浅析交互式电子白板在小学数学教学中的有效运用

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浅析交互式电子白板在小学数学教学中的有效运用
摘要：伴随着经济的迅猛发展、科学技术的日新月异，各种新技术、新媒介正在潜移默化地改变着我们传统的生产和生活模式。特别是信息化时代的到来，对于传统的学校教育中的教学资源、教学方式以及教学理念等各方面都提出了新的课题和挑战。原始的“黑板+粉笔”的教学模式早已不适应时代的发展要求，取而代之的“计算机+投影”，虽然能够较好地呈现声音、图片、视频等多媒体教学资源，但也存在着缺乏交互性与操作不便等缺陷。而交互式电子白板作为一种新兴的信息化教学工具，不仅能够更加全面而多样地展现各种教学资源，而且为课堂教学中人机交互、师生交互、生生交互提供了良好的媒介。
本论文从交互式电子白板的原理和功能出发，结合小学数学的学科特点，深入分析了交互式电子白板应用于小学数学课堂教学的优势，并依据实际情况，设计建构了基于交互式电子白板的小学数学教学案例，以此进一步印证：交互式电子白板与小学数学课程相融合，对建构和谐高效课堂与加快教育信息化进程的积极意义。
关键词：电子白板；交互性；小学数学；课堂教学
一、研究背景
（一）在信息化时代的背景下，现代教育的发展趋势
信息化时代的到来为人类社会的发展注入了强劲的动力，也改变了人们传统的生活方式、思维方式以及学习方式。在这样一个信息化、数字化的时代，现代教育的发展也逐渐向民主化、现代化、多样化和国际化方向延伸。在当下的教育改革中，教育信息化的程度已经成为衡量一个国家教育现代化水平的重要标志。诚如前国务委员陈至立所说：“现代教育技术是教育改革和发展的制高点与突破口，要实现教育的现代化，要实现教育的跨越式发展，教育信息化是一个关键因素，占据了这个制高点就可以打开通向教育改革发展的现代化之门。”因此，我们应顺应教育信息化发展的大趋势，大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生的互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。[1]
（二）以多媒体技术为主体的教学存在的缺陷和不足
随着教育信息化进程的不断推进，“计算机+投影”的多媒体教学形式以其生动性、多样性、直观性的技术优势逐渐取代了传统的黑板教学。这种方式虽然为课堂教学带来了诸多新气象，但也存在着许多不足之处，例如：多媒体与黑板相分离，不方便教师操作；教学内容不易记录；多媒体课件资源相对有限，制作复杂；师生间缺乏互动交流，不利于构建以学生为主体的教学模式等。
（三）交互式电子白板广泛应用于教育教学的必然性
“交互式电子白板”作为一种新型高科技电子教学系统，为师生、生生间在课堂教学中进行有效交互提供了有力的技术保障。教师可以在教学过程中根据实际的教学问题与学生疑问及时地引入教学资源、充实教学内容，从而形成富有独特个性的教学设计，运用其专有的存储、回放功能，还可以帮助学生对知识进行复习。数形结合、音像兼备的交互式电子白板进入现代课堂教学是时代发展的需求、是科学技术进步的具体体现、同时也是教育课程改革的必然要求。[2]
二、关于交互式电子白板的概述
  （一）交互式电子白板的发展历程
20世纪60年代中期，世界上第一块电子白板问世，但它并不是应用于教学领域，而是满足人们的日常办公需求。直到1991年第一台针对于学校教育教学设计的电子白板才在加拿大SMARTBoard公司被生产出来。电子白板是由普通的书写白板发展演变而来的，此后随着不断地尝试、整合，电子白板的技术与功能得到了前所未有的拓展，从而出现了交互式电子白板——¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬一种具有人机交互与人际多重交互功能的智能媒体平台。
  （二）我国交互式电子白板的应用与研究现状
作为一种新型的媒体资源平台，交互式电子白板代表了现代科技的领先水平。这自然也就决定了其不菲的成本价格。因此，我国交互式电子白板的推广和使用主要集聚在大中城市和经济比较发达的地区。这些地区率先将电子白板应用于课堂教学与学科整合之中，并根据教学案例的设计与研究，进一步提升交互式电子白板的技术性与功能性。
目前，国内对于交互式电子白板的研究主要集中在电子白板与中小学课程相结合和电子白板的技术提升领域，其中比较有代表性的是丁兴富教授主导的“中英合作交互式电子白板实验研究项目”。他提出了：“交互式电子白板的三种应用层次，分别是：等同于已有的传统课堂的教学功能；交互式白板特有教学功能的应用；交互式电子白板交互功能的充分发挥。”为交互式电子白板的广泛应用提供了科学的指导思想。与此同时，中央电教馆也确立了“十一五”期间教育研究重点课题《基于交互白板的混合式学习研究》。
三、交互式电子白板在教学中应用的理论基础
  （一）建构主义学习理论
建构主义学习理论提倡情境化教学，认为在具体的问题解决中，知识的学习不可能是一蹴而就的，而是需要针对具体问题的情境对原有知识进行再加工和再创造。知识不可能以实体的形式存在于个体之外，尽管通过语言赋予了知识一定的外在形式，并且获得了较为普通的认同，但这并不意味着学习者对这种知识有同样的理解。真正的理解只能取决于特定情境下的学习活动过程。否则，就不能称之为理解，而是叫死记硬背，是被动的接收式学习。

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与此同时，教学应使学习在与现实情境相类似的情境中发生，以解决学生在现实生活中遇到的问题为目标，为此学习内容要选择真实性任务，不能对其做过于简单化的处理，使其远离现实的问题情境。这种教学过程与现实的问题解决过程相类似，所需要的工具往往隐含于情境当中，教师并不是将提前已准备好的内容教给学生，而是在课堂上展示出与现实中专家解决问题相类似的探索过程，提供解决问题的原型，并指导学生的探索。主张，一方面要提供建构理解所需的基础，同时又要留给学生广阔的建构空间，让他们针对具体情境采用适当的策略。[3]
交互式电子白板的开放性、多元性和灵活性的资源呈现模式，为教学活动创建现实模型提供了可能。交互式电子白板能够有力的支持教师个性化、多样化的教学设计，使得教师在授课过程中，能够根据学生的质疑和信息反馈等，有针对性的呈现出类似于现实情况的教学情境，由此开展多种情境下的教育教学活动，从而实现教学者与学习者共同建构知识结构的理想。
  （二）认知主义学习理论
    认知主义学习理论认为：学习是学习者内部心理结构的形成和改组，而不是刺激与反应联结的形成或行为习惯的加强或改变。它关注学习者认知结构的组织和重新组织，通过对学习者认知结构所作的假说来解释和说明学习过程，强调学习内容的逻辑结构与学习者已有的认知结构之间的联系与相互作用。其基本观点有：
　　1．学习不是机械的、被动的刺激—反应过程；学习是个体作用于环境，而不是环境引起人的行为。环境只是提供潜在刺激，至于这些刺激是否受到注意或被加工，则取决于学习者内部的认知结构（所谓认知结构，就是指学习者知觉和概括自然、社会和思维的方式。认知结构是以符号表征的形式存在的）。当新的经验改变了学习者原有的认知结构时，学习就发生了；
　　2．学习是凭借智力与理解，进行有意义的发现和认知的过程，决非盲目的尝试；
　　3．重视内在动机与学习活动本身带来的内在强化的作用。认为外在强化不是学习产生的必要因素，没有外在强化学习也会发生。
这种学习理论的突出强调的是学生智能的培养，重视内部心理活动的研究，在教学实践中，强调应根据学生已有的心理结构，提供适当的问题情境，在解决问题的过程中掌握一般的原理，以便能把所学知识运用于新问题的解决。[4]
基于交互式电子白板的课堂教学最大的亮点就在于能够给学生呈现直观的教学资源，通过声形并茂的交互演示，为学生营造一种生动、立体、直观的学习氛围，并通过标注、勾画等方式突出教学重点、难点以及细节特征。这些都将有利于学生思维能力的培养与学生学习积极性的提高。
四、交互式电子白板与小学数学教学相结合的应用分析
（一）小学数学的学科特点
1.抽象性
数学作为自然科学中一门十分基础的学科，其本身具有极高的抽象性。小学数学是小学阶段最具基础性的学科之一，它的抽象性不仅体现在数学概念上，还体现在数学方法以及大量的符号和公示上。在小学学段，学生的思维发展正处于由具体的形象思维向抽象的的罗辑思维过渡的时期。心智上的局限往往会成为学生理解抽象数学问题的障碍，以致对数学失去兴趣和信心。这就要求教师在课程教学的过程中充分利用交互式电子白板将抽象的数学概念与数学原理进行更为直观、具体地呈现，并通过白板的交互功能实现多样化的师生间的互动交流，从而激发学生学习的兴趣，激励学生积极主动地进行思维创造，带动课堂教学效率的提升。

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2.逻辑性
数学学科的学习在很大程度上就是培养学生的逻辑思维能力。众所周知，数学是由定理、概念、公式、符号等按照特定的逻辑规律而组成的具有严密知识系统的科学，具有很强逻辑性和系统性。小学数学作为数学教育的起始阶段，已经形成了较为完善的知识结构体系，各个知识层次之间有着环环相扣的内在联系。假若学生对于已有知识没有充分理解和掌握，那么会直接影响新知识的习得。因此，教师在常规教学中应注重对于学生学习难点的突破，并通过交互式电子白板的运用帮助学生深入理解知识点间的内部联系，从而使学生形成完善、系统的知识体系。
3.实用性
数学同样是一门实用性很强的科学，它来源于实际生活，与人类的生产、生活息息相关，同时也广泛应用于人们的实践活动，为人类的生存发展提供必要的方法和工具。诚如《义务教育数学课程标准》中强调的一样：要培养学生的实际应用能力，不仅要从已有的生活经验出发，让学生亲身经历将实际问题抽象成数学模型的过程，而且要真正理解数学中的实用性、研究性的理论知识并应用到实际生活中，寻找解决问题的方法。
（二）交互式电子白板的工作原理与主要功能
1.交互式白板的基本工作原理
交互式电子白板主要是由计算机、电子白板、投影仪等硬件构成。如图1所示。
电子白板的工作原理有激光跟踪原理、电阻感压原理和红外原理等几种类型。
使用激光跟踪原理的白板上端两侧各有一激光发射器，白板启动后，激光发射器发出激光扫射白板表面，特制笔具具有感应激光功能，从而反馈笔的位置。
使用电阻感压原理的触摸式交互式电子白板相当于一个触摸屏，这种用于人机交互的输入设备是用手指或笔触及屏幕上所显示的选项来完成的。其内部有两层干压膜，当白板表面某一点受到压力时，两层膜就会在这点上造成短路，电子白板中的控制器能够迅速检测出受压点的坐标值，并经过USB或RS232接口送入计算机，完成整个人机交互过程。
使用红外触摸屏工作原理的交互式电子白板其触摸屏的四周布满了呈一一对应关系的红外线接收管和红外线发射管，由此形成了一张由红外线布成的光网，当有物体进入红外光网阻挡住某处的红外线发射接受时，此点的横竖两个方向的接受红外管接收到的红外线的强弱就会发生变化，设备通过了解红外线的接收情况的变化就能知道何处进行了触摸。[5]
2.交互式白板的主要功能
交互式电子白板作为一种新兴的信息化教学手段，它既继承了传统黑板教学的优点，又整合了多种信息技术手段，具有极强的交互性和可操作性。它的出现为课堂教学架设了一个多方参与的互动交流平台，调动了学生的思维创新与多元智能。由此，我们可以分析出交互式电子白板应具有以下功能：
交互功能：在课堂教学中，教师利用交互式电子白板这一多功能智能交互平台，实现人与计算机之间的交互；与此同时，交互式电子白板中丰富多样的教学资源、灵活多变的教学方式以及生动鲜活的教学内容也有助于实现师生之间、生生之间以及教学主体与教学内容之间的及时交互。
书写与编辑的功能：交互式电子白板继承了黑板的书写功能，同时又改进了多媒体投影只能进行展示的缺陷。白板上的按键能够有效地代替计算机键盘的功能，电磁笔既能替代鼠标进行操作，又可以代替粉笔进行书写编辑。在课堂教学中，交互式电子白板使以往单一无趣的板书文字与手绘图形变得缤纷多彩，又将图片、声音、视频等教学资源灵活有效地进行呈现，这将有助于提高学生的学习兴趣，让教学活动更加高效。另外，教师利用白板笔进行的及时圈点、标注以及勾画也为学生把握重点知识、理解难点内容提供了便利。
记录存储功能：在传统的“黑板+粉笔”式的教学中，课上的教学内容、师生互动的智慧结晶都将随着黑板的擦拭而消失无踪，即使进行了及时的记录，也不能完整地反映出课堂教学的整个思维过程。而交互式电子白板强大的存储功能很好地解决了这一问题，它能够将出现在白板上的任何内容都存储至硬盘或移动存储设备，供师生之间共享，也可以将内容利用网络传输发送给学生，方便学生课后学习或作为复习材料。
连接功能：通过交互式电子白板可以实现与互联网相连接，从而拓展教学资源的获取渠道，实现资源共享。
特殊功能：聚光灯功能、屏幕渐显功能、放大镜功能、回放和导出功能等。
（三）交互式电子白板在小学数学教学中应用的优势

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1．创设合理情境，提升学生兴趣
德国教育学家第斯多惠曾说：“教育的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞。”在课堂教学过程中，教师不仅是学生学习的引导者，也是师生互动交流的组织者，还是学生学习兴趣的培养者。[6]正如我国伟大的思想家孔子所说的：“知之者，不如好之者；好之者，不如乐之者。”可见，兴趣对于学生积极参与课堂教学，培养独立自主的学习方式至关重要。尤其是对于小学数学学科而言，其抽象性、逻辑性和实用性的三个主要特征易使学生们在学习过程中感觉枯燥、乏味、难以理解，以致失去学习数学的兴趣和积极性。
将交互式电子白板用来辅助小学数学教学，能够将抽象的数学知识具象化，将严密的逻辑系统清晰化，使静态的数学概念以声像的形式进行动态呈现，构建符合实际需要的教学情境，从而增强学生的注意力与学习热情。
2．呈现思维过程，突破教学难点
传统的课堂教学方式主要是教师的讲授占据主体地位，从数学概念的导入、分析、归纳、总结都是由教师一手操办，学生只是作为被动的接受主体。特别是针对特定的教学重点和教学难点，教师往往花费大量的时间和精力去剖析、讲解，但仍收效甚微。主要的原因就是在知识的形成过程中，教师的悉心讲解代替了学生的自主思考，学生的思维模式往往停留在对知识的习得和理解而非直接参与知识形成的具体过程，从而造成学生对教学重难点的印象不够深刻、理解不够到位。
众所周之，数学是一门研究数量关系和空间形式的学科，由众多的数学符号、公式、概念、定义组成。这也就决定了数学知识具有高度的概括性和抽象性。[7]鉴于小学生在心智方面还不够成熟、逻辑思维能力与抽象概括能力还有待提高的客观实际，小学数学的教学应更加注重对思维过程的具体呈现，让学生主动参与到发现问题、探索规律的过程中去。借助交互式电子白板，我们可以将一些抽象难懂的概念变成具体、形象的图形、画面，而且还能动态地演示它们的变化过程，使学生在初步认识的基础上进行分析、比较、归纳、综合等思维活动。在以互动方式展示教学内容的同时还可以让学生走上讲台参与到教学活动中去，从而实现教学难点的有效突破。
3．实现自主学习，培养创新思维
对于小学生来说，实现自主学习还存在着诸多困难，但自主、合作、探究式的学习是新课标对于学生学习方式的总体要求，也是培养新时代人才的需要，所以从小培养学生自主学习的能力十分重要。利用交互式电子白板的存储、回放功能可以有效地帮助学生进行及时的查漏补缺、复习巩固，从而培养学生在没有教师指导、督促的情况下进行有效学习。
另外，小学生的思维比较发散、活跃，对于拓展性的问题，从不同角度去观察分析往往会得出多种结论。交互式电子白板独有的生成性特征，为培养学生的创造性思维提供了良好的技术支持。因此，发挥交互式电子白板的特殊功能，并将其与小学数学发散性相融合，引导学生从不同角度进行思考，寻求解决方案，有助于突破习惯性的刻板的思维定势、培养符合数字信息化时代发展需求的创新型人才。

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五、交互式电子白板应用于小学数学教学中的案例解析
    （一）案例背景分析
1．教材分析
《位置与方向》是人教版小学数学第六册教材第一单元中的教学内容。本课的教学要求主要是帮助学生在认识东、南、西、北、东南、东北、西南、西北等八个方向的基础上，能够根据给定的方向辨认其余方向，并能用这些词语描述物体所在位置，进而学会描绘路线图。
    2．学情分析
小学六年通常可以分为：低段（1~2年级）、中段（3~4年级）、高段（5~6年级）。三年级正处于中间阶段，也就是过渡时期，是学生跨入中高年级的起始。这一阶段的一个重要表现是孩子的学习内容与活动范畴无论是广度还是深度都比低年级有了显著的变化，学习活动的游戏性日益减少，学习过程的组织性、认知过程的规范性、严谨性更强。这一时期的学生的逻辑思维能力与抽象思维能力也有了一定程度的提高，能够独立地进行思考以及在教师的引导下进行总结、归纳。
    3．教学模式的选择与建构
传统的教学方式往往是通过画出方向示意图的形式讲解八个方向的具体位置，再利用生活中的具体事例来做练习。这样的方式不但不利于师生和生生之间的互动交流，也缺乏生动活泼的教学活动来吸引学生们的注意力，从而使课堂处于一种枯燥乏味的氛围中。为此，我们在这堂课的教学设计中，以趣味活动和游戏作为主要的载体，并利用交互式电子白板的特殊功能，使学生们在活动进行的过程中实现与教师、教学内容、教学媒体之间的互动，进而完成该节课的教学目标。
（二）教学设计
1.教学内容：
义务教育课程标准实验教材（人教版）三年级上册第一单元第二课时。
2.教学目标：
（1）认识东北、西南、东南、西北。
（2）能够辨别方向。
（3）能根据实物地图准确理解平面示意图。
（4）联系现实生活，培养学生的方位意识。
3.教学重点：认识东北、西南、东南、西北。
4.教学难点：快速辨别方向。
5.教具准备：交互式电子白板、计算机、投影仪以及相关的图片和视频。
6.教学过程：

教学过程        设计意图
一、情境导入
1.问题激趣
师：我相信同学们都到过大商场或和父母出去旅游过，你们在出去玩的时候怎样辨认方向呢？
生：太阳每天从东方升起，面对着太阳，身后就是西，左面就是北，右面就是南。（电子白板展现人物面向太阳的图片，如图2所示）

图片2
师：这位同学回答的真棒！在上节课中我们一起学习了东、南、西、北四个方向，并了解了它们在地图上的相应位置。这节课我们就一起来学习几个新的方向，并试着去辨认方向，现在我们先来看一个叫做《一只迷路的小兔子》的动画片（电子白板呈现）。
2.引出课题
师：同学们，这只可爱的小兔子找不到回家的路了，可不可怜呀？

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生：可怜。
师：那我们应该怎样帮助小兔子找到回家的方向呢（电子白板呈现图片3）？下面同学们就跟随老师一起来为小兔子找到回家的路，并学习一些新的方向。
二、课程展开
1.学习平面上的东、西、南、北
师：同学们，在生活中我们可以根据太阳或其他能够指示方向的事物来辨识方位，那我们在地图上又该如何识别方向呢？（电子白板呈现图片，如图4所示）？下面我请同学上来填一下。
师：这位同学填写的答案正确吗？
生：正确。
师：你是怎样判断他写的是正确的呢？
生：因为在地图上方向是按照上北、下南、左西、右东的规律确定的。
师：（教师利用白板将图片上未标注的三个方向进行显现，揭晓答案，如图5所示）同学们，平面示意图上的方向和我们现实生活中的方向是有区别的，但它有个有意思的说法，叫做：上北、下南、左西、右东。请大家一定要记住，要不然就可能变成那只可怜的小兔子，找不到回家的路了。
生：知道了。
2.学习东南、东北、西南、西北
师：在这张图中，小兔子的周围还有好多建筑物，同学们
够指出他们的方向吗？（电子白板呈现图片3）
生1：游泳馆在小兔子的西北方向。（教师在游泳馆的位置
标注“东北”）
生2：邮局在小兔子的西南方向。（教师在邮局的位置标注
“西南”）
师：同学们回答的都非常棒，还有哪个同学想说一下吗？
3.总结归纳：师生一起总结八个方位（电子白板呈现，如图6
所示）
图6
师：这节课我们不仅认识了东、南、西、北，也认识了东北
西南、东南、西北。我们可以根据上北、下南、左西、右东
的来识别平面图上的东、南、西、北四个方向，那我们如何
来确定东北、西南、东南、西北这四个方向呢？请同学
们相互之间讨论一下，交流下你的方法。
三、综合实践
1.送小兔子回家
师：同学们，当有人找不到回家的路时，我们是不是应该帮
帮他呢？
生：是的。
师：那现在这只可怜的小兔子找不到回家的路了，我们应该
怎样帮助他呢？（电子白板显示图片，如图3）
小组讨论：让学生通过所学的方向知识，在电子白板上画出
小兔子正确的回家路线，并注明方向，分别保存。学生相互
讨论哪条路线最近、最便捷，并说出自己的理由。

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2.关注你身边的方向
师：其实我们身边充满了很多关于方向的知识，现在我一起
做个游戏。大家一定要听清楚老师讲的游戏规则哦。当老师
点一位同学的名字时，我们就按照东、南、西、北、东北、
西南、西北、东南的顺序轮流找到你身边的同学（白板呈现
游戏规则）。
师：同学1，告诉我你东面方向的同学的名字。
同学1：我东面的是同学2。
师：非常好，回答正确。那同学2你告诉我你南面方向的同
学是谁？
同学2：我南面是同学3.
师：同学3，你西面方向的同学是谁？
同学3：我西面是同学4
……
四、课堂小结：
师：（电子白板呈现小兔子迷路的图片。）同学们，今天我们跟随着小兔子学习了哪些关于方向的新知识？
生1：我们知道了在平面图上要根据上北、下南、左西、右东的规则来辨识方向。
生2：我们知道了东北、西南、东南、西北这四个新的方向。
生3：我们学会了利用方向的知识来描述自己的位置。
师：同学们说的真棒。老师对同学们这节课的表现非常满意。今天的作业就是同学们用今天所学的位置与方向的知识描绘一幅你每天上学的路线图，并标注出你行走的方向路径。（电子白板呈现作业）。
生：好的。       
以现实生活学生感兴趣的交互式电子白板入手，构建“小兔子迷路了”这一现实情境，吸引学生注意力，使学生很快融入课堂教学之中
在情景中应用所学的知识，使学生感受到生活离不开教学，由此对教学产生兴趣和新鲜感，同时，培养学生自主探究、合作交流和综合运用知识的能力。
通过“关注你身边的方向”等互动游戏在学生心中建立方向感，培养学生的合作意识，从学生已的生活经验出发，使学生自觉的参与到学习活动中，让学生在交流中，把自己平时积累的经验表述出来，大家互相借鉴、互相补充，这样不仅调动和激发了学生学习的主动性，而且提高了学生自主探究的能力
适时进行总结归纳，对所学知识进行梳理和概括，有助于学生形成完整知识体系，加深对知识理解和领悟。贴合生活实际的作业布置也能帮助学生将数学知识进行有效的实践运用。
（三）教学反思
    在这节课中，我将重点放在了认识平面图上的东、南、西、北、东北、西南、西北、东
南这八个方向上。对于小学三年级学生来说，他们已经具有了一定的逻辑思维能力，对于现
实生活中的位置和方向都有了初步的感性认识。因此，在课堂上，对于八个方向的渗透相对
比较容易。在综合实践这一部分，通过对多个同学所提出的路线图的展示和分析，让生生之
间实现交流互动。
    交互式电子白板给课堂教学提供了一个多样互动、深入实践的平台。在本节课的教学设
计中将数学知识与电子白板的有机结合，充分调动了学生的积极性和学习热情，初步实现
了以学生为主体、教师为主导的教学思路，从而达到了预期的效果。