小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中交互式電子白板的有效運(yùn)用分析
一、研究背景
（一）在信息化時(shí)代的背景下，現(xiàn)代教育的發(fā)展趨勢(shì)
信息化時(shí)代的到來(lái)為人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展注入了強(qiáng)勁的動(dòng)力，也改變了人們傳統(tǒng)的生活方式、思維方式以及學(xué)習(xí)方式。在這樣一個(gè)信息化、數(shù)字化的時(shí)代，現(xiàn)代教育的發(fā)展也逐漸向民主化、現(xiàn)代化、多樣化和國(guó)際化方向延伸。在當(dāng)下的教育改革中，教育信息化的程度已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家教育現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。誠(chéng)如前國(guó)務(wù)委員陳至立所說(shuō)：“現(xiàn)代教育技術(shù)是教育改革和發(fā)展的制高點(diǎn)與突破口，要實(shí)現(xiàn)教育的現(xiàn)代化，要實(shí)現(xiàn)教育的跨越式發(fā)展，教育信息化是一個(gè)關(guān)鍵因素，占據(jù)了這個(gè)制高點(diǎn)就可以打開(kāi)通向教育改革發(fā)展的現(xiàn)代化之門(mén)。”因此，我們應(yīng)順應(yīng)教育信息化發(fā)展的大趨勢(shì)，大力推進(jìn)信息技術(shù)在教學(xué)過(guò)程中的普遍應(yīng)用，促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科課程的整合，逐步實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、教師的教學(xué)方式和師生的互動(dòng)方式的變革，充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具。
（二）以多媒體技術(shù)為主體的教學(xué)存在的缺陷和不足
隨著教育信息化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，“計(jì)算機(jī)+投影”的多媒體教學(xué)形式以其生動(dòng)性、多樣性、直觀性的技術(shù)優(yōu)勢(shì)逐漸取代了傳統(tǒng)的黑板教學(xué)。這種方式雖然為課堂教學(xué)帶來(lái)了諸多新氣象，但也存在著許多不足之處，例如：多媒體與黑板相分離，不方便教師操作；教學(xué)內(nèi)容不易記錄；多媒體課件資源相對(duì)有限，制作復(fù)雜；師生間缺乏互動(dòng)交流，不利于構(gòu)建以學(xué)生為主體的教學(xué)模式等。
（三）交互式電子白板廣泛應(yīng)用于教育教學(xué)的必然性
“交互式電子白板”作為一種新型高科技電子教學(xué)系統(tǒng)，為師生、生生間在課堂教學(xué)中進(jìn)行有效交互提供了有力的技術(shù)保障。教師可以在教學(xué)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際的教學(xué)問(wèn)題與學(xué)生疑問(wèn)及時(shí)地引入教學(xué)資源、充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，從而形成富有獨(dú)特個(gè)性的教學(xué)設(shè)計(jì)，運(yùn)用其專(zhuān)有的存儲(chǔ)、回放功能，還可以幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)。數(shù)形結(jié)合、音像兼?zhèn)涞慕换ナ诫娮影装暹M(jìn)入現(xiàn)代課堂教學(xué)是時(shí)代發(fā)展的需求、是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的具體體現(xiàn)、同時(shí)也是教育課程改革的必然要求。
二、關(guān)于交互式電子白板的概述
（一）交互式電子白板的發(fā)展歷程
20世紀(jì)60年代中期，世界上第一塊電子白板問(wèn)世，但它并不是應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域，而是滿(mǎn)足人們的日常辦公需求。直到1991年第一臺(tái)針對(duì)于學(xué)校教育教學(xué)設(shè)計(jì)的電子白板才在加拿大SMARTBoard公司被生產(chǎn)出來(lái)。電子白板是由普通的書(shū)寫(xiě)白板發(fā)展演變而來(lái)的，此后隨著不斷地嘗試、整合，電子白板的技術(shù)與功能得到了前所未有的拓展，從而出現(xiàn)了交互式電子白板—一種具有人機(jī)交互與人際多重交互功能的智能媒體平臺(tái)。
（二）我國(guó)交互式電子白板的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀
作為一種新型的媒體資源平臺(tái)，交互式電子白板代表了現(xiàn)代科技的領(lǐng)先水平。這自然也就決定了其不菲的成本價(jià)格。因此，我國(guó)交互式電子白板的推廣和使用主要集聚在大中城市和經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)。這些地區(qū)率先將電子白板應(yīng)用于課堂教學(xué)與學(xué)科整合之中，并根據(jù)教學(xué)案例的設(shè)計(jì)與研究，進(jìn)一步提升交互式電子白板的技術(shù)性與功能性。
目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于交互式電子白板的研究主要集中在電子白板與中小學(xué)課程相結(jié)合和電子白板的技術(shù)提升領(lǐng)域，其中比較有代表性的是丁興富教授主導(dǎo)的“中英合作交互式電子白板實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目”。他提出了：“交互式電子白板的三種應(yīng)用層次，分別是：等同于已有的傳統(tǒng)課堂的教學(xué)功能；交互式白板特有教學(xué)功能的應(yīng)用；交互式電子白板交互功能的充分發(fā)揮。”為交互式電子白板的廣泛應(yīng)用提供了科學(xué)的指導(dǎo)思想。與此同時(shí)，中央電教館也確立了“十一五”期間教育研究重點(diǎn)課題《基于交互白板的混合式學(xué)習(xí)研究》。
三、交互式電子白板在教學(xué)中應(yīng)用的理論基礎(chǔ)
（一）建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論
建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論提倡情境化教學(xué)，認(rèn)為在具體的問(wèn)題解決中，知識(shí)的學(xué)習(xí)不可能是一蹴而就的，而是需要針對(duì)具體問(wèn)題的情境對(duì)原有知識(shí)進(jìn)行再加工和再創(chuàng)造。知識(shí)不可能以實(shí)體的形式存在于個(gè)體之外，盡管通過(guò)語(yǔ)言賦予了知識(shí)一定的外在形式，并且獲得了較為普通的認(rèn)同，但這并不意味著學(xué)習(xí)者對(duì)這種知識(shí)有同樣的理解。真正的理解只能取決于特定情境下的學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)程。否則，就不能稱(chēng)之為理解，而是叫死記硬背，是被動(dòng)的接收式學(xué)習(xí)。
與此同時(shí)，教學(xué)應(yīng)使學(xué)習(xí)在與現(xiàn)實(shí)情境相類(lèi)似的情境中發(fā)生，以解決學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中遇到的問(wèn)題為目標(biāo)，為此學(xué)習(xí)內(nèi)容要選擇真實(shí)性任務(wù)，不能對(duì)其做過(guò)于簡(jiǎn)單化的處理，使其遠(yuǎn)離現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題情境。這種教學(xué)過(guò)程與現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題解決過(guò)程相類(lèi)似，所需要的工具往往隱含于情境當(dāng)中，教師并不是將提前已準(zhǔn)備好的內(nèi)容教給學(xué)生，而是在課堂上展示出與現(xiàn)實(shí)中專(zhuān)家解決問(wèn)題相類(lèi)似的探索過(guò)程，提供解決問(wèn)題的原型，并指導(dǎo)學(xué)生的探索。主張，一方面要提供建構(gòu)理解所需的基礎(chǔ)，同時(shí)又要留給學(xué)生廣闊的建構(gòu)空間，讓他們針對(duì)具體情境采用適當(dāng)?shù)牟呗浴?/p>
交互式電子白板的開(kāi)放性、多元性和靈活性的資源呈現(xiàn)模式，為教學(xué)活動(dòng)創(chuàng)建現(xiàn)實(shí)模型提供了可能。交互式電子白板能夠有力的支持教師個(gè)性化、多樣化的教學(xué)設(shè)計(jì)，使得教師在授課過(guò)程中，能夠根據(jù)學(xué)生的質(zhì)疑和信息反饋等，有針對(duì)性的呈現(xiàn)出類(lèi)似于現(xiàn)實(shí)情況的教學(xué)情境，由此開(kāi)展多種情境下的教育教學(xué)活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)者與學(xué)習(xí)者共同建構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)的理想。
（二）認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論
認(rèn)知主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者內(nèi)部心理結(jié)構(gòu)的形成和改組，而不是刺激與反應(yīng)聯(lián)結(jié)的形成或行為習(xí)慣的加強(qiáng)或改變。它關(guān)注學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)的組織和重新組織，通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)所作的假說(shuō)來(lái)解釋和說(shuō)明學(xué)習(xí)過(guò)程，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)與學(xué)習(xí)者已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系與相互作用。其基本觀點(diǎn)有：
1．學(xué)習(xí)不是機(jī)械的、被動(dòng)的刺激—反應(yīng)過(guò)程；學(xué)習(xí)是個(gè)體作用于環(huán)境，而不是環(huán)境引起人的行為。環(huán)境只是提供潛在刺激，至于這些刺激是否受到注意或被加工，則取決于學(xué)習(xí)者內(nèi)部的認(rèn)知結(jié)構(gòu)（所謂認(rèn)知結(jié)構(gòu)，就是指學(xué)習(xí)者知覺(jué)和概括自然、社會(huì)和思維的方式。認(rèn)知結(jié)構(gòu)是以符號(hào)表征的形式存在的）。當(dāng)新的經(jīng)驗(yàn)改變了學(xué)習(xí)者原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)時(shí)，學(xué)習(xí)就發(fā)生了；
2．學(xué)習(xí)是憑借智力與理解，進(jìn)行有意義的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)知的過(guò)程，決非盲目的嘗試；
3．重視內(nèi)在動(dòng)機(jī)與學(xué)習(xí)活動(dòng)本身帶來(lái)的內(nèi)在強(qiáng)化的作用。認(rèn)為外在強(qiáng)化不是學(xué)習(xí)產(chǎn)生的必要因素，沒(méi)有外在強(qiáng)化學(xué)習(xí)也會(huì)發(fā)生。
這種學(xué)習(xí)理論的突出強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生智能的培養(yǎng)，重視內(nèi)部心理活動(dòng)的研究，在教學(xué)實(shí)踐中，強(qiáng)調(diào)應(yīng)根據(jù)學(xué)生已有的心理結(jié)構(gòu)，提供適當(dāng)?shù)膯?wèn)題情境，在解決問(wèn)題的過(guò)程中掌握一般的原理，以便能把所學(xué)知識(shí)運(yùn)用于新問(wèn)題的解決。[4]
基于交互式電子白板的課堂教學(xué)最大的亮點(diǎn)就在于能夠給學(xué)生呈現(xiàn)直觀的教學(xué)資源，通過(guò)聲形并茂的交互演示，為學(xué)生營(yíng)造一種生動(dòng)、立體、直觀的學(xué)習(xí)氛圍，并通過(guò)標(biāo)注、勾畫(huà)等方式突出教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)以及細(xì)節(jié)特征。這些都將有利于學(xué)生思維能力的培養(yǎng)與學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的提高。
四、交互式電子白板與小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)相結(jié)合的應(yīng)用分析
（一）小學(xué)數(shù)學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)
1.抽象性
數(shù)學(xué)作為自然科學(xué)中一門(mén)十分基礎(chǔ)的學(xué)科，其本身具有極高的抽象性。小學(xué)數(shù)學(xué)是小學(xué)階段最具基礎(chǔ)性的學(xué)科之一，它的抽象性不僅體現(xiàn)在數(shù)學(xué)概念上，還體現(xiàn)在數(shù)學(xué)方法以及大量的符號(hào)和公示上。在小學(xué)學(xué)段，學(xué)生的思維發(fā)展正處于由具體的形象思維向抽象的的羅輯思維過(guò)渡的時(shí)期。心智上的局限往往會(huì)成為學(xué)生理解抽象數(shù)學(xué)問(wèn)題的障礙，以致對(duì)數(shù)學(xué)失去興趣和信心。這就要求教師在課程教學(xué)的過(guò)程中充分利用交互式電子白板將抽象的數(shù)學(xué)概念與數(shù)學(xué)原理進(jìn)行更為直觀、具體地呈現(xiàn)，并通過(guò)白板的交互功能實(shí)現(xiàn)多樣化的師生間的互動(dòng)交流，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激勵(lì)學(xué)生積極主動(dòng)地進(jìn)行思維創(chuàng)造，帶動(dòng)課堂教學(xué)效率的提升。
2.邏輯性
數(shù)學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)在很大程度上就是培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。眾所周知，數(shù)學(xué)是由定理、概念、公式、符號(hào)等按照特定的邏輯規(guī)律而組成的具有嚴(yán)密知識(shí)系統(tǒng)的科學(xué)，具有很強(qiáng)邏輯性和系統(tǒng)性。小學(xué)數(shù)學(xué)作為數(shù)學(xué)教育的起始階段，已經(jīng)形成了較為完善的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，各個(gè)知識(shí)層次之間有著環(huán)環(huán)相扣的內(nèi)在聯(lián)系。假若學(xué)生對(duì)于已有知識(shí)沒(méi)有充分理解和掌握，那么會(huì)直接影響新知識(shí)的習(xí)得。因此，教師在常規(guī)教學(xué)中應(yīng)注重對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)難點(diǎn)的突破，并通過(guò)交互式電子白板的運(yùn)用幫助學(xué)生深入理解知識(shí)點(diǎn)間的內(nèi)部聯(lián)系，從而使學(xué)生形成完善、系統(tǒng)的知識(shí)體系。
3.實(shí)用性
數(shù)學(xué)同樣是一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的科學(xué)，它來(lái)源于實(shí)際生活，與人類(lèi)的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)，同時(shí)也廣泛應(yīng)用于人們的實(shí)踐活動(dòng)，為人類(lèi)的生存發(fā)展提供必要的方法和工具。誠(chéng)如《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中強(qiáng)調(diào)的一樣：要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，不僅要從已有的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，讓學(xué)生親身經(jīng)歷將實(shí)際問(wèn)題抽象成數(shù)學(xué)模型的過(guò)程，而且要真正理解數(shù)學(xué)中的實(shí)用性、研究性的理論知識(shí)并應(yīng)用到實(shí)際生活中，尋找解決問(wèn)題的'方法。
（二）交互式電子白板的工作原理與主要功能
1.交互式白板的基本工作原理
交互式電子白板主要是由計(jì)算機(jī)、電子白板、投影儀等硬件構(gòu)成。如圖1所示。
電子白板的工作原理有激光跟蹤原理、電阻感壓原理和紅外原理等幾種類(lèi)型。
使用激光跟蹤原理的白板上端兩側(cè)各有一激光發(fā)射器，白板啟動(dòng)后，激光發(fā)射器發(fā)出激光掃射白板表面，特制筆具具有感應(yīng)激光功能，從而反饋筆的位置。
使用電阻感壓原理的觸摸式交互式電子白板相當(dāng)于一個(gè)觸摸屏，這種用于人機(jī)交互的輸入設(shè)備是用手指或筆觸及屏幕上所顯示的選項(xiàng)來(lái)完成的。其內(nèi)部有兩層干壓膜，當(dāng)白板表面某一點(diǎn)受到壓力時(shí)，兩層膜就會(huì)在這點(diǎn)上造成短路，電子白板中的控制器能夠迅速檢測(cè)出受壓點(diǎn)的坐標(biāo)值，并經(jīng)過(guò)USB或RS232接口送入計(jì)算機(jī)，完成整個(gè)人機(jī)交互過(guò)程。
使用紅外觸摸屏工作原理的交互式電子白板其觸摸屏的四周布滿(mǎn)了呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的紅外線接收管和紅外線發(fā)射管，由此形成了一張由紅外線布成的光網(wǎng)，當(dāng)有物體進(jìn)入紅外光網(wǎng)阻擋住某處的紅外線發(fā)射接受時(shí)，此點(diǎn)的橫豎兩個(gè)方向的接受紅外管接收到的紅外線的強(qiáng)弱就會(huì)發(fā)生變化，設(shè)備通過(guò)了解紅外線的接收情況的變化就能知道何處進(jìn)行了觸摸。[5]
2.交互式白板的主要功能
交互式電子白板作為一種新興的信息化教學(xué)手段，它既繼承了傳統(tǒng)黑板教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，又整合了多種信息技術(shù)手段，具有極強(qiáng)的交互性和可操作性。它的出現(xiàn)為課堂教學(xué)架設(shè)了一個(gè)多方參與的互動(dòng)交流平臺(tái)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的思維創(chuàng)新與多元智能。由此，我們可以分析出交互式電子白板應(yīng)具有以下功能：
交互功能：在課堂教學(xué)中，教師利用交互式電子白板這一多功能智能交互平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間的交互；與此同時(shí)，交互式電子白板中豐富多樣的教學(xué)資源、靈活多變的教學(xué)方式以及生動(dòng)鮮活的教學(xué)內(nèi)容也有助于實(shí)現(xiàn)師生之間、生生之間以及教學(xué)主體與教學(xué)內(nèi)容之間的及時(shí)交互。
書(shū)寫(xiě)與編輯的功能：交互式電子白板繼承了黑板的書(shū)寫(xiě)功能，同時(shí)又改進(jìn)了多媒體投影只能進(jìn)行展示的缺陷。白板上的按鍵能夠有效地代替計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)的功能，電磁筆既能替代鼠標(biāo)進(jìn)行操作，又可以代替粉筆進(jìn)行書(shū)寫(xiě)編輯。在課堂教學(xué)中，交互式電子白板使以往單一無(wú)趣的板書(shū)文字與手繪圖形變得繽紛多彩，又將圖片、聲音、視頻等教學(xué)資源靈活有效地進(jìn)行呈現(xiàn)，這將有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓教學(xué)活動(dòng)更加高效。另外，教師利用白板筆進(jìn)行的及時(shí)圈點(diǎn)、標(biāo)注以及勾畫(huà)也為學(xué)生把握重點(diǎn)知識(shí)、理解難點(diǎn)內(nèi)容提供了便利。
記錄存儲(chǔ)功能：在傳統(tǒng)的“黑板+粉筆”式的教學(xué)中，課上的教學(xué)內(nèi)容、師生互動(dòng)的智慧結(jié)晶都將隨著黑板的擦拭而消失無(wú)蹤，即使進(jìn)行了及時(shí)的記錄，也不能完整地反映出課堂教學(xué)的整個(gè)思維過(guò)程。而交互式電子白板強(qiáng)大的存儲(chǔ)功能很好地解決了這一問(wèn)題，它能夠?qū)⒊霈F(xiàn)在白板上的任何內(nèi)容都存儲(chǔ)至硬盤(pán)或移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，供師生之間共享，也可以將內(nèi)容利用網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)送給學(xué)生，方便學(xué)生課后學(xué)習(xí)或作為復(fù)習(xí)材料。
連接功能：通過(guò)交互式電子白板可以實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)相連接，從而拓展教學(xué)資源的獲取渠道，實(shí)現(xiàn)資源共享。
特殊功能：聚光燈功能、屏幕漸顯功能、放大鏡功能、回放和導(dǎo)出功能等。
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