☆朱琴

（南京市百家湖小學，江蘇南京 211100）

信息技術與數(shù)學課程深入整合的利器
——虛擬教具

☆朱琴

（南京市百家湖小學，江蘇南京 211100）

近些年來，隨著信息技術的不斷進步及互聯(lián)網(wǎng)的普及，在數(shù)學課堂上出現(xiàn)了一類新的教具，名為“虛擬教具”（Virtual Manipulatives），作為新一代計算機教具，它具備以往計算機教具不具備的一些特點和優(yōu)勢，在美國、新加坡、臺灣的教學實踐證明，其對信息技術與數(shù)學教學的深入整合有較大的推動作用。

一、虛擬教具的含義、特點及作用

數(shù)學虛擬教具是一種為了幫助學生更好地學習數(shù)學知識而開發(fā)的基于互聯(lián)網(wǎng)的交互式、可視化軟件，它允許學生像使用實際教具那樣，通過鼠標或鍵盤操控動態(tài)的虛擬物件，探索發(fā)現(xiàn)數(shù)學概念和數(shù)學關系。它具有以下特點：一是交互性。不同于單向的信息展示，學生可以直接通過鼠標操控虛擬化的教具（如旋轉(zhuǎn)、移動圖形）。二是動態(tài)性。靜態(tài)圖形能隨著具體的操作進行連續(xù)的變化，從而展現(xiàn)出動態(tài)變化的過程。三是基于互聯(lián)網(wǎng)。虛擬教具雖然也可以單機使用，但基于互聯(lián)網(wǎng)可以使虛擬教具不受學習時間、空間的約束，發(fā)揮出更大的作用。

在中小學數(shù)學課堂教學中使用虛擬教具具有如下優(yōu)勢：一是可以避免實際教具數(shù)量少、有時難以得到想要的教具、教具使用管理、維護等問題。二是可以克服有些教具在教學過程中效率低的問題，如可能性教學中的投硬幣、擲骰子等重復性操作。三是虛擬教具能創(chuàng)設具有交互式及動態(tài)特性的虛擬學習環(huán)境，較之目前廣泛使用的PPT及FLASH制作的以單向信息傳遞為主的課件，更有利于不同層次學生的積極主動探索，能有力推動課堂教學向“教師主導，學生主體”方向轉(zhuǎn)變。四是較之其它信息整合方法如WebQuest，更適合在數(shù)學課堂運用。

二、虛擬教具典型網(wǎng)站介紹

虛擬教具的優(yōu)良特性意味著其開發(fā)難度及投入較大，一般需要一個包括教育專家、優(yōu)秀教師、軟件開發(fā)人員甚至學生的專業(yè)團隊來實現(xiàn)，所以，發(fā)掘并應用已有的虛擬教具是當務之急，好在互聯(lián)網(wǎng)上已經(jīng)有不少網(wǎng)站提供免費的、優(yōu)秀的虛擬教具，現(xiàn)介紹兩個典型的網(wǎng)站：

一是美國國家虛擬教具圖書館（National Library of Virtual Manipulatives，http:／／nlvm．usu．edu／），它是一個由美國國家科學基金會（National Science Foundation）支持的項目，該項目主要依據(jù)美國國家數(shù)學課程標準開發(fā)了系列適用于從學前班到12年級的虛擬教具（有中文版），虛擬教具根據(jù)不同年級段，分為數(shù)及運算、代數(shù)、幾何、測量、統(tǒng)計與可能性五類，采用Java Applet技術實現(xiàn)，每個虛擬教具有分別針對教師／家長和學生的使用說明，既適合教師教學，也適合學生在家長指導下學習或自學。eNLVM是NLVM的增強和擴展，是一個在線課程創(chuàng)建工具，其中有展示虛擬課件在教學中應用的典型課例，值得參考。

二是美國SHODOR教育基金會網(wǎng)站（http:／／www．shodor．org／interactivate／），該網(wǎng)站一是從學習者（Learner）的角度提供了 3－12年級的 Activitis（學習活動）、Dictionary（術語詞典）、Tools（虛擬教具），每個虛擬教具由 Learner(學習者的說明)、Activity(教具軟件)、Help（使用幫助）、Instructor（教學說明）四部分組成。二是從教學者（Instructor）的角度提供了應用虛擬教具的教學設計、相關討論及教學標準。

從上述網(wǎng)站可以看出當前美國數(shù)學虛擬教具的一些特點：一是全，緊緊圍繞課程標準設計，涵蓋了每個年級及主要的教學內(nèi)容。二是深，每個虛擬教具均從教和學兩方面提供了幫助，并且提供了大量運用虛擬教具的課例，充分體現(xiàn)出“教師主導——學生主體”以及“學教并重”的思想，虛擬教具已逐步與課程教學溶為一體，既支持課堂內(nèi)的教學，又支持課外的自學。

三、虛擬教具應用

由于數(shù)學是一門跨國界的語言，我國中小學數(shù)學的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)與發(fā)達國家（如美國）有不少相似之處，具體到與虛擬教具相對應的知識點，更有許多共同之處，這是我們可以借鑒應用的基礎。目前國內(nèi)信息技術與數(shù)學課程的整合正走向深入，同時也遇到了較大的困難，突出的問題是雖然投入較大，但教學效果并不理想，難以廣泛深入的開展。這與運用信息技術教學，教師投入較大、技術手段較為單一（以單向信息的傳遞為主）、學生主動參與探索不夠、課堂結(jié)構(gòu)未發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變等有密切關系，而在課堂教學中合理引入免費的優(yōu)質(zhì)虛擬教具可以有效解決上述問題。目前在美國、新加坡、臺灣的教學實踐表明，虛擬教具的有效運用確實對提高教學質(zhì)量有較明顯的幫助。

由于在語言、教學方式、文化等方面與美國存在較大差異，所以引入虛擬教具需要一個“本土化”的過程，建議有關部門組建一個團隊，系統(tǒng)的引進、消化、吸收直至改進國外的優(yōu)秀免費虛擬教具，然后共享使用。作為教師個人也可以在教學中嘗試使用國外的虛擬教具，特別是有漢化版的，具體可以參考以下步驟：

第一，確定適合的教學內(nèi)容。具體哪些內(nèi)容適合用虛擬教具整合，有兩條經(jīng)驗可供參考：一是事前要有充分的理由，避免只是為了用虛擬教具而用虛擬教具；二是事后驗證確實有效，特別是要關注學生的學習效果。

第二，收集、整理、分析相關教學資源。圍繞課堂教學內(nèi)容，到國內(nèi)外比較“權威”的小學數(shù)學教學相關的網(wǎng)站收集課程教學所需的優(yōu)質(zhì)資源，分析篩選出一個優(yōu)秀的教學設計，作為進一步改進、提高的“母本”。

第三，教學單元再設計。首先，以“母本”為基礎，通過詳細分析教學內(nèi)容及教學環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)“母本”的不足，確定可以改進的地方。其次，設計好“切入點”，這一點較為關鍵，主要憑借教師的經(jīng)驗進行，就是將虛擬教具在適當?shù)臅r間、地點、面向合適的學生整合進原來的教學環(huán)節(jié)中，并且能起到較明顯的教學效果。

第四，教學實施、評價、改進和提高。

上述方法主要基于在國內(nèi)已有優(yōu)秀教學設計的基礎上進行教學單元再設計，融入虛擬教具，進一步提高學生學習的自主性，改進課堂結(jié)構(gòu)。在實踐教學中，哪怕只是在一節(jié)課中的某個知識點或教學環(huán)節(jié)整合了虛擬教具，但只要較之傳統(tǒng)教學確實有優(yōu)勢，就值得提倡，盡量做到以較少的投入取得可見的成效。

虛擬教具作為當今教育技術的創(chuàng)新成果，目前仍在不斷地發(fā)展和完善，例如隨著移動通信技術的發(fā)展，學生可以通過手持設備（如平板電腦、智能手機）隨時隨處地使用虛擬教具，為移動學習提供強力支撐?？梢院敛豢鋸埖卣f，虛擬教具有望成為下一代的數(shù)學教學工具。

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