信息技術與數學課程深入整合的利器——虛擬教具

☆朱琴

（南京市百家湖小學，江蘇南京 211100）

信息技術與數學課程深入整合的利器
——虛擬教具

☆朱琴

（南京市百家湖小學，江蘇南京 211100）

近些年來，隨著信息技術的不斷進步及互聯網的普及，在數學課堂上出現了一類新的教具，名為“虛擬教具”（Virtual Manipulatives），作為新一代計算機教具，它具備以往計算機教具不具備的一些特點和優勢，在美國、新加坡、臺灣的教學實踐證明，其對信息技術與數學教學的深入整合有較大的推動作用。

一、虛擬教具的含義、特點及作用

數學虛擬教具是一種為了幫助學生更好地學習數學知識而開發的基于互聯網的交互式、可視化軟件，它允許學生像使用實際教具那樣，通過鼠標或鍵盤操控動態的虛擬物件，探索發現數學概念和數學關系。它具有以下特點：一是交互性。不同于單向的信息展示，學生可以直接通過鼠標操控虛擬化的教具（如旋轉、移動圖形）。二是動態性。靜態圖形能隨著具體的操作進行連續的變化，從而展現出動態變化的過程。三是基于互聯網。虛擬教具雖然也可以單機使用，但基于互聯網可以使虛擬教具不受學習時間、空間的約束，發揮出更大的作用。

在中小學數學課堂教學中使用虛擬教具具有如下優勢：一是可以避免實際教具數量少、有時難以得到想要的教具、教具使用管理、維護等問題。二是可以克服有些教具在教學過程中效率低的問題，如可能性教學中的投硬幣、擲骰子等重復性操作。三是虛擬教具能創設具有交互式及動態特性的虛擬學習環境，較之目前廣泛使用的PPT及FLASH制作的以單向信息傳遞為主的課件，更有利于不同層次學生的積極主動探索，能有力推動課堂教學向“教師主導，學生主體”方向轉變。四是較之其它信息整合方法如WebQuest，更適合在數學課堂運用。

二、虛擬教具典型網站介紹

虛擬教具的優良特性意味著其開發難度及投入較大，一般需要一個包括教育專家、優秀教師、軟件開發人員甚至學生的專業團隊來實現，所以，發掘并應用已有的虛擬教具是當務之急，好在互聯網上已經有不少網站提供免費的、優秀的虛擬教具，現介紹兩個典型的網站：

一是美國國家虛擬教具圖書館（National Library of Virtual Manipulatives，http:／／nlvm．usu．edu／），它是一個由美國國家科學基金會（National Science Foundation）支持的項目，該項目主要依據美國國家數學課程標準開發了系列適用于從學前班到12年級的虛擬教具（有中文版），虛擬教具根據不同年級段，分為數及運算、代數、幾何、測量、統計與可能性五類，采用Java Applet技術實現，每個虛擬教具有分別針對教師／家長和學生的使用說明，既適合教師教學，也適合學生在家長指導下學習或自學。eNLVM是NLVM的增強和擴展，是一個在線課程創建工具，其中有展示虛擬課件在教學中應用的典型課例，值得參考。

二是美國SHODOR教育基金會網站（http:／／www．shodor．org／interactivate／），該網站一是從學習者（Learner）的角度提供了 3－12年級的 Activitis（學習活動）、Dictionary（術語詞典）、Tools（虛擬教具），每個虛擬教具由 Learner(學習者的說明)、Activity(教具軟件)、Help（使用幫助）、Instructor（教學說明）四部分組成。二是從教學者（Instructor）的角度提供了應用虛擬教具的教學設計、相關討論及教學標準。

從上述網站可以看出當前美國數學虛擬教具的一些特點：一是全，緊緊圍繞課程標準設計，涵蓋了每個年級及主要的教學內容。二是深，每個虛擬教具均從教和學兩方面提供了幫助，并且提供了大量運用虛擬教具的課例，充分體現出“教師主導——學生主體”以及“學教并重”的思想，虛擬教具已逐步與課程教學溶為一體，既支持課堂內的教學，又支持課外的自學。

三、虛擬教具應用

由于數學是一門跨國界的語言，我國中小學數學的內容和結構與發達國家（如美國）有不少相似之處，具體到與虛擬教具相對應的知識點，更有許多共同之處，這是我們可以借鑒應用的基礎。目前國內信息技術與數學課程的整合正走向深入，同時也遇到了較大的困難，突出的問題是雖然投入較大，但教學效果并不理想，難以廣泛深入的開展。這與運用信息技術教學，教師投入較大、技術手段較為單一（以單向信息的傳遞為主）、學生主動參與探索不夠、課堂結構未發生根本性轉變等有密切關系，而在課堂教學中合理引入免費的優質虛擬教具可以有效解決上述問題。目前在美國、新加坡、臺灣的教學實踐表明，虛擬教具的有效運用確實對提高教學質量有較明顯的幫助。

由于在語言、教學方式、文化等方面與美國存在較大差異，所以引入虛擬教具需要一個“本土化”的過程，建議有關部門組建一個團隊，系統的引進、消化、吸收直至改進國外的優秀免費虛擬教具，然后共享使用。作為教師個人也可以在教學中嘗試使用國外的虛擬教具，特別是有漢化版的，具體可以參考以下步驟：

第一，確定適合的教學內容。具體哪些內容適合用虛擬教具整合，有兩條經驗可供參考：一是事前要有充分的理由，避免只是為了用虛擬教具而用虛擬教具；二是事后驗證確實有效，特別是要關注學生的學習效果。

第二，收集、整理、分析相關教學資源。圍繞課堂教學內容，到國內外比較“權威”的小學數學教學相關的網站收集課程教學所需的優質資源，分析篩選出一個優秀的教學設計，作為進一步改進、提高的“母本”。

第三，教學單元再設計。首先，以“母本”為基礎，通過詳細分析教學內容及教學環節，發現“母本”的不足，確定可以改進的地方。其次，設計好“切入點”，這一點較為關鍵，主要憑借教師的經驗進行，就是將虛擬教具在適當的時間、地點、面向合適的學生整合進原來的教學環節中，并且能起到較明顯的教學效果。

第四，教學實施、評價、改進和提高。

上述方法主要基于在國內已有優秀教學設計的基礎上進行教學單元再設計，融入虛擬教具，進一步提高學生學習的自主性，改進課堂結構。在實踐教學中，哪怕只是在一節課中的某個知識點或教學環節整合了虛擬教具，但只要較之傳統教學確實有優勢，就值得提倡，盡量做到以較少的投入取得可見的成效。

虛擬教具作為當今教育技術的創新成果，目前仍在不斷地發展和完善，例如隨著移動通信技術的發展，學生可以通過手持設備（如平板電腦、智能手機）隨時隨處地使用虛擬教具，為移動學習提供強力支撐。可以毫不夸張地說，虛擬教具有望成為下一代的數學教學工具。

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