交互式高等数学远程教学设计

【中图分类号】G434

一、引 言

高等数学是一科理论性强而又抽象的基础性学科，是理科、工科、管理科学的基础，也是现代人才必须掌握学好的一门重要课程.然而因教学的传统性而使大多数学生感觉数学是一门很难学好的课程.随着IT技术在教学方面的应用，高等数学的教学模式也随之改变，这种改变也很好地促进了高等数学的教学，帮助了学生更好地学习高等数学.研究基于网络的交互式高等数学远程教学的教学模式及教学设计原则，并给出其系统实现是本文的研究主体.

二、基于Internet的教学模式

随着Internet技术的不断发展,网上远程教学的教学模式在不断更新,主要有:讲授型、个别辅导型、探索学习型、游戏型、协作讨论型、模拟型、练习与测验型.

1.讲授型与个别辅导型模式

讲授型教学模式类似于传统的课堂教学模式,所不同的是它不受时间和地域的限制.这种模式又分为同步型和异步型两种教学模式.同步型讲授要求教师事先准备好材料,以超文本和视频的方式通过Internet提供的服务进行讲解,当然还可利用表单供学生提问.异步型讲授要求教师将教学要求、内容材料及教学评测编制成HTML文件存放在Web服务器上,学生通过浏览进行学习,当学生有问题时,可通过电子邮件或BBS提问,还可以互相讨论.

个别辅导模式主要通过存储在Web服务器上的CAI课件以及教师与学生之间的通信来实现.学生可通过网络随时下载CAI课件进行个别化学习.

2.协作讨论型与模拟型模式

协作讨论可实现多个学习者通过网络共同协作处理某一个问题.实现这种方式的途径有多种（如BBS、QQ聊天系统）.模拟指的是利用计算机模拟数学中的抽象问题，如函数变化、函数性质、各种推导演进过程的形象化具体化展示.

3.练习与测验型模式

练习与测验型模式是CAI最基本、最常用的模式之一.它主要用来检验学生的学习效果，并通过练习与测验发现问题和自身的不足.

三、交互式远程教学设计原则

基于网络的远程教育不同于传统的课堂教学，因此,远程教育的教学内容不能按学生所用的教材的内容全盘套用.它必须基于学生的认知结构和多媒体网络特点进行组织.其组织原则是:

1.知识的完备和独立性原则

在传统数学教学中,最大的优点是有教师讲解,学生可随时向教师请教课内课外的知识.在远程教育中很难具备这样的条件.故此在交互式数学教学设计时应注意所选用内容的完备性.上网学习的用户,一般分为两种：一种是对某一课程的全面学习;另一种是到网上查找某一知识点,只对自己所需知识进行查阅.因此,要求内容组织时每个知识点必须完整和集中,以保证该知识点的独立性.同时要求教学内容的组织必须蕴含启发式教学方法.

2.重点突出性原则

对重要的知识内容和关键字词必须通过某种方式突出表示，如单独页面、字体、颜色、表格、列表、注示等.突出内容的方式很多，内容组织必须科学地使用上面的方法,以引起学员的注意.

3.知识选用的科学性原则

教学内容中所要表达的知识必须具有科学性,符合知识的内在逻辑体系和学生的认知结构.组织教学内容时，要分析学习者的特征、教学目标和教学内容的体系；要设计符合学生认知心理的知识表现形式,设计能够促进主动建构知识的学习策略；对难点知识的讲解力求做到深入浅出、易于看懂.因此在知识表达时，尽量避免苦涩难懂的字眼和冗笔.

4.创新能力培养原则

知识创新和信息获取的能力是当代素质教育的核心,教育软件应采取多种教学策略,以便充分体现学生的认知主体作用,使学生在学习过程中积极思考,而不是处于被动接受状态,从而在培养学生的创新能力和增强信息文化素质方面发挥应有的作用.

5.最小信息量传输原则

利用网络进行教学,因网络带宽的限制,要求以最小的信息传输量获得最大的教学信息量.所以在组织教学信息时,要求做到:图片、动画、视频、音频应以压缩格式传输.一些交互性的判断,应在客户端进行（如一些符号判断、身份判断、答案判断等)，这样做既可减少传输量,又可加快判断速度,还可以减轻服务器的运算压力.

6.页面结构组织原则

页面结构组织原则包括界面一致性.版面布局的艺术性、链接的科学性等.

界面一致性是指教学页面的前景背景布局、字体、字型、链接条的外观和使用方式的前后页面一致,做到界面美观,符合学生的欣赏心理.

版面布局的艺术性是指页面的背景、前景的颜色、字符的字体字号、文本、图片、按钮、链接条及各种控件的放置位置应满足直观、流畅,满足美学中的视觉搭配,重点突出等原则.

链接的科学性是指教材是一种单顺序结构,而基于网络的教学,其内容的衔接是用链接组织的,因此是多顺序性的.总之,内容链接应满足循序渐进原则以及学生认知结构等有关教学规律原则，做到导航的多路性、规律性和交互性.

7.远程教学系统设计原则

兼容性:提供对现有各种形式课件的支持，提供对各种教学资源可能的媒体形式(文本、图像、音频、视频)的支持，提供对异构资源(如不同类型的数据库)的访问支持.

开放性与灵活性：在保持相对稳定的前提下，从功能上能不断地完善与扩充，技术上不断地、方便地、有效地融入新技术.

协作机制：提供分布环境下的高效协作机制,提高教学环节中各类角色之间的协作水平与质量.

四、高等数学远程教学系统设计

开发高等数学远程教学的目的：一是为学生提供教学辅导、作业练习、实时答疑等课堂内所不能完成的任务.二是向自学者提供全面的知识教学.故全面的远程教学系统结构如图所示：

远程教学系统结构图

远程教学系统中教学管理是核心，主要有：后台数据库设计，不同用户的权限设计，系统间数据信息的交互、处理、存储、传输、安全保障等多方面的管理.

知识多媒体的表示系统：该系统主要是以文字、图形/图像、动画、视频、声音讲解数学知识，充分利用多媒体素材将抽象的数学理论形象具体地展现出来，将内在规律和参数变化以及抽象知识通过图形/图像、动画、视频展现出来，让学生更好地理解数学知识，进一步激发学生探索知识、发现问题，并解决问题的能力.

提问答疑与交流讨论系统：是师生间、同学间实时、非实时的信息交流系统，该系统可独自开发，也可利用现有的QQ聊天系统完成.

通知通告系统：主要是用来各方面的教学信息.

远程测试系统：远程测试系统可分为作业练习、单元测验、课程考试和晋级考试，是远程教育系统中必不可少的环节.它实际上是一个包含了软件、硬件和人员等相关资料在内的综合性系统.在软件部分，包括计算机软件、测试规则、测试组织方式，等等；硬件方面，包括计算机、网络测试场地等；人员则包括测试的学生、教师和组织管理者.测试系统常用的功能有：不同的组卷方式，抽题方式，答案提交方式，记时、重考、延时处理，评分、记分功能，试卷分析、答题分析，后台题库的设计，题库的安全保障机制，各种意外事件处理机制等.因篇幅所限，在此不再细述.

五、结 语

网络发展到今天，如何利用网络为数学教学服务，让数学学习不再是学生的难题是我们数学教育工作者必须考虑的问题，这里所介绍的交互式高等数学远程教学设计是我长期从事数学教学的一些收获.当然还有很多工作有待于我们去研究.现代教育正向“终身教育”“全球教育”“以学生为主的创新教育”方向发展，在全体同行的共同努力下，一定能早日实现中央和政府制定的“科教兴国”的战略方针，使中华民族早日腾飞.

作者简介

阮淑萍（1963―），女，汉族，湖北黄石市人，副教授，本科，研究方向：高等数学及应用.