数字时代儿童数学教学新思维与新方法

姚铁龙： 正高级教师，特级教师，深圳市福田区数学教研员，广东省名教师工作室主持人，华南师范大学教师教育学部兼职教授，深圳大学兼职硕士导师，中国教育技术协会教育游戏专业委员会副理事长，广东省中小学百千万人才培养工程小学理科班指导教师，广东省校本教研基地项目负责人。她致力于数学游戏课程的开发与研究，主持创建国内首个“数学游戏化学习研究实验区”。著有《小游戏大智慧》《小策略大转变》《数学可以如此游戏》《用设计游戏的思维设计教学》等。获第五届中国教育创新成果博览会最高奖SERVE奖。坚持“儿童立场、生活视野、游戏表达、快乐成长”的理念，开展游戏化教学，“让孩子玩出智慧，玩出创新”。

小学是数学能力和数学思维发展的关键阶段。通常学生在7至11岁处于具体运算阶段，他们的思维正逐渐从具象思维向抽象思维过渡。小学生已经具备一定的逻辑思维能力，但仍需要具象事物和具体情境的支持，才能更顺利地解决问题，全面提高数学素养。数字时代，数学教师以前沿的学习理论为指导，利用新兴的信息技术能够为学生提供更加具身、更情境化、更具动力的学习体验，根据学科的特点，创设情境，发展学生数学思维能力，帮助他们养成良好的认知和思维习惯。笔者以学习理论为指导结合课例，从学习内容与活动设计、真实情境创设和学习方式三个方面，探讨如何利用信息技术设计课程，开展真正适应儿童的数学教学。

一、信息技术促进内容交互，实现认知具身

具身认知理论认为，认知在本质上是具身的，是认知、身体与环境“三位一体”相互交融产生的结果。认知在人的身体与外部环境的动态交互过程中产生，具身对认知有显著影响。教师应践行具身认知理论，为学生创设具身互动的数学学习环境，增强学生与学习内容的交互体验，换言之就是要增强对学生身体的刺激，使其进行身心感受和经验建构。教师可利用信息技术，为学生提供身体与外部环境进行交互的条件，具身参与数学学习活动，从而提高学生的认知能力，加深其对抽象数学知识的理解。笔者以交互式电子白板中的几个功能的使用为例，介绍这一具身化教学手段在小学数学教学中的应用价值和基本方法。

（一）具身化操作

1.“克隆”功能

在软件授课模式下，教师带领学生用几个相同的图形元素表达数量关系，使用“克隆”功能（如图1），设计人机交互体验活动，让学生具身参与学习过程，这样还可提高内容的具身性。在“购物”教学过程中，教师让学生使用“克隆”功能，“复制”多个图形，用钱币付款，加深学生对数量关系的理解。

2.“蒙版”功能

在教学过程中，教师也可以采用留空或预设问题的方式，增强学生与内容的交互。此时，教师使用“蒙版”功能（如图2）进行操作非常方便，可以通过模拟“擦拭玻璃上的水雾”的方式来呈现预设内容。在教授“画一条4厘米的线”时，教师让学生使用“蒙版”功能，通过擦拭呈现出一条4厘米的线段。

3.“移动”和“旋转”功能

在几何教学中，教师让学生使用软件对图形进行“移动”或“旋转”（如图3）。教师借助软件对图形进行可视化操作，设计具身学习活动，让学生在身体与环境的交互活动中感受数学的魅力与学习趣味，助力学生进行空间想象。

（二）具身化呈现

除了利用信息技术设计学生身体与外部环境互动的学习活动，教师还可以利用三维模拟技术创造高度仿真的情境，从而支持更深入的具身交互，促进学生深度学习。

在教学“看一看”时，为了让学生从不同角度观察物体，教师利用增强现实技术（AR），借助平板电脑或其他移动设备扫描纸上的图形，即可呈现虚实结合的立体图形，从而充分调动全班学生观察的积极性，高效教学。

二、信息技术支持情境创设，让学习真实发生

情境认知理论认为，学生建构认知需要与情境交互感知。情境的创设对学生的认知与学习有重要作用。情境认知理论认为，教师为学生提供真实的学习情境和学习活动，引导学生进行知识建构是第一要务。信息技术的应用使情境教学变得简单易行。教师利用信息技术，通过图片、视频或声音等，能够创设高度仿真的教学情境，让学生在解决问题的过程中获得更好的学习体验，这有助于提高学生的学习动力，帮助他们迁移知识，拓展想象空间。

（一）新授课：信息技术助力情境创设

1.创设故事角色，增强学习代入感

教师用故事串联授课，借助信息技术呈现故事情境，为学生营造沉浸式学习环境。在数学一年级上册“左右”的教学中，教师利用信息技术创设“奇奇”和“妙妙”闯迷宫营救朋友的情境——走迷宫是明线，隐藏在迷宫中的三大神秘空间是暗线。教师为守神秘空间的“黄胖胖”“蓝蛋蛋”“红灿灿”配上声音和动作，使学生有沉浸式的体验。教师让动画人物发布挑战（任务），借助信息技术营造现场感（真实感），让学生带着使命自主学习，在挑战中认识“左右”，应用“左右”，体会“左右”的相对性。

2.增强动画效果，使教学更生动

学生身临其境——学习行为真实发生。在“十几减8”的教学中，教师借助信息技术呈现“乌鸦喝水”的故事情境“乌鸦还需要放多少颗小石子才能喝到水”，将数学问题巧妙融入乌鸦喝水的过程中。教师用信息技术模拟乌鸦欢笑，吸引学生的注意力，用笑脸图引导学生看图列式计算，巩固加减算法。

3.用社交软件增加情境创意

在“确定位置”的教学中，教师设计了班长“喜羊羊”在班级微信群语音播报同伴位置的情境，让学生在比较和优化记录方法的过程中，真切感受用数对表示位置的价值。

（二）复习课：用信息技术提供情境支持

在数学一年级上册“数的认识”复习课中，教师借助交互式电子白板将“读数”“写数”“比较数的大小”及百数表中的规律融入数字岛寻宝情境（如图4），让学生通过触屏在“数数岛”“拨数岛”“摸数岛”“猜数岛”“百数岛”上完成任务，收集数字贝壳，获取宝藏。教师利用信息技术，将动画、声音、图片与操作（交互）融为一体，让学生在生动有趣的活动中经历、体验、享受学习之乐，实现复习课教学的科学性与趣味性。

（三）实践课：巧用技术增强情境体验

“填数游戏”是数独游戏的简易版，其背后有源远流长的数学历史，具有巨大的数学文化价值。教师开展这一知识的教学有利于学生掌握填数游戏的方法，让学生体验、感受我国古代数学的奇妙之处。如何从数独的历史起源出发，借助信息技术创设一系列沉浸式的情境，带领学生穿越历史，了解河图、洛书，最终“破译天书”？在探究“‘重复的奥妙”当中，教师借助绘本《寻找消失的宝石王冠》，利用动画、音效，让学生跟随“大鼻子侦探”共同经历破案的惊险历程，同时经历探究“‘重复的奥妙”的完整过程。学生阅读每个游戏关通关指引后，开始探究、学习，在“面包先生”“图形先生”和“图形商店”3个不同的场景中，他们既要判断宝石是否按照规律排列，又要应用“重复的规律”完成任务，并对“重复的规律”加以拓展应用，深化理解。学生对“重复”的理解经历了由浅入深、由单一到全面的过程。

三、信息技术提供游戏化助力，增强学习动机

所谓游戏化学习，就是教师在教学过程中，应用游戏的元素和机制，利用游戏的特点，为学生创设富有吸引力的学习环境，增强学习趣味性，提升学生能力，增长知识以及培养情感态度价值观。教师将游戏化学习引入课堂，符合小学生心理特征，有助于增强学生的学习动机，提高学习兴趣，缓解学生学习数学的抵触或畏难情绪。当今，信息技术早已成为游戏产品的重要支持和实现手段。这也为游戏化学习提供了强有力的平台支持。教师利用信息技术为学生提供具有趣味性的教学游戏，是实现游戏化学习的绝佳思路。其关键在于实现教学内容游戏化和结构游戏化。

（一）内容游戏化

教师应借助信息技术，以游戏化思维，基于学习材料设计或创建游戏化学习活动。例如，针对四年级数学折线统计图这个教学内容，教师创建一个统计游戏“蒜苗隐形记”。

主要教学引导过程如下。

教师：通过前面的学习，我们都有种植蒜苗的经历。有同学不仅种植了蒜苗，还用照片和数据记录蒜苗的成长过程（同时出示6张倒扣的照片）。蒜苗长势如何？谜底暂不揭开，现在我们先做一个蒜苗隐形的游戏（如图5）。

教师：大家集中注意力。蒜苗要隐形了。变变变，咦！蒜苗图不见了。谁看懂了游戏规则？（拖动蒜苗图片到方格图中找到相应的位置）

教师：大家将后面的蒜苗图片隐形，说说是怎么找到这个位置的。（学生依次翻牌后，根据自己的判断，放在合适的位置。给出说明。）

教师：恭喜！每张蒜苗图片的位置都明确了。找到的这些点代表的是什么？对！蒜苗生长的高度（如图6）。

在本游戏中，学生可以将每隔一天记录的蒜苗成长照片利用可视化操作的方法拖动到方格图中，并找到相应的位置进行“隐形”，最终制成蒜苗成长的折线图。与在纸面上的描点、连线的传统教学方式相比，游戏教学模式下教师运用可视化技术呈现学生制作折线图的过程，为学生提供游戏化的学习体验，更能激发学生的学习动机，加深学生对制作折线图的过程和相关概念的理解。这一过程中，信息技术是重要的支持手段。

（二）结构游戏化

所谓结构游戏化，就是教师借助信息技术，使用游戏化元素或机制，将整个学习环节（甚至整节课），进行游戏化设计。例如，在折线图教学中，为设计一个“按图索城”的答题游戏，教师利用信息技术将“反馈机制”“倒计时器”及音效等游戏元素融入课程设计中，引导学生参与游戏化学习活动，达成教学目标。

主要教学引导过程如下。

教师：下面我们来做个游戏。这个游戏名字叫“按图索城”，也就是根据统计图提供的线索找到城市。答题正确，直接进入下一题 ;答题错误，城门就会迅速关闭。我们看一下我国这三个城市的月平均气温统计图。（教师出示A、B、C三个城市月平均气温折线统计图。）

教师：请大家拿出统计图，认真读图。从图上你能获得什么信息？读完图后，开始答题。请选择一个关键词：旅行、词语、名字、气温。

教师：请听题！你有20秒的答题时间。现在开始倒计时！

1.“旅行”例题：

①寒假，要去A城市旅行，应该带上什么衣服？

A.羽绒服（√） B.长裙

②这是鹏鹏元旦在老家拍的照片（穿一件背心、长裤），请问他的老家是哪个城市？

A. A城 B. B城 C. C城（√）

2.“词语”例题：

①观察A城月平均气温统计图。能准确描述这个城市气候特点的是哪一个？

A.四季如春 B.夏短冬长（√）

②观察三个城市的气温统计图。一年中气温变化最小的是哪个城市？

A. A城 B. B城 C. C城（√）

③用一个词语描述你认为三城中全年温差最小的这个城市的气候特点。

A.长夏无冬（√） B.四季分明

3.“名字”例题：

①观察A城的统计图。下面哪一个是这个城市的名字？

A.“冰城”哈尔滨，国际冰雪文化名城。（√）

B.“春城”昆明，两千多年前的“南方丝绸之路”。

②鹏鹏的老家海口别称“椰城”，地处热带。哪一张统计图是海口的月平均气温统计图？

A. A城 B. B城 C. C城（√）

4.“气温”例题（如图7）：

A城2月到3月的气温可以用上面的哪张图来描述？（大幅上升）

B城7月到8月的气温可以用上面的哪张图来描述？（缓慢下降）

教师：我国幅员辽阔，地域差异显著，其中气温的差别就非常明显。特意选取北部、中部和南部有代表性的城市就是为了让大家通过月平均气温统计图了解这些城市的气候特点。通过刚才的抢答，我们知道：A城是哈尔滨，B城是长沙，C城是海口。

教师将游戏与数学知识有机融合，再利用信息技术建立游戏化机制，设计游戏化学习活动，有利于学生全员参与，全情投入。同时，游戏化学习活动节奏很快，可以有效地刺激学生快速思考和反应，有利于激发学生深层次思考。数学游戏教学可以开拓学生的思考时序和思考空间，既有游戏的趣味性，又有数学的科学性。

教师从儿童视角，通过技术手段的加持，使数学课堂更加生动有趣，这正是数字时代需要的儿童数学教学。当然，我们的教学不应该被信息技术捆绑，要在学习理论的指导下，恰如其分地在情境导入、重难点呈现等方面，有效地借助技术，更好地服务教学，为数学课堂教学锦上添花，让课堂教学变得更高效、更有趣、更快乐，而不能走入教学服务技术的误区。

身处数字化浪潮中，如何为学生带来更有效、有趣的数学学习体验？教师要以学习理论为指导，进行创造性的规划与设计，采用新思维和新方法从多个角度对教学内容进行理解、整合和重构，源源不断地为数学教学注入新活力。

责任编辑：祝元志