小学数学和信息技术融合的视频分析和设计策略

　　摘    要：　信息技术与教育深度融合是实现教育信息化的核心途径,也是培养创新人才的重要途径。通过采用ITIAS编码分析系统,对小学数学优质课视频的课堂教学行为进行观察与分析后发现:信息技术与小学数学融合的教学实施能够促进学生牢固掌握数学知识,使学生学习成绩与信息素养均有提升;信息技术与小学数学融合的教学目标的达成更依赖于学生自主学习与小组合作学习相结合;信息技术与小学数学融合的教学过程中,提升师生互动效果能够促进学生学科情感的培养。因此,针对小学数学教师提出以下融合策略:注重信息技术与小学数学课程融合内容的设计,合理利用信息技术提升教学效果,培养学生的综合学习能力;有效利用信息技术提升学生数学学科能力和信息素养,培养学生的深度自主学习能力;充分利用信息技术提升师生互动效果,促进师生共同发展。

　　关键词：　信息技术; 小学数学; 视频分析; 融合; 策略;

　　Abstract：　The deep integration of information technology and education is the basic way to achieve educational informationization and innovative talents cultivation. The video analysis of classroom teaching behavior in high-quality primary school math class shows that the integration is of great help for students to master mathematics knowledge firmly and improve their academic performance and information literacy, the achievement of teaching objectives depend more on the combination of students' independent learning and group learning, and the effect of teacher-student interaction can promote the cultivation of students' subject emotions. Therefore, strategies of information technology and primary math class integration are proposed as follows: to focus on the design of teaching contents and reasonably utilize information technology so as to cultivate students' comprehensive learning capability; to develop students' self-directed learning ability through efficient information technology introduction and training; to improve teacher-student interaction and mutual development with the full play of information technology.

　　Keyword：　information technology; primary school mathematics; video analysis; integration; strategy;
 

　　2011年,教育部编制并发布了《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》,提出教育信息化充分发挥现代信息技术优势,注重信息技术与教育的全面深度融合,是实现我国教育现代化宏伟目标不可或缺的动力与支撑。1《义务教育数学课程标准(2011年版)》指出,要充分考虑信息技术对数学学习内容和方式的影响,开发并向学生提供丰富的学习资源,把现代信息技术作为学生学习数学和解决问题的有力工具,有效地改进教与学的方式。2优质课是凝聚团队智慧、通过教研团队的精心筹划、讨论研究出的精品课程,通过分析信息技术与小学数学融合优质课视频的课堂教学行为,总结其在课程目标的设定与达成、教学手段的选择与应用、课程评价设计的达成等方面展示出的共性行为特征,并利用这些特征改善日常教学活动,对信息技术与小学数学融合的教育实践具有较好的借鉴意义。

　　一、信息技术与小学数学融合的研究概述

　　我国教育部门、教育专家和一线数学教师都给予信息技术与小学数学融合很多的关注,目前研究主要围绕关于应用信息技术如何提升“教”和如何促进“学”两个方面展开。

　　张银霞(2011)3提出,现代信息技术在小学数学的教学中的应用,可以做到数形结合、音形兼备,有意识地学习和无意识地学习结合,有助于学生容易地掌握数学知识,使学生既提高了学习效率,又觉得轻松愉快。3张元惠(2016)4在人教版四年级“数学与几何”学习过程中有效使用信息技术,不仅在课堂中创设情境,而且使学生经历从生活中抽象数学几何知识的探究过程,激发学生学习数学的兴趣,培养学生的实践能力。4封长顺(2016)5围绕信息技术在小学数学教学中的辅助作用展开研究,他提出在小学数学课堂教学中融合信息技术,开发微课程,变革教学方式,翻转课堂教学,能够提高课堂教学效率,激发学生的学习兴趣,调动学习的主动性,从而培养创新能力和解决问题的能力,发展数学思维。5邵利彬(2017)6运用信息技术解决小学数学教学的难点——空间与图形领域,实践结果表明,合理运用信息技术辅助教学,能优化情境创设,激发学生的学习兴趣;能优化练习设计,满足学生的学习需要;能化抽象为直观,突破教学难点;能激活和拓展学生的空间思维。6纪飞(2018)7借助信息技术提高小学数学课堂教学的直观性,将信息多媒体技术动静结合巧妙地处理教学中的难点,使小学数学的生活化教学变得生动起来并有效运用到教学实践中去,实践结果表明,信息技术应用将小学生与数学之间的链接变得更加牢固,促进了小学生数学兴趣的提高,培养了他们良好的数学思维,促进了他们数学综合能力和创新能力的发展。7李萍(2019)8提出,新课标背景下小学数学教师可以对信息技术的优势进行挖掘,利用信息技术辅导学生课前预习、创新课堂教学模式、丰富课堂教学内容、优化课堂教学评价,在此基础上构建高效的课堂。8

　　综上,我国信息技术与小学数学融合的研究虽起步较晚,但发展迅速。随着基础课程改革的不断深入,众多学者、一线教师更加着力于信息技术与课程融合的实践研究,因此,亟待总结经验、形成规律,丰富信息技术与小学数学融合的理论,进而促进信息技术与小学数学的有效融合。

　　二、信息技术与小学数学融合的视频分析

　　为了促进信息技术与各学科教学的深度融合,延边州2012—2018年共举办了七届“全州中小学信息技术与课程整合优质课大赛”。研究选取近三届大赛中获奖的15节小学数学课,从教学目标的达成、融合策略的设计、师生交互等方面进行视频分析。

　　(一)分析方法

　　为了保证研究结果的科学性和准确性,避免造成剪切时间误差,研究采用视频编辑软件将优质课视频样本按照时长3秒为一个单位,精准分割成800余个视频片段进行观察、分析。具体分析方法如下:

　　第一步,运用视频分析编码系统对视频片段的课堂教学行为进行编码和赋值,得到编码串,再将编码串的原始数据录入到对称矩阵中,得出矩阵图。视频分析编码系统采用的是顾小青、王炜老师提出的“基于信息技术的互动分析编码系统”(简称为ITIAS,全称为Information Technology-based Interaction Analysis System)。

　　第二步,计算教师言语、学生言语、教师技术交互比率,教师间接与直接影响、积极与消极比率。

　　(二)分析结果

　　通过ITIAS分析矩阵,得出课堂行为结构统计、教师行为结构统计和学生行为结构统计分析结果,具体如下:

　　1.课堂行为结构统计分析。

　　如表1所示,在教学过程中,教师和学生借助信息技术,观看教学视频,进行课堂演示,完成课堂作业,加深知识点的掌握。技术使用比率的平均值是16.66%,信息技术的使用在小学数学课堂上发挥着重要的作用,能直观、充分、具体地展示教学内容。教师信息技术使用比率分别为19.09%、16.24%、14.66%,教师授课风格虽有不同,但信息技术使用比率都较高,说明教师能够针对不同的授课内容,选择合适的技术手段,这有助于教学目标的达成。从技术应用方面看,教师们不仅仅依靠课件,还加入了平板电脑、希沃传屏、采编仪等多媒体设备,创设情境,激发学生的学习兴趣。

　　研究借助ITIAS编码系统对优质课的课堂安静或混乱比率进行了分析。由表1数据可知,课堂沉寂比率的平均值是24.62%,有效沉寂比率的平均值是22.94%,无效沉寂比率的平均值是1.68%。有效沉寂比率比无效沉寂比率多21.26%。有效沉寂的时间比较长,说明在小学数学优质课师生互动过程中,学生有充足的时间进行思考、练习,自主掌握的时间较多,课堂上很少看到混乱或者停顿的情况。可见,优质课上教师对课堂的把控能力很强,教学环节设计紧凑,注重学生接收新知识的过程和方法,尽量留给学生更多的时间来思考数学问题。

　　表1 课堂行为结构统计表

　　贝莱克斯(Bedlack J.)的一般课堂的语言常模表明:在常规课堂中,教师言语比率的常模为68%,学生言语常模为20%,两者比例为3.4∶1。9在我们考察的优质课上,由图1可知,教师言语比率N1的平均值是47.53%,比教师言语比率常模的比值低;学生言语比率的平均值是27.85%,比贝莱克斯提出的常模比值高。由此可见,在小学数学优质课上教师的授课方式已经发生转变,教师灌输式教育模式已经逐渐转变为以教师为主导、以学生为主体的教学模式。信息技术引入后,数学课程的趣味性不断增加,学生更愿意参与课堂交流,在阐述自己的观点方面表现出更高的积极性。教师言语比率N1平均值与学生言语比率N2平均值的比值为1.71∶1,明显低于贝莱克斯提出的3.4∶1,这说明在小学数学优质课上,教师为了避免机械式的灌输,缩短了讲授时间,通过设置开放性问题,安排小组讨论引导学生自主学习、独立思考、协作探究,因此,教师和学生的言语结构发生了较大的变化。如果师生言语互动频繁,那么课堂效率就会更高、课堂氛围就更平等、融洽。

　　图1 师生言语比率统计图

　　2.教师行为结构统计分析。

　　|在ITIAS编码系统中,编码1-5属于教师的言语对学生的间接影响,编码6-8属于教师的言语对学生的直接影响。间接影响与直接影响的比值小于1,说明教师侧重直接影响;大于1,说明教师侧重间接影响。教师对学生的间接影响表现为:鼓励表扬、采纳想法、情感认同等。教师对学生的直接影响包括:讲授、批评、指示。如表2所示,教师间接影响与直接影响比值N9的平均值为137.25%。说明在小学数学优质课上,教师侧重间接影响学生,教师从主导人变成引路人,从传授学生知识变成传授学生学习方法、指导学生学习,教师的教学策略发生了转变。在探究知识的过程中,学生在学习数学知识的同时,养成了自主学习的好习惯,掌握了基本的数学技能。

　　关于课堂上的师生互动行为,美国学者加里·D·鲍里奇研究发现:为了让学生能够熟练、牢固地掌握新的知识,教师提出封闭性问题和开放性问题的最优比值是6∶4。10研究分析的小学数学优质课中,教师封闭性问题比率N11的平均值是70.91%,开放性问题比率N12的平均值是29.09%,两者比值与加里·D·鲍里奇提出的最佳比例有细微差别。这说明教师提出的开放性问题和封闭性问题所占比例应根据教学内容不断完善,既要符合不同学年小学生的发展特点,又要有启发性和针对性,使教学效果达到最优。

　　表2 教师行为结构统计表

　　3.学生行为结构统计分析。

　　数据如表3所示,学生主动说话的比率平均值为62.88%,比率较高;被动说话的比率平均值为37.12%,比率较低。学生主动行为的平均值达到62.56%,学生参与课堂讨论的平均比率值为7.47%,学生讨论占学生言语比率的平均值为37.12%,学生行为中同伴讨论比率的平均值为19.17%。说明在小学数学优质课上,学生们能够主动发言、思维活跃、积极性很高、愿意分享自己的想法、学习主动性高;对于老师提出的开放性问题,学生们能够通过小组讨论的形式找到解决办法和答案。

　　表3 学生行为结构统计表

　　(三)分析总结

　　下面我们将小学数学优质课视频分析内容总结如下:

　　1.教师遵循学习者学科知识、学科能力、学科情感的规律和表现,课堂活跃,教学效果好。

　　第一,学科知识。

　　通过视频研究发现,小学中、低年级学生的信息意识要低于高年级学生的信息意识,部分课程中,由于低年级学生信息基础薄弱,教师在信息技术手段的应用上更加用心,形式更加丰富多样,让知识的呈现效果更加生动,加深学生对知识点的印象。

　　第二,学科能力。

　　通过视频数据可见,在优质课中,教师信息技术使用平均值为16.66%,学生行为比值为44.38%,主动行为平均比值为62.56%,这些数据表明在信息技术应用的整合课堂上,学生的参与度、实际操作能力、学习策略选择能力都较好。

　　第三,学科情感。

　　学生主动说话比率平均值为62.88%,课堂沉寂比率平均值为24.62%,学生讨论比率平均值为7.47%,学生讨论占学生语言比率平均值为37.12%,学生行为中同伴讨论比率平均比值为19.17%,说明在课堂上学生能够投身到小组讨论中,课堂气氛良好,学生积极性高,学习兴趣浓厚。

　　2.教师将信息技术与课程融合,教学方式新颖、多样,做到“教师主导、学生主体”。

　　第一,教学目标。

　　在优质课中,通过对教师言语比率、学生言语比率、学生行为比率、教师直接间接影响比率、提问比率、学生主动说话比率、学生讨论占学生语言的比率等数据进行对比分析,可以看出,优质课围绕数与代数课程内容,教师精心选题,教学目标不仅对知识与技能提出要求,同时也注重能力的培养。在整个教学过程中,学生都在教师的引导下积极思考,教师将学生分成不同的学习小组,提出与生活息息相关的问题,学生与小组成员合作进行问题的探究,并且积极发表看法、回答问题,这是教师注重学生团队意识、合作意识建立的体现,这都是设立教学目标应包含的内容。同时,优质课信息技术应用的平均值为16.66%,这表明教师在信息技术应用的方式方法上进行了研究,有助于在教学中提高学生信息技术能力。以上结果表明,教师教学目标的设计在注重结果的同时,也注重过程,还重视素质的培养。

　　第二,教学活动。

　　优质课主要有以下教学活动方式:提出问题、传授新内容、练习、总结、启发拓展、作业。优质课运用电子教材、教学软件等信息化手段,形式都较丰富。教师提出开放性问题比率平均值为29.09%,不到封闭性问题比率平均值的1/2。教师言语比率平均值为47.53%,教师行为比率平均值为53.94%,表明教师在传授新知识的过程中充分发挥了教师的主导作用、积极引导,有助于学生夯实基础。另外,课堂沉寂比率平均值为24.62%,其中有效沉寂比率平均值为22.94%,无效沉寂比率平均值为1.68%,说明教师教学环节环环相扣、联系紧密,对于课堂的整体把控力很强。上述数据表明,教师的启发拓展达到了提高学生参与度、增进学科交叉的效果。以上教学活动的效果说明,教学活动应从创设情境、提出问题,传授新知、结合练习,总结启发、拓展作业等方面展开教学。下面分别论述:

　　创设情境、提出问题。技术使用比率平均值为16.66%,教师和学生的行为比率基本持平,说明在信息技术应用较多的课堂上,教师充分发挥了整合优势,做到了“教师主导、学生主体”。数据也从侧面反映出教师利用技术为学生创设熟悉的情境,引出话题、提出问题,将数学与生活紧密联系在一起,激发了学生的学习兴趣。封闭性问题比率平均值为70.91%,开放性问题比率平均值为29.09%,开放性问题所占比例偏少。

　　传授新知、结合练习。学生言语比率平均值为27.85%,学生行为比率平均值为44.38%,学生主动行为比率平均值为62.56%,以上数据可以看出教师起到主导作用,但是在传授知识的同时,教师没有忽视学生的主体地位,组织练习。通过组织练习有效地调动了学生的积极性,有助于学生探究问题能力的培养。

　　总结启发、拓展作业。教师合理利用信息技术举例展示,对新知识进行总结和归纳,并提出与生活紧密联系的问题,加深印象。通过布置课后作业,巩固新知,既能提高学生课本联系实际的能力,又能提高学生信息技术应用的能力。

　　第三,教学策略。

　　教学策略在优质课中主要体现出以下几个特征:教师言语比率高于学生言语比率,教师直接影响和间接影响比率平均值大,为学生提供合作、交流、探索的平台,整个课堂教学侧重公共活动,利用信息化手段创设情境,教学方法多样,策略合理,使自主学习、协作学习、教师传授相结合,学生积极性高。

　　第四,评价指标。

　　教师从学生的能力出发,在评价指标中引入了信息技术、评价反馈。教师通过多种形式对学生的参与度、情感、思维状态等多方面进行考核评价。优质课中,教师言语比率平均值略高于学生言语比率平均值,这主要是由于教师提问时言语较多,而学生回答时言语相对较少,学生话语次数也略少于教师的说话次数。表1表明,教师言语比率平均值为47.53%,教师技术使用比率平均值为16.66%,说明教师通过讲述和运用信息技术积极引导学生,通过建立小组为学生搭建交流合作的平台,鼓励学生积极探索。但教师言语比率平均值高于技术使用比率平均值30.87%,说明教师演示、学生实操展示的实践占整个教学实践的比例较小。另外,由表3可知,学生参与课堂讨论比率的平均值为7.47%,学生讨论占学生言语比率的平均值为37.12%,学生行为中同伴讨论比率的平均值为19.17%,由此可见,学生的积极性在小组活动中没有发挥出来,小组讨论的效果还有待提高。

　　三、信息技术与小学数学融合的设计策略

　　信息技术与小学数学课堂融合的过程中,使学生数学知识掌握得更牢固,学习成绩与信息素养均有提高,教学效果良好;信息技术与数学课程融合的课堂上,教学目标的达成更依赖于自主学习与小组学习相结合,强化学生主体作用,使学生学科能力、信息素养不断提升;教师通过信息技术提高言语互动效果,能够促进学生学科情感的培养。因此,针对数学教师提出如下关于信息技术与小学数学融合的设计策略:

　　(一)教师要注重信息技术与小学数学课程融合内容的设计,合理利用信息技术提升教学效果,培养学生的综合学习能力

　　信息技术融合教学设计应符合新时代的特点,注重学生创新思维、主动性、团队协作能力、实际操作能力等综合能力的培养。信息技术发展速度越来越快,多媒体设备不断更新,教师要积极与时代接轨,不断学习新知识、新技术,更新信息技术手段,提高TPACK知识结构,创造性地开展教学,让信息技术与小学数学课程融合得更加紧密。

　　教师在信息技术与课程融合内容的设计中,要合理利用信息技术提升教学效果。应用信息技术创设情境,引导学生将数学知识与现实生活相联结,发现“真问题”,鼓励学生收集生活中各种素材,并将素材应用到日常的教学活动中,采用多种多样的方式将教学内容传授给学生,同时,让学生们将数学知识应用到实践中,走进生活、积极探索、不断创新,培养学生的综合学习能力。教师要以人为本,正确使用信息技术,切忌花哨、复杂。教师不仅是课堂的组织者,更是引领者,要以全新的教学理论为指导,按照新课程教学大纲要求,结合数学学科特点,充分考虑小学生自主学习能力差的特点,充分发挥主导作用,灵活、适度地应用信息技术手段,有针对性地提出问题,使知识点更明确,让学生在探索知识的过程中,探究其本质,使学生对知识的掌握更深入、更牢固,为学生的成长提供足够的知识储备。

　　(二)教师要注重信息技术与小学数学课程融合方法的设计,有效利用信息技术提升学生学科能力和信息素养,培养学生的深度自主学习能力

　　小学低年级的学生由于年龄较小,自制力和主动学习的能力均较差,教师要有计划、有针对性地利用信息技术手段在数学课堂教学过程中对小学生动手能力、实践能力、学习能力进行把控。深度学习能力培养不仅仅只是依靠课堂,课外的延伸拓展的作用也不可小视,教师需调动家长积极配合。教师可以将学习要点与动画片结合,制作成小视频,寓教于乐。家长要对学生数学课的课前预习、课后复习各个环节高度重视,积极参与、正确指导,让学生合理控制时间。教师、家长协力,提高学生信息化的水平,使学生在娱乐中学习、在学习中找快乐,不断提升自主、创新的意识,培养学生的深度自主学习能力。

　　教师在信息技术与课程融合方法的设计中,要有效利用信息技术提升学生的数学学科能力和信息素养。小学低年级学生的信息技术基础较薄弱,要结合数学新课标,选择灵活多样的教学手段,提高学生的兴趣和自主学习的能力。由于学生信息技术素养各不相同,在进行多媒体教学内容演示时,每个学生的完成时间和程度会存在差别,会影响整体教学效率,因此,要在数学教学实验中,将学习能力、信息技术素养不同的学生进行合理分组,逐层提高学生信息技术的应用能力。

　　(三)教师要注重信息技术与小学数学课程融合交互的设计,充分利用信息技术提升师生互动效果,促进师生共同发展

　　教师不仅要教书,更要育人,要时刻关注学生生活和情感的变化,及时沟通、真诚交流。小学生活泼好动,对多媒体充满好奇,教师要将信息技术转化为实用的工具,与学生进行交流、沟通,成为学生信任的老师和朋友,建立良好的师生关系,为有效的课堂互动奠定基础。教师要积极为学生创造轻松的学习环境,结合小学生的特点,将游戏、小组活动引入课堂教学,适当激励,让学生感受到数学的乐趣,促进学生更积极地投入到数学问题的探索中,不断促进师生共同发展。

　　教师在信息技术与小学数学课程融合交互的设计中,要充分利用信息技术提升师生互动效果。根据学生的实际情况,应用信息技术搭建师生互动纽带,组建学习讨论小组,为学生提供交流合作、探索的平台,激发学生的数学学习兴趣,充分调动学生的主动性,让学生多动脑、勤思考、爱发言,在合作交流中,善于发现问题、敢于创新,培养学生团队协作的能力。利用多媒体手段,做到讲练结合,启发学生并开展小组讨论,创建良好的师生互动气氛,让学生在互动中体验数学知识的学习过程,加深学生对知识点的掌握,建构数学知识体系。

　　注释

　　1《教育部关于印发〈教育信息化十年发展规划(2011-2020年)〉的通知》,http://www.moe.gov.cn.forest.naihes.cn/srcsite/A16/s3342/201203/t20120313_133322.html。
　　2中华人民共和国教育部:《义务教育数学课程标准(2011年版)》,北京:北京师范大学出版社,2012年,第3页。
　　3张银霞:《现代信息技术在小学数学教学中的应用》,《小学数学参考》2011年第36期,第34页。
　　4张元惠:《小学数学信息技术应用的实验研究》,《考试周刊》2016年第105期,第78页。
　　5封长顺:《浅谈信息技术在小学数学教学中的辅助作用》,《中国教育技术装备》2016年第23期,第30页。
　　6邵利彬:《运用信息技术优化小学数学空间与图形教学的探索》,《教育信息技术》2017年第6期,第28-30页。
　　7纪飞:《浅谈小学数学教学中信息技术的应用策略》,《信息技术与教学》2018年第7期,第139-140页。
　　8李萍:《关于新课标下信息技术与小学数学课程整合的思考》,《考试周刊》2019年第65期,第84页。
　　9冯智慧等:《面向翻转课堂的课堂互动分析编码研究》,《远程教育杂志》2016年第4期,第61页。
　　10[美]加里·D·鲍里奇:《有效教学方法》,易东平译,南京:江苏教育出版社,2009年,第213页。