论文部分内容阅读
【摘要】社会网络化推动了教育的发展，也为高等数学教育提供了更多可利用的技术工具，本文运用教学设计理论为指导，将信息技术与高等数学课程教学相整合，为高等数学的教育改革提供了新的思路。
【关键词】问题化教学设计信息技术高等数学教育应用探究
加涅（R.M.Gagne）曾指出，教育的关键核心问题就是教会学习者思考，学会运用理性的力量，成为一个更好的问题解决者。当前教育的核心在创新，创新的核心在思维，培养学生思维与问题意识及问题解决能力密切相关。高等数学作为高校教育中一门课程，不仅仅是一种工具、一门科学，它凝聚了人类的智慧，蕴含着丰富的思想，具有无法估量的现实意义和价值。高等数学的学习对于学生来说一直是枯燥的、乏味的、困难的，而其现实意义也难以体现，对于高等数学教育者来说，教学的目标是使学生理解数学理论价值和现实意义，在实践探索中理解高等数学的真正内涵。随着教育信息化的普遍开展，如何在教学中运用信息技术实现对高等数学教育的改革发展？结合各种信息技术，通过问题化教学设计，可以为我们提供一种改革路径，它对于学生知识和能力的建构，以及思维的发展起到关键作用，为学生的持续发展提供了良好的情境及思维空间。
一、研究意义
教育改革发展至今，问题化教学设计在中学数学教学中已有普遍应用，但是由于多种因素（如大学教师科研任务重、高等数学内容较复杂较晦涩、教学课时的限制等）影响造成其在大学数学教学中还较少运用。在高等数学教学中采用问题化教学设计，能够唤起学生学习数学的兴趣，引发学生的思考，展示学生的智慧，培养学生的创新精神。大学教育的最终目的不是发展学生的记忆能力，不是为了让学生记住更多的知识，而是要培养学生的独立思考的能力、解决问题的能力，学习知识的目的就是为了应用它解决更多的问题，高等数学教育就要本着教会学生学会并应用数学理论知识的能力，培养学生的综合素质，而问题化教学设计能为实现其教育目标提供一个良好的途径。
在CNKI数据库搜索有关高等数学教学设计的文章，以关键词“高等数学” “教学设计”搜到文章35篇。文章多数是从高等数学教育的一个或几个方面探讨教学改革（如教学内容、方法手段等），并没有理解教学设计的真正内涵，或者根据教学经验针对教学中出现的问题提出了一些解决方案（如教学方法运用、教学策略探讨等）。多数文章对高等数学教育目标的理解也不全面，只是从知识的角度论述，研究如何能达到有效的系统化内容的教学设计，目的是教授学生更全面知识，也有文章涉及数学思想、数学方法和数学文化的培养，却没有教学设计方案。只有个别文章（如《自助式教学设计在高等数学中的实践》）有针对地阐明实践的步骤方案、评价实施效果、提出改进措施。
目前，高等数学教育的理论研究及实践多数滞留在教学内容、教学方法等上，并没有真正从全局把握，形成系统化的教学设计。要完成高等数学教育循序渐进的改革发展，不仅要对其目标、内容、方法、过程、评价都形成先进的思想理念，而且要把这些思想融入到高等数学教学设计的整体方案中。目前对高等数学教学设计的多数研究并没有深入到教育内在实质的变革，要完成实质改革就要求教师对教育技术学的理念和方法有正确的认识，在实际工作中完善信息技术与课程的整合，形成自然的教学设计的思想理念和实际操作流程。本文以《定积分及其应用》为设计案例，阐述在高等数学教育中运用问题化教学设计的思想理念及操作流程，希望能对各位同仁起到抛砖引玉的作用。
二、问题化教学设计
问题化教学是以一个主题单元作为一个整体通过问题化教学设计来完成对其教学过程的确定。它是以一系列精心设计的类型丰富、质量优良的有效的教学问题（教学问题集）来贯穿教学过程，培养学习者解决问题的认知能力与高级思维技能，实现其对课程学习的持久深入的一种教学模式。随着信息技术的迅速发展，技术对教育实现了多方面、多角度的辅助支持，信息技术与课程整合产生了许多高效的教学模式，问题化教学设计正是以关注教育问题为出发点，用精心设计的各种学习问题来组织和实施课程教学的教学设计模式。在问题化教学设计中适时地运用各种先进信息技术，结合传统教学方法方式完成教学过程，谋求在整个过程中整合信息技术的强大作用，来支持和提升教学的效果。
实质上，问题化教学设计是以丰富、优良的教学问题为主导，以信息技术为支持，从问题的视角对课程教学进行系统化建构，将信息技术与课程整合，在问题解决的过程中设计教学。
问题化教学设计系统分解图[1]：
问题化教学设计是以建构主义理论为依据，教育者要根据设计问题的理论及操作流程，完成丰富、优良的问题设计，设计中必须树立以教师为主导、学生为主体的设计理念，通过增强学习过程投入性、趣味性，调动学生的积极性和主动性，在真实的学习任务下，在学习活动的互动中，为学生提供充分的空间和时间，使学生积极参与、主动建构。布卢姆（Bloom，B.S.）从1948年开始构想教育目标的分类，把以培养人为核心的所有教育目标综合归纳为认知、情感和动作技能三大領域。高等数学教育除具有科学教育的特征外，还有其自身特点，教学设计在高等数学教育中运用时，需要综合考虑数学理论、数学思想、数学方法、数学文化以及数学审美等方面的教育目标，结合教学大纲要求，了解学生基本素质，并且从中观层面上设计、组织、实施和评价问题化教学。在高等数学教育中应用问题化教学设计，要适当以各种信息技术作为设施环境、教和学的工具、资源载体和评价手段等。
三、问题化教学设计在高等数学教育中的应用探究
在高等数学教育中关键是把握教育目标，体现其各方面的意义与价值，这就必须立足于主题单元来设计教学。通过中观的教学分析，明确要达到的目标及效果的评价标准，设计丰富、优良的问题集，再根据问题构建各项活动专题，从而把问题分散到各个活动中，解决问题达成目标。
下面本文作者为《定积分及其应用》进行问题化教学设计，通过这个案例阐明问题化教学设计在高等数学教育中的应用，以期为从事高等数学教育的工作者提供一种改革的途径。基于问题化教学设计，将信息技术运用于高等数学的课堂中，提高高等数学的课堂教学效率及教学效果。 首先完成主题单元的目标及内容的分析，如下所示
教学活动中运用到的信息技术有网络、多媒体计算机、数学实验室和各种数学软件工具等。
根据主题单元目标及涉及内容，完成问题设计，把问题按照基本问题、单元问题和内容问题分类，设计时要明确问题所对应的学习目标及内容。根据定积分的教学大纲要求及数学教育的目标，现将主体单元的问题设计如下：
根据本单元教学目标，针对学习问题的各个学习活动，设计了主题单元规划图如下：
本文作者以活动专题1（图：活动专题一）和活动专题5（图：活动专题二）为例。
两个专题的具体教育目标：
活动专题1是通过学生利用网络进行探究学习，培养学生的信息素养和自学的能力；利用科学家的生平事迹指导学生的人生观和价值观；通过学生的学习和自我总結培养其创新的能力，使其理解科学的意义和价值，树立正确的数学观，培养学生勇于探究科学真理的精神；理解定积分的概念及其与不定积分的区别；理解定积分的几何意义。活动专题5是要通过教师讲授，使学生知道什么是微元法，以及微元法解决问题的方法步骤；通过学生课前对问题的思考以及课上教师对相关问题的解释，使学生明确哪些问题可以用定积分来解决；通过教师讲授微元法在几何问题中的应用，使学生明确使用微元法的具体操作方法步骤；通过学生探究定积分在物理、经济等领域中的应用，熟练掌握用微元法解决实际问题的具体操作步骤，也培养学生的自学能力、学习迁移能力；通过学生的操作计算，掌握数学软件工具的使用方法及技巧。
以下是笔者设计的两个活动专题的概念图。
活动专题1（图：活动专题一）的具体实施步骤：
课前收集资料，课堂上学生讲演、讨论，教师总结讲评，教师讲授部分内容，学生课外总结、复习、练习。
步骤1：课前为学生提供部分参考教材及参考文献；提出相关问题，令学生课前思考；学生利用网络收集资料，教师给予一些网络帮助指导。（视学生自身素质基础设置方案）
步骤2：课堂上学生讲演收集资料，提出自己见解；
步骤3：组织学生讨论相关问题；
步骤4：学生陈述讨论结果，教师对学生的学习总结点评；
步骤5：教师利用多媒体展示讲解部分课程内容；
步骤6：学生总结本次课的学习，教师布置课外作业。
活动专题5（图：活动专题二）的具体实施步骤：
课前学生思考分析，课堂上教师讲授，学生讨论总结，教师讲授案例，学生练习，学生操作计算，在学生成果展示后教师总结点评，学生课外收集案例、练习。
步骤1：课前教师提出要思考的问题，学生探究思考，收集信息；
步骤2：课上教师讲授微元法的方法步骤及其可解决实际问题；
步骤3：学生讨论总结；
步骤4：教师讲授案例；
步骤5：学生练习，操作计算；
步骤6：学生展示成果，教师总结点评；
步骤7：学生课外收集案例、练习。
两个活动专题中第一个已经在课堂中实践，通过教师的教学总结及学生的作业分析，以及使用问卷调查的方法对学习结果进行了分析讨论，发现85%学生学习的积极性提高，自学的能力增强；93.6%学生树立对数学科学的正确认识。其中也出现了一些问题出现，由于学生的信息素养、自学能力的缺乏，学习的目标还没有完全实现，例如90%作业没有创意，教师对教学时间的控制没有处理好，课堂时间分配不完全合理等。第二个活动专题由于条件限制还没有完全得到实践，但是本文作者及单位同事立足于小型的数学实验室已经完成了其中部分教学工作，发现有一定的积极教学效果，但学生的学习环境受到数学实验室的限制，如果有相应适合的学习网站作支撑，则能更好地促进学习效果。基于高职高专的高等数学教育需求，作者及其同事考虑设计一个结合课堂的同步式教育网站，在网站中学生可以随时作数学实验，并讨论相关问题，也将有多个其它专业课教师参与其中，根据学生的理论及技能的发展所需的数学理论与实践，提出相应的要求及建议。
四、结语
信息技术发展迅速，在未来的社会中，计算机技术将普及，信息技术将影响我们生活学习的方方面面，基于网络的主题探究和协作学习是高校课程改革的趋势，对于教师来说，要适应未来的教育，除了要随时代变迁更新教育的思想理念，培养自身的信息素养也变得至关重要。
事实上，随着教育的发展、技术的提高，对教育者的要求也越来越高。面对不断出现的各种教育问题也要求教育者不断去发现、改革教育的新途径，作为大学数学教育者就要勇于尝试各种先进技术、先进方案，为形成更优的教育提供经验。本文只是将问题化教学设计的思想理念引入到高等数学的教育中，运用了一些信息技术作支撑，为高等数学教师提供了一些实践模式，教学设计的模式方法还有很多，信息技术的发展也在继续，如何将高等数学课程与信息技术整合以提高教育的效率，将是大学数学教育者不断摸索探究的方向。
【关键词】问题化教学设计信息技术高等数学教育应用探究
加涅（R.M.Gagne）曾指出，教育的关键核心问题就是教会学习者思考，学会运用理性的力量，成为一个更好的问题解决者。当前教育的核心在创新，创新的核心在思维，培养学生思维与问题意识及问题解决能力密切相关。高等数学作为高校教育中一门课程，不仅仅是一种工具、一门科学，它凝聚了人类的智慧，蕴含着丰富的思想，具有无法估量的现实意义和价值。高等数学的学习对于学生来说一直是枯燥的、乏味的、困难的，而其现实意义也难以体现，对于高等数学教育者来说，教学的目标是使学生理解数学理论价值和现实意义，在实践探索中理解高等数学的真正内涵。随着教育信息化的普遍开展，如何在教学中运用信息技术实现对高等数学教育的改革发展？结合各种信息技术，通过问题化教学设计，可以为我们提供一种改革路径，它对于学生知识和能力的建构，以及思维的发展起到关键作用，为学生的持续发展提供了良好的情境及思维空间。
一、研究意义
教育改革发展至今，问题化教学设计在中学数学教学中已有普遍应用，但是由于多种因素（如大学教师科研任务重、高等数学内容较复杂较晦涩、教学课时的限制等）影响造成其在大学数学教学中还较少运用。在高等数学教学中采用问题化教学设计，能够唤起学生学习数学的兴趣，引发学生的思考，展示学生的智慧，培养学生的创新精神。大学教育的最终目的不是发展学生的记忆能力，不是为了让学生记住更多的知识，而是要培养学生的独立思考的能力、解决问题的能力，学习知识的目的就是为了应用它解决更多的问题，高等数学教育就要本着教会学生学会并应用数学理论知识的能力，培养学生的综合素质，而问题化教学设计能为实现其教育目标提供一个良好的途径。
在CNKI数据库搜索有关高等数学教学设计的文章，以关键词“高等数学” “教学设计”搜到文章35篇。文章多数是从高等数学教育的一个或几个方面探讨教学改革（如教学内容、方法手段等），并没有理解教学设计的真正内涵，或者根据教学经验针对教学中出现的问题提出了一些解决方案（如教学方法运用、教学策略探讨等）。多数文章对高等数学教育目标的理解也不全面，只是从知识的角度论述，研究如何能达到有效的系统化内容的教学设计，目的是教授学生更全面知识，也有文章涉及数学思想、数学方法和数学文化的培养，却没有教学设计方案。只有个别文章（如《自助式教学设计在高等数学中的实践》）有针对地阐明实践的步骤方案、评价实施效果、提出改进措施。
目前，高等数学教育的理论研究及实践多数滞留在教学内容、教学方法等上，并没有真正从全局把握，形成系统化的教学设计。要完成高等数学教育循序渐进的改革发展，不仅要对其目标、内容、方法、过程、评价都形成先进的思想理念，而且要把这些思想融入到高等数学教学设计的整体方案中。目前对高等数学教学设计的多数研究并没有深入到教育内在实质的变革，要完成实质改革就要求教师对教育技术学的理念和方法有正确的认识，在实际工作中完善信息技术与课程的整合，形成自然的教学设计的思想理念和实际操作流程。本文以《定积分及其应用》为设计案例，阐述在高等数学教育中运用问题化教学设计的思想理念及操作流程，希望能对各位同仁起到抛砖引玉的作用。
二、问题化教学设计
问题化教学是以一个主题单元作为一个整体通过问题化教学设计来完成对其教学过程的确定。它是以一系列精心设计的类型丰富、质量优良的有效的教学问题（教学问题集）来贯穿教学过程，培养学习者解决问题的认知能力与高级思维技能，实现其对课程学习的持久深入的一种教学模式。随着信息技术的迅速发展，技术对教育实现了多方面、多角度的辅助支持，信息技术与课程整合产生了许多高效的教学模式，问题化教学设计正是以关注教育问题为出发点，用精心设计的各种学习问题来组织和实施课程教学的教学设计模式。在问题化教学设计中适时地运用各种先进信息技术，结合传统教学方法方式完成教学过程，谋求在整个过程中整合信息技术的强大作用，来支持和提升教学的效果。
实质上，问题化教学设计是以丰富、优良的教学问题为主导，以信息技术为支持，从问题的视角对课程教学进行系统化建构，将信息技术与课程整合，在问题解决的过程中设计教学。
问题化教学设计系统分解图[1]：
问题化教学设计是以建构主义理论为依据，教育者要根据设计问题的理论及操作流程，完成丰富、优良的问题设计，设计中必须树立以教师为主导、学生为主体的设计理念，通过增强学习过程投入性、趣味性，调动学生的积极性和主动性，在真实的学习任务下，在学习活动的互动中，为学生提供充分的空间和时间，使学生积极参与、主动建构。布卢姆（Bloom，B.S.）从1948年开始构想教育目标的分类，把以培养人为核心的所有教育目标综合归纳为认知、情感和动作技能三大領域。高等数学教育除具有科学教育的特征外，还有其自身特点，教学设计在高等数学教育中运用时，需要综合考虑数学理论、数学思想、数学方法、数学文化以及数学审美等方面的教育目标，结合教学大纲要求，了解学生基本素质，并且从中观层面上设计、组织、实施和评价问题化教学。在高等数学教育中应用问题化教学设计，要适当以各种信息技术作为设施环境、教和学的工具、资源载体和评价手段等。
三、问题化教学设计在高等数学教育中的应用探究
在高等数学教育中关键是把握教育目标，体现其各方面的意义与价值，这就必须立足于主题单元来设计教学。通过中观的教学分析，明确要达到的目标及效果的评价标准，设计丰富、优良的问题集，再根据问题构建各项活动专题，从而把问题分散到各个活动中，解决问题达成目标。
下面本文作者为《定积分及其应用》进行问题化教学设计，通过这个案例阐明问题化教学设计在高等数学教育中的应用，以期为从事高等数学教育的工作者提供一种改革的途径。基于问题化教学设计，将信息技术运用于高等数学的课堂中，提高高等数学的课堂教学效率及教学效果。 首先完成主题单元的目标及内容的分析，如下所示
教学活动中运用到的信息技术有网络、多媒体计算机、数学实验室和各种数学软件工具等。
根据主题单元目标及涉及内容，完成问题设计，把问题按照基本问题、单元问题和内容问题分类，设计时要明确问题所对应的学习目标及内容。根据定积分的教学大纲要求及数学教育的目标，现将主体单元的问题设计如下：
根据本单元教学目标，针对学习问题的各个学习活动，设计了主题单元规划图如下：
本文作者以活动专题1（图：活动专题一）和活动专题5（图：活动专题二）为例。
两个专题的具体教育目标：
活动专题1是通过学生利用网络进行探究学习，培养学生的信息素养和自学的能力；利用科学家的生平事迹指导学生的人生观和价值观；通过学生的学习和自我总結培养其创新的能力，使其理解科学的意义和价值，树立正确的数学观，培养学生勇于探究科学真理的精神；理解定积分的概念及其与不定积分的区别；理解定积分的几何意义。活动专题5是要通过教师讲授，使学生知道什么是微元法，以及微元法解决问题的方法步骤；通过学生课前对问题的思考以及课上教师对相关问题的解释，使学生明确哪些问题可以用定积分来解决；通过教师讲授微元法在几何问题中的应用，使学生明确使用微元法的具体操作方法步骤；通过学生探究定积分在物理、经济等领域中的应用，熟练掌握用微元法解决实际问题的具体操作步骤，也培养学生的自学能力、学习迁移能力；通过学生的操作计算，掌握数学软件工具的使用方法及技巧。
以下是笔者设计的两个活动专题的概念图。
活动专题1（图：活动专题一）的具体实施步骤：
课前收集资料，课堂上学生讲演、讨论，教师总结讲评，教师讲授部分内容，学生课外总结、复习、练习。
步骤1：课前为学生提供部分参考教材及参考文献；提出相关问题，令学生课前思考；学生利用网络收集资料，教师给予一些网络帮助指导。（视学生自身素质基础设置方案）
步骤2：课堂上学生讲演收集资料，提出自己见解；
步骤3：组织学生讨论相关问题；
步骤4：学生陈述讨论结果，教师对学生的学习总结点评；
步骤5：教师利用多媒体展示讲解部分课程内容；
步骤6：学生总结本次课的学习，教师布置课外作业。
活动专题5（图：活动专题二）的具体实施步骤：
课前学生思考分析，课堂上教师讲授，学生讨论总结，教师讲授案例，学生练习，学生操作计算，在学生成果展示后教师总结点评，学生课外收集案例、练习。
步骤1：课前教师提出要思考的问题，学生探究思考，收集信息；
步骤2：课上教师讲授微元法的方法步骤及其可解决实际问题；
步骤3：学生讨论总结；
步骤4：教师讲授案例；
步骤5：学生练习，操作计算；
步骤6：学生展示成果，教师总结点评；
步骤7：学生课外收集案例、练习。
两个活动专题中第一个已经在课堂中实践，通过教师的教学总结及学生的作业分析，以及使用问卷调查的方法对学习结果进行了分析讨论，发现85%学生学习的积极性提高，自学的能力增强；93.6%学生树立对数学科学的正确认识。其中也出现了一些问题出现，由于学生的信息素养、自学能力的缺乏，学习的目标还没有完全实现，例如90%作业没有创意，教师对教学时间的控制没有处理好，课堂时间分配不完全合理等。第二个活动专题由于条件限制还没有完全得到实践，但是本文作者及单位同事立足于小型的数学实验室已经完成了其中部分教学工作，发现有一定的积极教学效果，但学生的学习环境受到数学实验室的限制，如果有相应适合的学习网站作支撑，则能更好地促进学习效果。基于高职高专的高等数学教育需求，作者及其同事考虑设计一个结合课堂的同步式教育网站，在网站中学生可以随时作数学实验，并讨论相关问题，也将有多个其它专业课教师参与其中，根据学生的理论及技能的发展所需的数学理论与实践，提出相应的要求及建议。
四、结语
信息技术发展迅速，在未来的社会中，计算机技术将普及，信息技术将影响我们生活学习的方方面面，基于网络的主题探究和协作学习是高校课程改革的趋势，对于教师来说，要适应未来的教育，除了要随时代变迁更新教育的思想理念，培养自身的信息素养也变得至关重要。
事实上，随着教育的发展、技术的提高，对教育者的要求也越来越高。面对不断出现的各种教育问题也要求教育者不断去发现、改革教育的新途径，作为大学数学教育者就要勇于尝试各种先进技术、先进方案，为形成更优的教育提供经验。本文只是将问题化教学设计的思想理念引入到高等数学的教育中，运用了一些信息技术作支撑，为高等数学教师提供了一些实践模式，教学设计的模式方法还有很多，信息技术的发展也在继续，如何将高等数学课程与信息技术整合以提高教育的效率，将是大学数学教育者不断摸索探究的方向。