生態(tài)學(xué)視角下信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)整合研究

劉東海，彭丹

(湖南科技大學(xué) 數(shù)學(xué)與計(jì)算科學(xué)學(xué)院，湖南 湘潭 411201)

隨著信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)融合的不斷發(fā)展，大學(xué)數(shù)學(xué)課堂的生態(tài)結(jié)構(gòu)也在不斷地發(fā)生變化。目前在信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)課堂整合的過(guò)程中，人們很大程度上是關(guān)注如何利用多媒體和數(shù)學(xué)軟件進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容教學(xué)的研究，并沒(méi)有改變“教師和教材”為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式，也沒(méi)有把計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)為核心的信息技術(shù)作為豐富教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)工具［1］。隨著大學(xué)數(shù)學(xué)課時(shí)的壓縮以及大班教學(xué)的出現(xiàn)，目前的大學(xué)數(shù)學(xué)課堂出現(xiàn)“滿(mǎn)堂灌”的形式。在教學(xué)過(guò)程中，教師按照課件按部就班地完成教學(xué)任務(wù)，學(xué)生們的注意力主要集中在課件上，這種模式化的教學(xué)使得師生之間互動(dòng)失衡，從教育生態(tài)學(xué)的角度來(lái)看，目前的大學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)已失去了生態(tài)平衡。生態(tài)的數(shù)學(xué)課堂應(yīng)該是以課堂主體和環(huán)境組成的動(dòng)態(tài)開(kāi)放系統(tǒng)，各要素之間既相互獨(dú)立，又相互影響，他們形成一個(gè)有機(jī)的、和諧的整體，以達(dá)到數(shù)學(xué)課堂教學(xué)效果的最優(yōu)化。

信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)課程的融合本身就是一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)［2］，不應(yīng)把信息技術(shù)僅當(dāng)作一個(gè)教學(xué)輔助工具，應(yīng)視其為這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要生態(tài)因子，同時(shí)在信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)課堂融合的過(guò)程中，必須確保教育技術(shù)這個(gè)生態(tài)因子的生態(tài)位置?；谀壳靶畔⒓夹g(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)整合的現(xiàn)狀，本文將從教育生態(tài)學(xué)的觀(guān)點(diǎn)來(lái)解釋和分析目前大學(xué)數(shù)學(xué)課程和信息技術(shù)融合過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，進(jìn)而從教育生態(tài)學(xué)的角度來(lái)探討如何營(yíng)造和諧的課堂生態(tài)環(huán)境，以促進(jìn)信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)課程的深層次整合和可持續(xù)發(fā)展，構(gòu)建生態(tài)化的大學(xué)數(shù)學(xué)課程體系。

1 信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)課程整合分析

信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)課程整合是指將信息技術(shù)運(yùn)用到大學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，使得教學(xué)內(nèi)容、信息資源、信息方法和信息技術(shù)有機(jī)結(jié)合，為數(shù)學(xué)課堂提供一個(gè)較為豐富的資源環(huán)境，改變傳統(tǒng)的“以教材和教師為中心”的教學(xué)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建一種新型的開(kāi)放式教學(xué)模式，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，促進(jìn)他們思維能力的發(fā)展。當(dāng)然信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)課程整合并不只是局限于學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，其實(shí)質(zhì)是使得老師和學(xué)生得到全面發(fā)展，具體到信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)課程整合的目標(biāo)就是將信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及利用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)解決生活中的實(shí)際問(wèn)題等因素結(jié)合起來(lái)，從而提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

1.1 整合的生態(tài)學(xué)分析

按照教育生態(tài)學(xué)的觀(guān)點(diǎn)，學(xué)校是一個(gè)復(fù)雜的、有機(jī)的、動(dòng)態(tài)發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)，課堂生態(tài)系統(tǒng)是學(xué)校生態(tài)系統(tǒng)的子系統(tǒng)，與其他生態(tài)系統(tǒng)一樣伴隨著新事物的進(jìn)入或者舊事物的離開(kāi)。研究表明，信息技術(shù)作為老師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)以及數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建的工具，在推動(dòng)數(shù)學(xué)信息化課堂發(fā)展中起了巨大的作用。在信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)融合的過(guò)程中，它作為一種新的事物進(jìn)入課堂，打亂了原有課堂的平衡狀態(tài)，同時(shí)改變了原有生態(tài)課堂各因子之間的聯(lián)系［3］。比如在整合進(jìn)程中，很多老師采用多媒體教學(xué)代替了原來(lái)傳統(tǒng)的黑板教學(xué)，實(shí)際上是將黑板板書(shū)變成了多媒體演示，這樣信息化技術(shù)環(huán)境下的大學(xué)數(shù)學(xué)課程教學(xué)不能培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，只是將信息技術(shù)作為一種輔助性工具，也沒(méi)有把它當(dāng)作課堂生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，忽略了信息技術(shù)的生命性存在和社會(huì)性存在。只有當(dāng)信息技術(shù)逐漸融入到我們的大學(xué)數(shù)學(xué)課堂中，發(fā)揮著其優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，提高教學(xué)質(zhì)量的作用時(shí)，教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)才會(huì)達(dá)到新的平衡狀態(tài)。

1.2 宏觀(guān)和微觀(guān)層次整合的生態(tài)學(xué)分析

微觀(guān)層次的整合:以知識(shí)為中心的整合主要在課堂教學(xué)中進(jìn)行，屬于微觀(guān)層次的整合。目前大學(xué)數(shù)學(xué)課堂采用大班教學(xué)(每班70～160人或者更多)，超過(guò)了教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)資源承受的能力，對(duì)學(xué)生生態(tài)主體造成一定的心理壓力，使得課堂生態(tài)主體與課堂生態(tài)環(huán)境失去了平衡。對(duì)于目前這種狀態(tài)，在信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)課程整合的進(jìn)程中，應(yīng)讓學(xué)生從“聽(tīng)數(shù)學(xué)”的狀態(tài)變?yōu)椤白鰯?shù)學(xué)”的狀態(tài)。如，在講解概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的經(jīng)典問(wèn)題“生日問(wèn)題”時(shí)，可以改變傳統(tǒng)的只注意列式的講解，而是組織一個(gè)探究活動(dòng):讓同學(xué)們統(tǒng)計(jì)班上每個(gè)同學(xué)的生日，找出有多少人生日在同一天，同時(shí)利用R 軟件分別計(jì)算當(dāng)班上人數(shù)為30人、50人、100人時(shí)，至少有兩人生日在同一天的概率，并與班上實(shí)際的情況進(jìn)行比較分析。從生態(tài)學(xué)的視角來(lái)看，這種教學(xué)方式在發(fā)揮教師主導(dǎo)性作用的同時(shí)，也注重了教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)中的另外一個(gè)重要生態(tài)因子——學(xué)生的主體性參與，讓學(xué)生利用信息技術(shù)去解決實(shí)際問(wèn)題，這樣一來(lái)既提高了老師信息化教學(xué)設(shè)計(jì)的能力，也讓學(xué)生在生態(tài)數(shù)學(xué)課堂中充分表達(dá)自己的觀(guān)點(diǎn)，師生之間進(jìn)行充分的互動(dòng)，在和諧的生態(tài)環(huán)境中共同生長(zhǎng)［4］。

宏觀(guān)層次的整合:信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)課程的整合包括改變傳統(tǒng)的教學(xué)觀(guān)念、改進(jìn)教學(xué)方法、構(gòu)建多元的數(shù)學(xué)課堂教學(xué)模式等，這些都屬于宏觀(guān)層次的整合［5］。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，課堂已經(jīng)不再是學(xué)生獲取數(shù)學(xué)知識(shí)的唯一途徑，在信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)融合的進(jìn)程中，老師必須根據(jù)班上同學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)課程的差異性，構(gòu)建多元化的數(shù)學(xué)課堂教學(xué)模式。例如在課堂教學(xué)中，老師講解完基礎(chǔ)知識(shí)后，可以利用信息技術(shù)開(kāi)設(shè)局域網(wǎng)絡(luò)空間，讓數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較好的同學(xué)自主討論學(xué)習(xí)，對(duì)于基礎(chǔ)較差的同學(xué)繼續(xù)采用小班教學(xué)，這種混合交叉的教學(xué)模式有利于教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)中各生態(tài)因子之間的相互作用，滿(mǎn)足每一個(gè)個(gè)體學(xué)習(xí)的需要。信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)課程整合以來(lái)，取得了一定的成果，但在整合進(jìn)程中還是存在目標(biāo)不清楚、實(shí)質(zhì)內(nèi)涵不了解等問(wèn)題。其實(shí)大學(xué)數(shù)學(xué)課程中的很多基礎(chǔ)課都是信息技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力源，而信息技術(shù)也是老師和學(xué)生了解所需信息、獲取新數(shù)學(xué)知識(shí)的一種認(rèn)知工具，數(shù)學(xué)課程基本理念得以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)平臺(tái)等。從教育生態(tài)學(xué)的視角來(lái)看，在信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)整合的進(jìn)程中，我們必須從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)環(huán)境以及生態(tài)環(huán)境下的教學(xué)模式等方面來(lái)討論生態(tài)化大學(xué)數(shù)學(xué)課堂的構(gòu)建。

2 信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)整合的生態(tài)型教學(xué)

目前的大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀仍需要改變，信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)課程的融合還要不斷深入，基于教育生態(tài)學(xué)的原理，以構(gòu)建生態(tài)化的大學(xué)數(shù)學(xué)課程為目標(biāo)，讓教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)中各個(gè)生態(tài)因子之間合理配置、和諧發(fā)展，營(yíng)造和諧共生的生態(tài)化大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)課堂。

2.1 生態(tài)化教學(xué)目標(biāo)

大學(xué)人才培養(yǎng)目標(biāo)的生態(tài)化要求既要符合社會(huì)實(shí)際的需要，也要符合學(xué)生自身發(fā)展的需要，教學(xué)目標(biāo)必須根據(jù)實(shí)際情況，不斷地進(jìn)行調(diào)整以實(shí)現(xiàn)教學(xué)生態(tài)平衡。具體到大學(xué)數(shù)學(xué)課程，應(yīng)該知道學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的目的是為了應(yīng)用，不能只強(qiáng)調(diào)做題解題，要從客觀(guān)角度來(lái)考慮學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣。信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)課程整合的“應(yīng)用目標(biāo)”就是要求老師在整合的過(guò)程中不斷學(xué)習(xí)新的信息技術(shù)，將其運(yùn)用到數(shù)學(xué)教學(xué)上來(lái)，同時(shí)要不斷探索新的教學(xué)模式;學(xué)生在整合過(guò)程中需要作為教學(xué)課堂的主體參與教學(xué)活動(dòng)，在學(xué)習(xí)新數(shù)學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，利用所學(xué)不斷開(kāi)發(fā)新的技術(shù)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中感受和體會(huì)到信息技術(shù)與數(shù)學(xué)結(jié)合起來(lái)的美妙。這種“應(yīng)用性目標(biāo)”既體現(xiàn)了社會(huì)需求，也體現(xiàn)了生態(tài)理念中人與社會(huì)關(guān)系調(diào)適的和諧。

2.2 生態(tài)課堂環(huán)境

在信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)整合的進(jìn)程中，構(gòu)建和諧的生態(tài)課堂環(huán)境是順利開(kāi)展數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng)的基礎(chǔ)［6］。老師可以結(jié)合教材，利用信息技術(shù)將數(shù)學(xué)教學(xué)融入一些探究活動(dòng)之中，讓學(xué)生在具體問(wèn)題的解答過(guò)程中逐漸培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。作為教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)因子的老師和學(xué)生通過(guò)相互作用形成一個(gè)有機(jī)的整體，努力構(gòu)建和諧的生態(tài)課堂環(huán)境，形成以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主題、信息技術(shù)為橋梁的生態(tài)教學(xué)課堂?，F(xiàn)在很多數(shù)學(xué)問(wèn)題需要借助信息技術(shù)才能有效解決，師生只有充分了解和掌握各種信息技術(shù)工具，才能解決相關(guān)數(shù)學(xué)問(wèn)題。

例如在講解多元統(tǒng)計(jì)分析中的主成份分析時(shí)，可以在課后讓同學(xué)們以小組為單位在網(wǎng)上或隨機(jī)調(diào)查分析數(shù)據(jù)，如隨機(jī)抽取30名同學(xué)，測(cè)量他們的身高、體重、胸圍以及坐高，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程對(duì)學(xué)生的身體指標(biāo)做成分分析，在下次課上讓一組同學(xué)演示他們的結(jié)果，這樣能突破傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課堂教學(xué)限制，形成“課后合作探究，課上小組演示”的開(kāi)放式教學(xué)［7］。

又如講解定積分

可以很容易推導(dǎo)出遞推關(guān)系

除了在理論上能推導(dǎo)出每一個(gè)具體的In表達(dá)式，可能大家更關(guān)心的是它們的近似值，這時(shí)老師在課堂上可以要求學(xué)生使用Matlab等軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，畫(huà)出每個(gè)值的變化圖形，并描述In之間的變化。這樣互動(dòng)交流的生態(tài)課堂環(huán)境，可以實(shí)現(xiàn)師生在生態(tài)課堂中的和諧共生。

2.3 生態(tài)環(huán)境下整合的教學(xué)模式

基于信息技術(shù)與大學(xué)數(shù)學(xué)的整合構(gòu)建和諧的生態(tài)課堂，以教師和教材為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式已不能適應(yīng)新的教學(xué)形勢(shì)，促使大學(xué)數(shù)學(xué)課程從傳統(tǒng)的“理論、方法+教材”模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤袄碚摗⒎椒?、信息技術(shù)+教材”模式［8］。從生態(tài)學(xué)的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，生態(tài)主體只有不斷地與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交換才能不斷地生長(zhǎng)。信息技術(shù)深度融合于大學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中，可以構(gòu)建一種老師、學(xué)生、網(wǎng)絡(luò)空間的互動(dòng)教學(xué)模式，強(qiáng)化師生和學(xué)習(xí)環(huán)境“三位一體”的生態(tài)關(guān)系，明確以老師主導(dǎo)、學(xué)生為主體的生態(tài)課堂教學(xué)格局，促使大學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)走向健康發(fā)展的生態(tài)之路。

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