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第9章 现代信息技术与数学(1)

(第一节 )现代信息教育

现代信息技术是与传统信息技术相对而言的,强调与以印刷技术为代表的传统信息技术的区别,专指计算机多媒体与网络技术,强调与一般电子媒体(幻灯、投影、录音、电视等)的区别。

对于信息技术教育有两种并不完全相同的理解:

运用信息技术进行教育活动。是以培养学生信息素质(信息意识、知识、能力、道德)为目标的教育。

培养学生信息处理能力的教育。两种理解的区别是:前者以培养学生的信息素质为目标;后者则以培养学生信息处理能力为目标。我同意第一种理解。信息动手术教育不仅仅是培养学生的信息处理能力,还应包括信息意识、知识、道德的培养。而网络教育也主要有两种不同的理解:

网络教育,就是运用多媒体网络资源,进行教育教学活动。也就是网络环境下的教育,这里所说的网络,包括计算机网络、卫星电视网络、电信网络等。教育教学活动包括非面授方式,也包括面授方式。

网络教育就是现代远程教育。是远程教育发展的最新形态(远程教育的发展,经历了四个历史阶段:函授教育、广播教育、电视教育、网络教育)。

网络教育的定义:它是主要通过多媒体网络和以学习者为中心的非面授教育方式。

教育技术:对教育技术概念的理解,一般都是以美国“AECT1994年的定义”为根据:“教学技术是为了促进学习,对有关的过程和资源进行设计、开发、利用、管理和评价的理论与实践。”

现代教育技术:“教育技术”是来自美国的洋货,“现代教育技术”是出自本国的土产。20世纪80年代初,我国电教领域从美国引进了“教育技术”的概念和理论。人们发现,美国的教育技术同中国的电化教育并不完全是一回事,如果完全按照美国的教育技术的理论和做法,我国正在兴起的电教专业的培养目标和课程设置就要完全被改变,我国的电教实践就要完全被改变,这是不符合中国的国情的。为了适应我国社会对电教人才的需求,为了促进我国教育教学的改革与发展,我们在保持自身的特色的同时,吸取了美国教育技术中的有益万分,如强调教学设计,并提出了现代教育技术的概念。

如何理解现代教育技术概念?有不少人给它下了定义,其中之一是:运用现代教育理论和现代信息技术,通过对教与学过程和资源的设计、开发、利用、评价和管理,以实现教学优化的理论和实践。

电化教育:有不少人给电化教育下过定义,以下是其中两个。

“电化教育,就是在现代教育思想、理论的指导下,主要运用现代教育思想、理论的指导下,主要运用现代教育技术进行教育活动,以实现教育过程的最优化。”电化教育是现代教育思想、理论与现代教育技术相结合的产物。它的公式是:

现代教育思想、理论×现代教育技术=电化教育。

“电化教育是在现代信息技术环境中,研究与人类学习有关的各个要素及其相互关系的活动规律,以促进学习的理论与实践。”近些年来,有些人对于电化教育有不少的误解,主要的误解有两个:一是以为计算机教育应用不属于电化教育,把计算机教育应用排除于电化教育之外,认为只有幻灯、投影、录音、录像的教育应用才是电化教育。这是一个很大的误解。我国电化教育在技术手段的应用方面,20世纪70年代以前,以幻灯、电影为主;20世纪80年代以来,正在步入以计算机多媒体和网络系统为主的新阶段。二是以为电化教育只是以现代教育媒体为研究对象,而不考虑整个教育教学过程的设计与优化。这也是一个很大的误解。优化教育教学过程,开发教育教学资源,量化电化教育要做的最主要的事情。不过它强调要在现代教育思想的指导下,运用现代信息技术来好这两件事情。应该消除这些误解,否则,对我国教育的改革与发展都会是不利的。

以上对有关信息技术教育几个重要概念的各种理解做了简略的介绍。目前,人们对上述名词、术语的使用,不够规范,颇为混乱。在不少场合,教育技术、现代教育技术、电化教育、信息技术教育,或网络教育与现代远程教育,都是当作同义语、等同的概念在使用着,它们的名称虽不同,但内涵基本一样,所做的事情基本一样,给人们的认识与实践造成不少困惑。

1信息技术教育的特点

人们把信息技术教育的特点概括为“五化”、“三性”。五化:教育信息显示多媒化;教育信息处理数字化;教育信息存储光盘化;教育信息传输网络化;教育过程智能化。三性:开放性。信息技术教育能够打破时间、空间的限制,使教育向所有需要和愿意学习的人开放并实现资源共享;非线性。信息教育的学习内容和方式,都打破了传统的线性框框。在电子课本和网上教材中,知识间的联结不再是线性的,而是网状的、发散性的、板块的,可以有多种组合和检索方式。学生学什么,何时学,如何学,由学生自由选择,自主学习。它是一个因人施教的系统,照顾着每一个学习者的需求。有人把传统的课堂教学比作乘公共汽车,它有固定的上车站点、行驶路线、开车时间;把网络教学比作“打的”(乘出租汽车),它的出发点、路线和目的地都是个人化的,由乘客自己决定;交互性。它能实现人一机之间的双向沟通和人与人之间的远距离交互学习,促进教师与学生、学生与学生、学生与其他人之间的多向交流。

2信息技术教育的意义

开展信息技术教育,是当代学生自身发展的迫切需要。信息技术教育是培养学生的信息素质,特别是信息能力的教育。信息能力(信息的获取、处理、利用、评价、生成能力)是当今社会人类生存的基本能力,它常常地影响着人们的工作、学习、生活的方方面面。国际21世纪教育委员会向联合国教科文组织提交的报告《教育——财富蕴藏其中》提出:“毫无疑问,个人获取信息和处理信息的能力,对于自己进入职业界和融入社会以及文化环境都将是一个决定性因素。”

开展信息技术教育,是全面实施素质教育、培养创新人才的重要措施。现代信息技术,特别是对计算机多媒体与网络系统的使用,为个别化学习和发展个性特长提供了前所未有的机会。现代信息技术的使用,大大地提高了学习者的积极性、主动性、创造性,从而能更好地表现自己的才能。

开展信息技术教育,是现代化教育的重要内容,也是实现教育现代化的必由之路。教育部前任部长陈至立说:“21世纪信息技术对教育的影响将是不可估量的。它不仅带来教育形式和学习方式的重大变化,更重要的是对教育思想、观念、模式、内容和方法产生深刻影响。为了争取在新世纪日趋激烈的国际竞争中占据主动地位,我们必须加快在中小学普及信息技术教育,努力实现教育信息化。”以教育信息化带动教育现代化。

(第二节 )信息技术对数学教学的影响

现代信息技术的广泛应用正在对数学课程内容、数学教学、数学学习等方面产生深刻的影响。在教学中,应重视利用信息技术来呈现以往课堂教学中难以呈现的课程内容。同时,应尽可能使用科学型计算器、计算机及软件、互联网,以及各种数学教育技术平台,加强数学教学与信息技术的结合。教师应恰当使用信息技术,改善学生的学习方式,引导学生借助信息技术学习有关数学内容,探索、研究一些有意义、有价值的数学问题。

1数学技术——信息技术的技术支撑点

技术就是运用知识、工具和技能解决、探索一些实际问题,用以扩展人的能力的手段与方法体系之和。技术是—个技术性过程,它是人们在做、制造和实施的不断演化过程中提高技术水平、发挥技术功效(美国2061计划);技术是人们认识世界和认识自我的一种体现,它是随着人类社会的进步而不断进步,是人类文明的基本象征,也是推动历史发展的一种动力源。从古代的钻木取火技术、近代的蒸汽机技术,到今天的信息社会中的信息技术,从扩充人的体力的技术到如今扩充人的脑力的技术,无不体现出技术的价值和它所承载的人类智慧。综观技术的发展,人类为了更好地生存与发展,创造了许许多多的技术,它们或多或少都与数学的发展有着不可分割的联系,可以说是相生相伴。人类最初掌握的比较完善的技术之一可以说是记数技术,从几万年前的刻痕记数(以树干、骨头为物质载体,把数刻在其上记事)、结绳记数(用草绳打结记事)、石子记数、手指记数,到近代用的纸笔记数、现代的计算机计数,这些记数方法的不断改进与演化已经形成了今天相当完善的记数制与计算技术。这些计算技术也就成为数学技术的主体,而承担其实施的载体就是电子计算机。现代计算机就是神的0与1的组合体。要是没有德国数学家莱布尼茨(1646-1716年)发明的二进制,也就不可能有今天计算机的出现。正是由于数学以它惊人的特性与人类的发展息息相关,以独特的身份介入技术的发展并融入其中,而且以它的精确性和内在美体现出它在方方面面的有效性,那么数学也就理所当然地成为关键技术的关键,成为信息技术的支撑点。

数学技术一般指实现数学运算、推理、应用的信息技术,它总是伴随着数学的进步而进步。数学的原理、思想、方法与技术结合而形成的数学技术本质上就是一种高科技。离开了数学技术,信息技术将成为无源之水,也就谈不上发展了。

数学技术是数学与技术以灵巧方式组合而成的二者不可分割的和谐整体。从某种角度讲,数学上的每一次重大的发展和突破都是技术(当然包括科学)有大的发展与进步的前奏,而事实是数学的发展往往超前于重大技术的发现而走在前面。数学的追求与技术(科学)发展的目标是相一致的,都追求简单、清晰、方便、可操作、易于掌握。其实,现阶段数学总是任何计算机仿真的核心,数学通过对复杂现象的仿真建模,借助计算机对数据流进行缩成和可视化,将有助于人们把事情做得更好、更快、更安全、更便利。数学技术正在以不同的形态广泛地应用于现实生活世界的各个方面。检查身体的CT扫描技术,车辆、飞机的模拟、设计和控制技术,金融证券价值的估算技术,天气和气象的预测技术,电子设计自动化以及生物工程等技术,其核心都是数学技术。数学技术正是依附于计算机来显现它的威力,而计算机正是依靠数学技术得以工作与革新换代。

“信息技术是指对信息进行采集、传输、存储、加工、交流、应用的手段和方法的体系。”信息技术按表现形态的不同分为硬技术与软技术,前者指各种信息设备,即一种物化形态的技术;后者指有关信息获取与处理的各种知识、方法与技能,即一种智能形态的技术。前者就是将人类的一切信息都以计算机语言的0或1的二进制来表达,这是人类文明在数学基础上的一次史无先例的科学整合,是影响人类生存和发展的巨大科学成就,而最具代表性的计算机的设计者就是20世纪最著名的数学家冯·诺依曼;后者所指的信息获取与处理的知识、方法、技能都是与数学技术密不可分的,从某种程度上看,就是数学化的过程。由此可见,数学技术是信息技术中最为关键的技术,是信息技术的技术支撑点。

2信息技术——数学及数学技术发展与应用的平台

现代信息技术的发展、应用,把数学以技术化的方式快速地传送到人们日常生活的各个领域,使得数学对科学、技术、社会的发展起到了更加巨大的推动作用,同时也促使数学技术的不断发展。数学技术的发展使得图形计算器、数学软件的功能增长,用于计算、解方程、绘图像、解微积分方程、因式分解、数据统计,数值计算、符号演算、机器证明、图形演示以及进行思维实验都能以更加简洁快捷的方式进行,而且使得计算机的验证功能、编程功能、联网功能更加强大。由于数字化经济、数字信息处理以及大量的探索性数据分析、观察、实验、模拟与计算技术密不可分,因而数学就同时具有科学和技术的双重身份,这也就从某一侧面反映了数学的实质性内涵。由于计算机的发展,使人们可以解决非常复杂的非线性问题,已经超越了常规解决问题的方法,利用计算机的支撑能揭示未来数学的现象,能给数学以强大的推动力,计算机不仅为数学应用提供了解答,而且赋予人们以灵感和直觉,数学实验室软件能够动态地揭示知识的构造,并形象地对数学知识进行表述,而且能动态地呈现问题产生的过程,并自动解决,相互推理。计算机的应用对数学家而言犹如望远镜对于天文学家、显微镜对生物学家,给数学家进行数学研究和创造提供了锐利的武器。

信息技术为数学的发展注入了活力,在计算机面前由于好多知识变成动态化,可以激发人们对数学的热爱,引发人们展开想象的翅膀不断思索与追求,使得数学以与以往不同的形态——可视化、快捷化、人文化而展现在人们面前。由于计算机的影响,数学正在加速改变着它的内容、结构和方法,也加速改变着人们对数学的理解方法,这是因为几何现象的实验成为可能,从数学上看,迄今为止代数的表现形式在书写表示方面有非常有利的一面,几何不是记号,而仅仅是你头脑中的某个几何对象——图形,表现的是更为抽象和复杂的数学概念,借助计算机就可以传送出比现在更多、更丰富的几何内容,如可以展现一些分形模型、一些动态的复杂曲线等。用计算机进行科学计算是计算机最为基本的功能,它可以在很短的时间内收集和处理大量的数据,作出判断,形成公式,构建理论;计算机可用于作数学实验,如火箭发射、核弹爆炸、军事演示、飞机汽车桥梁设计等都是借助计算机进行实验的;计算机同时还可以进行数学证明,如四色定理在1976年被两位美国数学家用计算机予以证明,我国数学家吴文俊也在计算机上用代数方法证明了欧氏几何已知的一切定理。

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