构。以相对独立的二级知识点划分授课单元，授课单元的序号为：1.1、1.2、2.1、2.2……等。（6授课单元/学分）

3.课程内容资源：根据授课单元结构表，每一授课单元对应一个Word教案文档，其媒体素材库中对应的动画、视音频和文本WORD教案中相应的“关键词”作好链接，Word教案文件名的命名为在“授课单元结构表”中对应的序号；每个授课单元对应制作一个PPT文件，要求内容具有科学性、启发性、趣味性，能够调动学生的学习积极性和创造性。

4. 课程教学视频：视频录制是项目研究最重要的环节，事关项目的成败，每单元视频录制都必须严格执行下列程序：根据教学内容改革划定的知识点→确定教学目标→选择教学媒体组合（电脑、投影仪、黑板）→制定教学计划→模拟施教试验→对课件进行评价与修改→进入教学视频录制 。要求运用构建式学习的教学方法、问题解决的教学模式以及随机启发式等现代教学教育理论完成人学的全过程，实现生动活泼具有创新局面的课堂教学氛围。

5.题库建设：题型为一个答案的单选题、多个答案的多选题、判明正确与否的判断题、以及填空题、计算题、应用题、证明题等，所有题目提供解答和点评分析，根据教学单元提供多套试卷并提供全部参考答案，以试题库题目为依据，提供多种组卷策略的在线测试，采取随机方式自动组卷；以试题库为依据，设置在线作业。

（三） 以现代信息技术为手段开展教学

配备经验丰富的数学教师，规定在工作日至少登录网络教学平台2小时，人工在线指导、解答各类问题等，并进行网络维护，开展全方位教学,具体教学内容如下：

1.视频单元教学。视频最好地展示了课程内容，视频单元教学要求目的明确，教师讲课要求重点突出，难点分散，生动活泼，图文并茂，媒体流畅，画面清楚，教态大方，充分调动成教学生学习的主动性和积极性，有利于学生学习。

2.教学文件学习。将本课程所需教学大纲、word教案、PPT课件等教学相关文件提供给网络平台，教学生查阅浏览。

3.习题教学。习题模块按照视频教学单元进行习题设置，学生在线完成相关练习。习题模块带有自动评判功能及答题后参考答案提示功能，学生可即时获得评判及提示。教师给以点评。

 4.网络平台在线测试。根据教学需要进行单元测试、 模块测试及综合测试，教师根据不同教学内容在线出题，学生也可根据自已学习的需要，自行选择试卷内容进行自测，在线测试平台带有在线评判功能，实现教学交互。

5.教学讨论。为方便教师与学生的交流与互动及资源的共享，充分利用平台的教学讨论模块，师生通过教学讨论模块的论坛交流进行各种形式的交流。

6.教学评价。鼓励登录教师、学生利用教学评价功能对网络教学资源的内容进行评价，对教师的视频教学、网管教师的工作进行评价，评价结果直接在页面上显示，实现高等数学课程教学的有效评价及监督。

7.移动终端学习。我们的学生能够通过手机等移动终端登录网络资源平台，在线学习高等数学课程，利用手机等终端可以不论时间长短，不论何时何地的进行学习，最大限度的利用时间和资源。

参考文献：

[1] 国家中长期教育改革和发展规划纲要 (2010—2020 年) [EB/OL]. [2013 -08 -16].

http://www. gov.cn/jrzg/2010 -07/29/con-tent_1667143.htm. 

[2] 李晓燕 .现代信息技术的发展对生活的影响[J] .科技信息，2008.08.20(24).12+6

[3] 杨剑虹.网络传播对文化进步的影响[J] .中国科技信息，2009.08.15(16).171-172

[4] 刘清凤.信息技术与教学模式转换研究[J] .安阳工学院学报，2012.03.20(1).86-87