中学数学教学中的CAI现状分析

（本文发表于《甘肃教育》2001年1-2期）
　　
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　　中学数学中，利用录像机、投影仪、几何模具等辅助工具进行课堂教学使以往的“一支粉笔，一块黑板，一张嘴，一本书”的传统教学模式被打破了。但原有教学手段和技术在多层次教学、演示教学、试验教学中仍显得力不从心。随着计算机技术的飞速发展，教学手段又有了革命性的变化。CAI（计算机辅助教学）和CAL（计算机辅助学习）正是在这种背景下应运而生的。
　　CAI和CAL是借助多媒体计算机的各种功能，应用文字、图形、影像、动画、声音及视频等多种媒体的组合信息技术，由计算机人员来开发的，或由教师自己设计的，用来辅助教学和辅助学习的现代教育技术。它利用超文本设计对信息进行灵活的选择和组织，通过良好的人机界面，动态地组织和修订教与学的全过程，从而提高教学效益，培养学生的学习能力和综合素质。CAL通常可作为CAI的同义词，但CAL强调的是用计算机帮助学生的学习。
　　我国中学数学教学中的CAI研究，起步较晚，各地发展极不平衡。目前，理论尚不成熟和完善，实践缺乏指导和条件。
　　在九十年代初期，就有这方面的文章偶见期刊，一些CAI的教学软件也时有出现，但能真正用于课堂的却寥若晨星。近两三年，有了较快进展，不少数学期刊上都能看到CAI文章，特别是《中学数学教学参考》、《中学数学》等杂志还开辟了一个专题研讨栏目，这是令人鼓舞的。目前，在一些发达地区的部分学校，重心已向CAL转移；而在部分省市（包括我们甘肃省），真正意义上的数学CAI研究还没有起势，有待我们发挥宣传和带头作用。
　　在我国中学里，CAI在发达地区的部分学校早已开始试验或运用，而全国大部分学校尚未开始动作。原因有二：从客观上看，相当一些学校还没有多媒体微机教室，不具备基本条件，需要政府和社会给予帮助；从主观上看，一些学校有硬件设施，但由于观念滞后或软件限制，没有充分利用和开发，甚至拥有数十台电脑的学校，微机室经常闲置，只在计算机课上用，或供上级领导检查、兄弟学校参观用。其实，各校完全可以因校制宜，在现有条件基础上挖掘潜力，开发利用，并舍得投资，尽力改善设施。即使只有一两台微机的农村学校，也可以因陋就简，就一些极具代表性的内容（如圆锥曲线等），利用课前课后组织学生分组进行课件演示。
　　中学数学教学中已经运用CAI的学校，现状也不容乐观。计算机技术和数学学科特点未能充分结合，计算机专业人员设计的多媒体软件难有“数学特色”，而数学教师们大多不太熟悉计算机知识，自制的课件难免存在粗糙、简陋等不足之处：①教学内容的组织仍摆脱不了课本、参考资料的束缚；②人机交互功能发挥不够，高效及时的反馈难以实现；③缺乏趣味性、动态性，更缺乏富于人性化的界面；④个别化教学没有真正得到突出。
　　有了计算机多媒体教室，数学课怎么上？这是现代教育技术的发展给我们提出的不可回避的课题。作为中学教师特别是中学数学、计算机教师，掌握用计算机解决各种数学问题的能力尤为重要而迫切。而帮助和指导教师理解CAI并积极投身于CAI的研究与实践，是一件有相当难度并很急迫的工作。不少教师以前学过的教学论当中从未提及过CAI,在工作过程中也没有看过和用过CAI。我们应该知道，运用先进技术的过程就是促使教师教育观念不断更新的过程，对于现代化教学技术，从拒绝到接纳，从接纳到尝试，从尝试到适应，从适应到创造，都是一连串极为能动的过程。所以，政府和主管部门要通过多方面的工作，逐步使更多的教师摆脱原有教学模式的束缚，转变教学观念，理解并接受CAI。一方面，要尽可能创造条件为教师运用CAI铺路搭桥，另一方面，要采用刚性管理手段，规范教师运用CAI的行为。
　　可喜的是，1996年底，国家科委正式批准“计算机辅助教学软件研制开发与利用”作为国家“九五”重大科技攻关项目[6]。2000年10月，教育部部长宣布：我国将在5—10年内全面实现中小学信息技术教育的普及。可以预见，在不远的将来，随着CAI的普及和深入人心，它必将发挥更加巨大的、独特的、不容替代的作用。数学CAI的辉煌即将到来。
　　当前，可以用来制作数学CAI课件的软件,较基本的有：《Word》（文字处理）的绘图功能和公式编辑、Windows的《画图》软件、《Powerpoint》(幻灯片制作)、《Adobe photoshop》（图象处理）、《凯迪Mms》（多媒体制作）等等；较高级的《几何画板》、《数学实验室》、《Mathcad》（其功能介绍在《数学教学研究》2000年第3期始有连载）、《Maple》、《Authormare》、《Toolbook》等都是可选的数学教学的操作平台。其中成都地奥软件公司近年推出的《数学实验室》系列，是一个在教学中大有用武之地的高智能的课件制作软件。另外，我国科利华公司的《中学数学电子备课系统》也呼之欲出，可以极大地方便教师的备课和上课，但其价格较贵，普及尚需时日。
　　特别值得推崇的是，人民教育出版社汉化的《几何画板》，可以在Windows3.x/95/98上良好运行，软件字节很小（只一张或两张安装软盘），价格也很低廉。它学习容易，操作简单，一般的数学老师只要会Windows最基本的操作，经过简单的培训或自学，就可以比较熟练地掌握它。《几何画板》有强大的作图功能、灵活的图形变换功能、方便的动画功能、独特的“记录”功能、灵敏的计算功能…….这些功能，足以在讲需要演示的内容（如概念的形成、结论的验证、图形的变换、方法的探索等）时大显身手，还可以在一些图形的变化过程中使你有惊奇的发现。
　　《几何画板》是个“多面手”工具：①便捷的交流工具—由于每个画板都可以被用户按自己的意图修改并保存起来，它特别适合用来进行几何交流、研究和讨论。人们由此把它称之为“动态黑板”。它还是教师布置作业、学生完成作业的理想工具，有条件的学生可将拷盘带到家庭计算机上进行更深入的探讨并完成作业。②优秀的演示工具—它完全符合CAI演示的要求，能准确地、动态地表达几何问题。一旦与大屏幕投影仪等设备配合，演示效果更完美。另外，《几何画板》还能进行其它学科的动态演示，如物理中的力学、运动学、光学，地理中的行星运动等等。③有力的探索工具—《几何画板》为探索式几何教学开辟了道路。可以用它去发现、探索、表现、总结几何规律，建立自己的认识体系，成为真正的研究者。它将传统的演示练习型CAI模式，转向研究探索型。④重要的反馈工具—《几何画板》提供多种方法帮助教师了解学生的思路和对概念的掌握程度，如复原、重复；隐藏、显示；建立脚本等，轻而易举地解决了这个令所有教师头疼的难题。⑤简单的使用工具—《几何画板》功能虽然强大，但使用起来却比较简单。它为我们创设了一个数学实验室，提供了一个理想的教学环境。学生可以从“听”数学转变到“做”数学，即以研究者的方式，参与包括发现、探索在内的获得知识的全过程。它打破了传统的用尺规教学的方法，具有动态直观、数形结合、色彩鲜明、变化无穷的特点，能极大地增强学生的学习兴趣。
　　《几何画板》软件的精彩之处不限于作者已经编写和提供的各种范例，而是在于它是一个通用的教学环境，提供了丰富而方便的创造功能，使用户可以随心所欲地编写出自己需要的使用范例。它提供了充分的手段帮助用户在软件中实现其教学思想，并通过软件得到完美的表现。
　　综上所述，《几何画板》以其优秀的品质，成为我们数学教师首选的专业课件制作软件。
　　当然，它也有其不足，例如，目前的版本对立体几何的表现并不方便。