高等数学教学立体化研究论文

高等数学教学立体化研究论文

　　立体化教材在国外称为“Integrated textbook/coursebook”，在国内最早则出现在2001年教育部《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》中，也叫“一体化教材”或“多元化教材”。立体化教材相对传统纸质教材是指以计算机和网络为支撑平台，运用多种多元化教学工具，将教学内容、教学方法、教学重点和教学效果进行整合，按照先进的一体化思路设计出适合于多元化教学的系统化教学材料。近年来，立体化教材得到了快速的发展，以网络和多媒体为代表的现代信息技术的发展给立体化教材的发展提供了契机。

　　立体化教材越来越体现其优越性。它在主干教材的基础上开发多种辅助教学资源，实现人机对话，交互性强；它表现形式灵活，课程设置更符合学生的认识规律和思维过程，更大程度地帮助学生知识的建构和拓展；它直观形象，通过实验演示等方式展示课程的相关定义、定理和方法；它操作简单，可反复观看教学课件和视频等，不受时间和次数的局限；同时其趣味性和艺术性有利于促进学习者的学习兴趣。

　　由于高等数学其具有抽象性、系统性及应用广泛性的特点，因而其立体化教材的构建和设计只有符合本身的特点和规律，才能较大成效地发挥立体化教材的作用。一般地，立体化教材的设置应该包含：主干教材、课程方案、学习指导、电子教案、课件、教学视频、数学实验、习题库、学习辅导答疑、学习论坛讨论等。本文在立体化教材设置上，重点考虑高等数学立体化教材的几种主要组成要素：教材（即传统的纸质教材，与立体化教材的开发网站相配套）、教案、课件、教学视频、数学实验、习题库等，并讨论它们之间的关系。

　　一、立体化教材应该以教材为中心，做到四个“体现”。

　　1、教学视频是对教材内容的可视化传递。

　　教学视频是指把要传授给学习者的知识、技能等内容按照教学大纲的要求，经由教师或专业制作人员运用技术手段，整合图、文、声、像等各种信息，生成视频文件并发布供广大学习者学习使用的教学资源。相对于静态的文字教材，视频教材的优势非常明显。它不仅在教学过程中对知识传递和表达，诱导学习者思考，提高学习的高效性，而且还集合了知识性、教育性、科学性、艺术性和趣味性。视频教材已经是我国教育教学模式的重要形式。正如萨尔曼可汗2011年在TED的预言“视频重塑教育”那样，视频教材正在不断地促进我国教育教学手段现代化进程。

　　然而“万变不离其宗”，教学视频最终所体现的核心部分仍然是教材的内容，即教材的知识性。因而，高等数学教学视频的基本组织形式应该注重对每一章的每一节课（或一个知识点）的教学过程进行录制和教学设计。高等数学教学视频的设计单位就是课堂教学设计。课堂教学设计应根据课程标准规定的总教学目标，对教学内容进行分解，对教学对象进行认真分析，在此基础上得出每个章节、单元的教学目标和各知识点同时选择教学策略，制定教学过程，最终进行视频录制。

　　2、教案、课件应体现教材内容的系统性和思想性。

　　保持课程应有的系统性是指教案、课件的组织过程应该遵循教材的组织规律。相对于其它课程，高等数学的教学内容是稳定的。教学内容的组织总是从“函数与极限”开始，然后是“连续”与“导数”，再而是“微分及中值定理”……从微分到积分，从不定积分到定积分，从一元微积分再到多元微积分。因而，教案及教学课件的内容及其织组顺序上，应保持课程应有的系统性。

　　保持课程应有的思想性是指教案、课件应该正确保持定义的阐述、定理的证明、知识间逻辑关系，同时对内容的增删应该适当有度。高等数学的抽象思维占主导地位，它的各个章节、各知识块间内在的联系紧密，教案的设计要思路清晰明白。传统的教案和课件的使用者都是教师，但立体化教材的教案和课件将面对学生，因而教案和课件的内容更应该与教材相呼应，紧扣教材的内容，通过多媒体课件，把规范的、理论性的教材语言，转换成学生容易理解、较易接受、喜爱的媒体语言的表达形式，通过媒体语言来激活教材语言。在立体化教材设计上，教案、课件仍是源于教材，还原于教材。

　　3、数学实验应该融入教材，数学实验应体现教材的实验要求。

　　一本成熟的高等数学教材必须包含实验环节，实验内容由浅入深，理论与实验相辅，突出高等数学的基础理论知识在实践中的应用。为了让学生更好地理解基本概念、基本原理，并将其应用到实践当中去，在高等数学的课堂教学中必须实验课时。学生通过数学软件（例如Matlab），实现对极限、微积分、级数等基本概念的可视化，化抽象为形象，化无形为有形，既增加了高等数学趣味性和形象性，又增加了对其理解性和应用性。

　　高等数学立体化教材的实验部分一般分两个层次，第一个层次是结合课本内容进行实验，第二个层次是运用以数学实验为介质进行数学建模。前者是基础实验，针对每个章节的内容进行相应的实验设计，达到理论理实验的统一。例如在了解单叶双曲面和马鞍面都是直纹面这一结论的同时，如若再用实验加以验证，这种教学效果是显著的。后者是我们所熟悉的数学建模，它要求学生有较高的综合素质，包括理论基础、分析水平和实验水平。数学建模已经在大学教育中逐步开展，许多院校正在将数学建模与教学改革相结合，将数学建模作为《高等数学》的教学改革和培养应用型科技人才的一个重要方面。因而，《高等数学》教学实验应该体现立体化教材这两方面的要求：一方面，让学生更好地理解基本概念、基本原理；另一方面，让学生学会“建模”动手解决实际问题，以加深对所学过的知识的理解，使学生充分感受、领悟“数学实验”中最本质的内涵。

　　4、习题库应体现教材的基础性和重难点。

　　习题库是立体化教材的重要部分，它可以提高教材的利用率，为教材用户提供良好的服务，与制作学习辅助材料光盘不同，教材配套题库系统应该提供练习和测试的功能。特别是对自学要求较强的对象，他们可能利用碎片时间进行学习，或者在课堂上知识接受能力较差，需要自 主学习或补习完成课程教学任务。因而，设计针对这类自学型学生的课程习题库变得尤为重要。

　　习题库应体现教材的基础性是指习题库应该提供整本教材的资料，接照每个章节设置各种类型的习题。同时应该提供这些习题的答案以供自习的学生进行参考。习题库的测试功能体现在能根据不同学生的知识层次、学习进度、兴趣倾向等提供相应的试卷。习题库应该能够实现人工选题的功能，按章节或类型选题以及题量的多少进行自主或随机选择，同时对测试的结果自动生成并附带参考答案。习题库应体现教材的重难点是指习题的总体难度应该与教材的总体难度保持一致，尽量减少难偏题的数量。

　　二、立体化教材的核心技术是“立体化”，做到四个“一致”。

　　1、教学视频与教案、课件的一致。

　　教学视频是对教学内容的传达。视频教学以教案、课件为依据，制定教学过程结构方案及录制步骤。教学视频应该从四方面进行把握：

　　（1）视频教学内容的编排应该按照教案的顺序；

　　（2）教学视频的重难点应体现教案的要求；

　　（3）用于录制教学视频的课件应该与立体化教材中的课件一致；

　　（4）教学视频的组织形式应与课件保持一致。

　　2、教学视频与习题库的一致。

　　教学视频不仅是理论课的视频，同时应该有习题课的视频。在习题课视频的典型习题应该为习题库的例题，与习题库保持一致。但并不是习题库所有的习题都制作成视频，这样习题库就失去意义。习题的教学视频，能更好地帮助学生进行自主学习，举一反三，达到知识的内化。另一方面，习题库为视频教学提供练习、学习、测试功能，两者在题型、重难点上保持一致。

　　3、数学实验与教案、课件的一致。

　　数学实验与教案、课件的一致是指：

　　（1）教案、课件中的实验例子应该与数学实验的例子内容上一致；

　　（2）数学实验的编排顺序应该与教案、课件的设计顺序一致；

　　（3）数学实验的重难点应该与教案的要求保持一致。

　　4、数学实验与习题库的一致。

　　一方面，教学实验应有典型的习题例题。例如极限、两个重要极限、导数、定积分、不定积分、反常积分、曲面与方程、偏导数、重积分、级数等等。另一方面，习题库中应该有数学实验部分，两者在题型、重难点上应该保持一致。

　　三、立体化教材的最终效果是实现学生的个性化学习。

　　个性化学习是一种旨在挖掘学习者自身的智慧和潜能、从而最大化地体现学习者的自我价值的学习模式。立体化教材为个性化学习提供了支持，它打破了统一起点、统一进度、统一内容的局限性，使学习者能够按自己的进度选择合适的学习资源开展学习。基于立体化教材的学习可以使学习者在学习内容的选择和学习过程的操控方面获得极大的自由度，能够对不同类型的学生提供个性化的支持服务，彰显关注个体、崇尚个性的价值观。学生借助网络终端在任何时间、任何地点开展学习。强调在有限时间内学习短小的、松散连接的信息单元，是当今社会人们按照自己的需要和兴趣学习知识的新途径。

　　立体化教材借助广泛普及的多媒体技术和网络平台，渗透到学生个性化学习当中。学习者可以反复观看或随时暂停视频，结合课件及教案，使用强大功能的习题库，获得高等数学的知识。这种教学模式有助于实现学生的个性化学习。随着现代教育技术的不断发展，运用立体化教材进行教学，将逐步成为实施高等数学教学改革的一种有效手段。

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