信息技术深度融合于数学教科书的比较研究*——以人教A版与北师大版必修教科书为例

●裴 阳

(西北师范大学教育学院，甘肃 兰州 730070)

0 引言

信息技术作为先进生产力的代表，已推动传统教育方式发生深刻变革.2013年教育部颁布的《教育信息化十年发展规划(2011—2020年)》指出：推进信息技术与教学融合，建设智能化教学环境，提供优质数字教育资源和软件工具，利用信息技术开展启发式、探究式、讨论式、参与式教学，提高信息化教学水平[1].由此可见，在教育活动中融入信息技术已成为教育教学的必然要求，信息技术与教学不但要融合，更要做到深度融合.国内学者对深度融合给出的定义是：通过将信息技术有效地融合于各学科的教学过程来营造一种信息化教学环境，实现一种既能充分发挥教师主导作用又能突出体现学生主体地位的以“自主、探究、合作”为特征的新型教与学方式，从而把学生的主动性、积极性、创造性较充分地发挥出来，使传统的课堂教学结构发生根本性变革[2].在信息化不断普及的现代社会，融入信息技术已成为教育事业发展的必然选择，信息技术与教育的深度融合研究也成为教育学者的研究热点[3-5]. 教科书是开展教育活动的重要资源，也是实施教学的主要工具，更是学生学习的第一手资料，信息技术与教育教学的融合最直接的体现就是教科书.在中国知网高级检索中以“信息技术”为第一主题词，“数学教科书”为第二主题词，共检索到32篇文献，对于教科书中信息技术的研究主要集中于教科书中的信息技术应用栏目，如徐章韬在“信息技术在教科书中的编排”一文中研究了人教A版和湘教版教科书信息技术应用专栏[6]，对教科书中其他部分的信息技术应用研究较少.教科书中渗透了多少信息技术内容，运用了哪些信息技术，应用到教科书的哪个环节中，分别以怎样的形式呈现……对这些问题还缺乏系统全面的回答.笔者通过对人教A版和北师大版的教科书中信息技术的应用情况进行统计、对比分析，对上述问题作出回答，以期为信息技术与教育教学的深度融合提供借鉴.

1 研究设计

1.1 研究对象

选取的研究对象为人教A版和北师大版两个版本的高中《数学(必修1-5)》教科书，对两套教科书中渗透信息技术的内容进行统计，每涉及到信息技术的应用，则统计一次.经统计，北师大版教科书中渗透信息技术的内容共计145次，人教A版教科书中渗透信息技术的内容共计138次，对该部分内容作出分类与统计，并展开详细分析.

1.2 研究方法

采用文本分析和量化研究相结合的方法.文本分析法是通过梳理教科书中运用信息技术的内容，从而析出研究框架；量化研究是在文本分析的基础上进行数据统计，并分别从知识领域、技术工具、内容环节、应用形式这4个维度展开深度分析；数据分析采用统计软件SPSS 23.0进行皮尔逊卡方检验，进而分析两个版本教科书中信息技术应用的差异性.

1.3 研究框架

本文的研究框架是借鉴了罗伯特·泰勒的研究框架及其意义[7]，并在此基础上进行本土化改编，得到指标体系的框架如下：

2 研究结果与分析

信息技术在教育教学中主要体现在：为学习者提供资源和环境、工具和方法等，因此，能达到以上目的的信息技术内容均在统计之列.接下来笔者将从知识领域、技术工具、内容环节以及应用形式这4个维度展开分析.

2.1 知识领域

两个版本教科书涉及的知识内容有集合与函数、立体几何、解析几何、算法初步、统计与概率、三角与向量、数列与不等式这7个模块，从而将知识领域维度划分为以上7个领域.考虑到不同知识模块在教科书中所占的比重不同，因此为提高不同知识领域间对比的科学性，笔者对信息技术在不同知识领域的分布密度进行分析，具体统计结果如表1和图1所示：

表1 信息技术在不同知识领域的应用情况统计表

图1

注：密度=相应模块信息技术应用次数÷该模块章数.

由表1可知两个版本教科书中信息技术应用的总体密度差异不大，北师大版平均每章比人教A版多一次.由图1可以看出两个版本教科书中信息技术应用密度最高的都是“算法初步”领域，最少的都是“立体几何”领域，两个版本教科书对不同知识领域内应用信息技术量的设计具有一致性.利用SPSS 23.0软件对两个版本教科书中不同知识领域的信息技术分布密度进行卡方检验，结果显示：二者无显著差异(其中χ2=10.261，p>0.05)，与条形图(如图1所示)的分析结果一致.

2.2 技术工具

信息技术工具是指有关数据与信息的应用技术工具.数学教与学中应用到的信息技术工具主要有计算器、计算机、互联网.数学教科书中计算机软件的应用较为广泛，主要是Excel和几何画板.这两种技术工具被同时使用时，则各统计一次.教科书中还涉及到个别其他类型的技术工具(如数据采集器、温度传感器、测震仪等)，这里均按其他统计，还有一些未指明何种技术工具的也按其他统计，具体统计结果如表2、图2和图3所示：

表2 不同信息技术工具应用情况统计

图2 图3

由表2可以看出两个版本教科书对于计算器的使用差异不大，但对于计算机和互联网的使用频次存在较大差异，人教A版教科书对于计算机的使用量明显多于北师大版，而北师大版对于互联网的应用频次明显高于人教A版，且人教A版中对于互联网的应用次数仅有两次，小于统计学意义上的计数基数.从SPSS 23.0数据分析结果来看，两个版本教科书在不同信息技术工具应用情况上有着显著差异(χ2=16.606，p<0.05)，与上述分析结果吻合.

由图2和图3可知北师大版不同信息技术工具应用的均匀性较好，而人教A版中出现了垄断局面：计算器和计算机的使用率高达94%，基本垄断了教科书中应用的信息技术工具，互联网和其他技术工具的使用率仅有6%，处于弱势地位.

2.3 内容环节

教科书的内容环节是引导教师教与学生学的主线，不同的教科书有不同的内容划分形式，但总体离不开以下5个部分：引入知识、探索问题、例题习题、拓展栏目、小结反思.教科书中在这5个环节中均有不同程度的信息技术应用，具体数据统计结果如表3、图4和图5所示：

表3 信息技术在不同环节的应用次数统计

图4 图5

由表3可知两个版本教科书中不同环节信息技术的应用频次均呈现“正态分布”的趋势，但两个正态图的峰值处在教科书内容的不同环节：北师大版教科书中信息技术的应用主要集中在拓展栏目，以信息技术应用专栏的形式呈现；人教A版教科书中信息技术的应用在例题习题环节分布最多，从图4和图5还可看出北师大版信息技术在不同内容环节分布的集中趋势更明显.从数量上分析，两个版本教科书在不同环节的信息技术应用频次上也有较明显差异，与SPSS 23.0卡方检验结果(χ2=51.042，p<0.05)一致.

2.4 应用形式

信息技术的应用形式多种多样，可以作为学习的对象，如学习信息技术科学知识、信息技术基本技能和信息技术对社会的用途和影响等；也可以为学习者提供资源环境；还可以作为辅助学习的工具，如演示、交流、信息加工等，作为工具时信息技术的作用可以统一划分为解决问题；此外，还可以应用于编程,以上4种应用形式在教科书中均有体现，具体统计结果如表4和图6所示：

表4 信息技术的不同应用形式统计

图6

由表4可知两个版本教科书中被应用于编程的信息技术内容差异不大，但其他3种应用形式上均存在明显差异，SPSS 23.0数据分析结果也表明两者差异显著(χ2=37.194，p<0.05).从图6可以清晰地看出北师大版的信息技术主要以问题解决和学习资源的形式呈现，而人教A版则主要集中在问题解决上，以学习资源形式呈现的信息技术内容极少.

3 结论与建议

3.1 结论

3.1.1 两个版本教科书信息技术应用的共同点

1)不同知识领域信息技术融合广度较好，但深度差异明显.信息技术在两个版本教科书七大知识模块中都有涉及，覆盖范围较广，说明教科书与信息技术融合广度较好，而且信息技术的应用能够与相应知识的特点紧密结合，例如算法通常被编成计算机程序，利用计算机执行并解决问题，节省了大量的人力，因此该模块与信息技术结合得非常紧密；函数图像是函数的表示方法之一，它能很好地帮助我们分析函数的性质及特点，借助信息技术强大的作图和分析功能及其对函数图像能进行直接操作的优越性，可以使我们方便地观察函数的整体变化情况等.从融合程度上来看，不同知识领域中信息技术的应用还存在较大差异，即融合深度不一.从数据统计结果来看，立体几何、三角与向量、数列与不等式这3个模块的信息技术的融合情况较差，与其他4个模块相比，呈现明显不均衡势态.

2)教科书信息技术应用形式广泛，注重实践应用和问题解决.两个版本教科书中信息技术的应用形式广泛，作为学习对象，可以让师生了解与信息技术有关的知识、拓展知识面；作为学习资源，可以为师生创造信息化的学习资源和环境；计算机编程可以培养学生解决问题的逻辑思维能力和运筹帷幄能力；解决问题是信息技术呈现最多的形式，它可以培养学生实践应用和问题解决的能力.希尔伯特说过：只要一门科学分支能提出大量的问题，它就充满着生命力.数学不仅能提出大量问题，还能教会我们大量解决问题的方法，数学的精髓在于应用和实践，而教科书中的信息技术主要应用于实践和解决问题，借助信息技术解决问题，学生不但解决了问题，而且掌握了信息技术的操作方法，体现了“做中学”的理念.

3.1.2 两个版本教科书中信息技术应用的不同点

1)北师大版教科书中信息技术应用的特点.教科书为师生创造了一个智能化教学环境，并提供多样化的数字教育资源和软件工具，用来进行数据与信息的采集、表示、处理、显现等.北师大版教科书中计算器的使用较多集中在图形计算器，主要是用于绘制函数图像、解联立方程组等，科学计算器应用较少，这改观了学生以往对计算器只能进行科学计算的片面认识.教科书中不同信息技术工具的应用，虽侧重计算机和计算器的使用，但对互联网的使用也较为重视，每本教科书末尾均有“信息检索网址导引”，介绍了不同的教育学习网站，例如“中国基础教育网”“基础教育教科书网”等，这些网址资源不仅能提供教学实例、教学课件等，还能为师生提供交流互动的平台.在内容环节方面，教科书中设有大量的信息技术应用专栏，详细介绍了如何利用信息技术工具解决数学问题，同时较好地体现了信息技术应用实例，这样的拓展栏目有助于学生思维能力的培养和视野的开拓，帮助学生加深对数学的理解.此外，北师大版教科书中设置了一个特色栏目——信息技术建议，该栏目是针对该小节中涉及到的内容给出相应的信息技术建议，引导学生应用合适的信息技术工具，从而对本节内容做到融会贯通、加深理解.

2)人教A版教科书中信息技术应用的特点.人教A版教科书较重视计算机的应用，且软件呈现形式也多种多样，例如Excel、几何画板等.此外，人教A版教科书中还呈现了许多其他的信息技术工具，如数据采集器、温度传感器、测震仪等，丰富多样的信息技术工具的应用，拓宽了信息化教学的覆盖面，提高了信息化教学水平.不同内容环节上的信息技术应用主要集中在例题、习题环节，体现了人教A版教科书对信息技术的实际应用较为重视.此外，在章末小节中，人教A版教科书将信息技术的应用融合在本章知识点，体现了教科书与信息技术的深度融合.

3.2 建议

3.2.1 兼顾多领域多环节嵌入信息技术，推进信息技术与教科书的深度融合

两个版本教科书都应充分发挥信息技术的功能与作用，与各知识领域紧密结合.尤其是立体几何模块，《普通高中数学课程标准(2017年版)》中提出相应的内容与要求：利用计算机软件观察大量空间图形.对于立体几何模块来说，结合信息技术可以让学生直观地认识几何体、观察空间中点线面的位置关系，但在教科书中涉及信息技术应用的内容却很少.因此，教科书编写者还需作出科学全面的改编，利用信息技术促进数学知识的构建[8]，以更好地实现信息技术与教科书的深度融合.此外，为更好地开展信息化教学环境下的启发式、探究式教学，对于教科书的引入知识和探究问题环节，还需加大信息技术的融合力度.

3.2.2 均衡多种信息技术工具的应用，创建信息技术多样化的教与学平台

两个版本教科书中，信息技术工具的使用均出现了不同程度的集中趋势，尤其是人教A版教科书呈现了垄断趋势.计算机是现代一种用于高速计算的电子计算机器，不但可以进行数值计算和逻辑计算，还能用于处理数据绘图等，有着较高的实用性，计算器常被用于解决复杂的数学运算问题，实用性也较高.但正因为两者的实用性，计算机软件和计算器的使用率远远超过了其他技术工具，这种集中呈现趋势不利于信息技术应用的多样化发展.因此，教科书应当均衡多种信息技术工具的应用，力求通过教科书创建出信息技术多样化的教与学平台.

3.2.3 加大互联网的应用力度，建立虚拟化学习社区

随着“互联网+”时代的到来，传统的教学模式将逐渐被替代.虽然教科书中也涉及到了互联网这一技术工具的应用，但力度过轻，还需加大互联网的应用力度.例如可以将优质课堂或者例题、习题的讲解视频以二维码的形式呈现在教科书中，这样学生可以课堂听教师讲解，课下通过网络视频辅助学习，真正实现“线上线下一体化”学习.