核心素養下的高中數學數字化教學策略

摘 要：隨著信息技術的迅猛發展，教育數字化轉型已成為當前教育領域的重要議題。高中數學教育作為培養學生邏輯思維、抽象思維等核心素養的關鍵環節，其數字化轉型對于提升學生核心素養具有重要意義。本文將從學生核心素養發展的角度，對高中數學教育的數字化教學進行評估與反思。

關鍵詞：高中數學；數字化轉型；教學研究

《普通高中數學課程標準》（2017年版2020年修訂）對于高中的數學教育設定了更高的標準；在這個大背景下，高中數學教師應主動擁抱人工智能技術等信息化方法來進一步優化課堂，提升課堂效率——這不僅可以提高教師的教學能力以實現有效的教學成果，還能進一步推動學生深入理解、熟練運用相關概念及技巧，從而進一步提升數學核心素養，達到全面發展的目的。

一、高中數學數字化教學對提升核心素養的意義

（一）數學抽象

數學抽象是剝離研究對象物理屬性，提煉本質特征或屬性的思維過程。數字化技術通過強大的技術手段，能夠清晰地呈現這一思維過程[1]。例如：幾何畫板和GeoGebra等數學圖形軟件，以其圖形繪制、動態演示和交互功能，成為培養學生數學抽象素養的重要工具。這些軟件將抽象的數學概念形象化，靜態的知識變得生動，有效激發了學生的學習興趣。

（二）邏輯推理

數學邏輯推理是通過邏輯思維和數學知識理解和分析問題，找出規律并給出正確解決方法的過程[2]。它對學生的學業和未來職業發展至關重要。數字化教學提供豐富的邏輯推理素材和案例，幫助學生理解和掌握邏輯推理的規則和方法。通過數字化工具的模擬和演示功能，學生可以直觀地看到邏輯推理的過程和結果，從而增強對邏輯推理的理解和應用能力。

（三）數學建模

數學建模是基于現實問題，運用數學知識和方法搭建模型解決問題的過程。它體現了數學的工具性特征，是認識世界、改造世界的重要手段。數字化教學提供強大的數據處理和分析工具，支持學生更好地進行數學建模。通過數字化平臺的交互和協作功能，學生可以方便地與他人分享和討論數學建模的思路和結果，從而促進數學建模能力的提升。

（四）直觀想象

直觀想象是借助幾何直觀和空間想象解決數學問題的思維過程。它幫助學生以視覺化的方式理解抽象概念和復雜問題，找到解決問題的途徑[3]。數字化工具的動態演示功能使學生直觀地看到數學問題的形態和變化過程，從而增強對直觀想象的理解和應用能力。

（五）數學運算

運算能力是數學六大核心素養之一，也是學生學習數學必備的基礎技能。數字化教學提供豐富的數學運算資源和工具，幫助學生掌握運算法則和技巧。通過數字化平臺的練習和測試功能，學生可以方便地進行數學運算的練習和反饋，提高運算的準確性和效率。

（六）數據分析

數據分析是運用統計學方法對數據進行分析和推理，形成知識和結論的過程。在大數據時代，數據分析能力顯得尤為重要。數字化教學提供大量的數據資源和數據分析工具，幫助學生更好地進行數據分析。通過數字化平臺的可視化和交互功能，學生可以直觀地看到數據的分布和變化趨勢，更深入地理解數據背后的規律和知識。

二、基于核心素養的高中數學數字化教學策略

（一）構建生動情境，實現沉浸式教學

在高中數學的教學過程中，教師可以巧妙地借助先進的數字化技術，如虛擬現實（VR）和增強現實（AR），來構建與教材內容緊密相連且能夠貼合學生思維特征的教學情境。這種創新的教學方式能夠大幅度降低學生學習數學知識的難度，將原本復雜的問題變得簡單易懂。同時，它還能有效激發學生深入探索數學難題的熱情，極大地提升他們的學習積極性，并逐步培養他們的邏輯思維能力。

以“空間幾何體”的教學為例，教師可以緊密聯系這一堂課的具體授課任務與目標，充分利用新型的信息技術，精心制作出空間幾何體的三維圖形。更為重要的是，這些三維圖形需要設計成可以三百六十度旋轉的視頻，以便學生能夠從多個角度仔細觀察空間幾何體的基本結構，從而幫助他們全方位地建立空間觀念。學生在通過對比和觀察后，能夠更容易地看出空間幾何體的主要結構特征。此外，教師還可以鼓勵學生親自操作，借助信息技術動手繪制空間幾何體的畫面。這樣的實踐活動不僅能夠逐步深化學生對空間的理解，還能使他們真正掌握這堂課的核心知識。

（二）依托數字化平臺，拓寬學習資源渠道

信息化教學的顯著優勢之一在于其能夠依托廣闊的網絡資源，為學生提供豐富多樣的學習材料。為了有效促進學生的核心素養發展，教師可以充分利用數字化平臺，如在線教育網站、數學專業軟件、智能推薦系統等，為學生提供生動、有趣的數學知識呈現方式[4]。

以人教版高三數學“不等式”的教學為例，教師可以專門搭建一個在線學習社區，并邀請學生積極參與其中。在這個社區里，教師可以發布與不等式相關的學習任務、拓展習題以及解題技巧視頻。同時，教師還可以借助智能推薦系統，根據學生的學習進度和能力水平，為他們量身定制個性化的學習資源，從而充分滿足不同學生的實際需求。這種個性化的學習方式不僅能夠幫助學生更輕松地把握知識的本質，還能有效提升他們的自主學習能力和思維靈活性。

（三）融合傳統與數字化教學，實現優勢互補

在高中數學教學中，傳統教學方式和數字化教學方式各有其獨特優勢。作為教師，我們不能因為個人喜好而走極端，而應該根據教學實際，將二者有機地融合起來，充分發揮各自的優勢。

以“正弦定理和余弦定理”的教學為例，教師可以首先通過解決生活中的實際問題，來引導學生探索、推導“余弦定理”和“正弦定理”。比如：教師可以提出“隧道施工方如何求出隧道長度”以及“如何求出河面寬度”等實際問題，并創設相應的問題情境。在此基礎上，教師可以設置活動一：“如何將以上兩個實際問題轉化為數學問題？”學生通過觀察、猜想，能夠深刻感受到數學與生活的緊密聯系，從而增強學習數學的積極情感，并認識到數學知識的應用價值。同時，他們還能將生活問題抽象為數學問題，即轉換為已知“兩邊及其夾角（SAS），如何求出第三邊”和已知“兩角一邊（ASA）如何求出第三邊”的問題。接下來，教師可以設置活動二：“如何利用已有知識，解決這些問題？”學生可以將兩個生活中的問題進行數學表示，并分組討論如何表示第三邊。最后，教師可以設置活動三：“如何利用平面向量推導正余弦定理？”引導學生借助平面向量推導正余弦定理，并鼓勵他們嘗試用其他方法來證明這些定理。

在此過程中，教師還可以巧妙地借助數字化技術，如數學軟件或在線繪圖工具，為學生呈現直觀的圖形和動態演示過程，幫助他們更好地理解定理的應用和解題方法。這種融合的教學方式不僅能夠充分發揮傳統教學的嚴謹性和系統性優勢，還能有效利用數字化教學的直觀性和互動性特點，從而大幅提升學生的學習效果和核心素養。

（四）創新教學方式，激發學生興趣

傳統的數學教學往往過于依賴抄寫筆記和背公式等方法，這種單一、枯燥的教學方式很難激發學生的學習興趣和持久記憶。為了有效改善這一狀況，教師應該充分利用數字化技術的優勢，如智能教學系統、在線互動平臺、電子白板等，讓數學知識以更加直觀、生動的方式展現在學生面前。

以“基本不等式”的教學為例，教師可以巧妙地將抽象的不等式概念通過多媒體動畫進行直觀展現，并利用教學助手的功能實現實時互動。在這樣的教學過程中，學生可以經歷整個發現過程，并且在具體的教學活動中既有師生合作，又有獨立思考。這樣的教學方式不僅能夠幫助學生掌握基本技能，還能讓他們充分體會到平均值不等式所蘊含的數學思想和方法，從而有效激發他們的思維活力。

（五）整合數字化資源，突破教學難點

與傳統教學相比，數字化教學具有得天獨厚的教育資源優勢。教師可以輕松利用互聯網查找和整合各種所需的教學資料和信息，如課件、視頻教程、在線題庫等，并將其有效地應用于課堂教學之中[5]。

以“基本立體圖形”的教學為例，教師可以充分利用三維建模軟件或在線繪圖工具來展示不同基本立體圖形的三維形態和特性。通過動態演示和交互式操作，學生可以更加直觀地理解這些基本立體圖形的概念和性質，從而有效突破這一教學難點。同時，教師還可以利用在線題庫為學生提供大量的練習題和模擬試題，幫助他們鞏固所學知識并提高解題能力。這種整合數字化教學資源的方式不僅能夠顯著提高課堂教學的效率和質量，還能有力促進學生的自主學習和核心素養的提升。

（六）精準分析數據，勾畫學生畫像

高中數學知識難度大，對學生的思維能力有著較高的要求。同時，班級中每一個學生的數學學習情況都存在較大的差異。為了充分了解學生在數學學科上的知識結構，教師可以通過智慧閱卷系統中的“精準教學—學生追蹤”功能，對每位學生的學習情況進行深入分析，查找他們在知識掌握上的薄弱點，從而勾畫出學生的學科知識結構畫像。

比如：通過數據分析報告，教師可能會發現班上有某些學生對某些知識點的掌握存在明顯的不足。系統給出的數據能夠清晰地顯示出，這些學生在特定知識點上的掌握度遠低于班級平均水平。以某位同學為例，系統數據顯示他對“排列組合的實際應用”等14個知識點的掌握度僅介于班級平均掌握度的20%～40%，而對“二項式系數的性質”等24個知識點的掌握度甚至低于班級平均掌握度的20%。這樣的數據為教師提供了精確的指導，使他們能夠針對學生的具體情況制定個性化的輔導方案。

三、基于核心素養的高中數學數字化教學反思

數字化教學的互動性為課堂增添了新的活力，使得學生能夠更積極地參與課程。通過在線投票、討論板等功能，學生可以直接地參與到教學活動中來，表達觀點并與同學進行交流。這種參與感和互動性有助于激發學生的學習熱情，提高了課堂氛圍的活躍度，為教學帶來了更多可能性。

數字化教學所提供的多樣化教學資源確實豐富了課堂的教學方式。通過動畫、視頻、在線答題等資源，學生更加直觀地理解了數學概念，這些輔助教學工具使得抽象的數學知識更具體、更生動。因此，資源整合對于數字化課堂的有效運用至關重要。這種整合需要提供更廣泛且高質量的教學資源，例如：豐富的數字化教材、交互式教學工具、視頻資源以及可定制的教學內容（幾何畫板，校內定制學案都能直接整合呈現）。這些資源能夠滿足不同學習風格和能力水平的學生需求，幫助教師更靈活地設計課堂內容，提高教學的針對性和吸引力。同時，資源整合也需要考慮到教學內容的豐富性和實用性，確保這些資源與課程目標和學生需求相契合，從而最大限度地提高教學效果。整合豐富而多樣的資源將為教師提供更多選擇，讓他們能夠更富創意地設計和組織課堂教學。

不過，在數字化技術的應用過程中，全面的技術培訓顯得尤為重要。這種培訓能夠讓教師更快地掌握數字化技術的使用方法，深入了解系統功能，以及解決可能出現的技術問題。這樣的培訓應該是全方位的，涵蓋從基礎操作到高級功能的范圍，讓教師能夠靈活運用各種功能來支持教學。由于數字化教學過分依賴于網絡，技術培訓的內容也應包括如何應對可能出現的網絡問題、軟件故障或其他技術挑戰，幫助教師快速解決可能的困難，確保課堂教學順利進行。這樣的支持和培訓將為教師在課堂的運用上提供重要的支持和信心。

另一方面，數字化教學在實際落地過程中，還面臨的挑戰是如何有效地整合使用課本、學案和智慧終端，使它們有機互聯，分步有序推進數學知識的學習。這涉及一個復雜的平衡，需要教師精心設計課堂內容和活動，以確保學生在使用這些資源時，有效分配各種學習工具之間的時間和步驟，不斷提高學習效率。這需要在課程規劃中注重平衡性，確保課本、學案和智慧終端的使用是相互補充、相互聯系的。這將對教師教學能力及對數字化技術的進一步提升有了更高的要求。

結束語

總而言之，數字化時代的高中數學課程改革與創新策略不僅關注教學內容和方法的更新，更關注如何通過數字化技術實現教育的個性化、互動化和實踐性。通過合理利用和整合數字化技術，可以有效提升學生的數學學習成效和能力培養，推動高中數學教育向更加開放、多樣化和創新的方向發展。

參考文獻

[1]裴黎黎，殷木森.高中數學智慧課堂的建構與思考：以人教A版必修四《平面向量基本定理》一課為例[J].中學數學研究（華南師范大學版），2019（12）：5，1-4.

[2]黃小娟，翟榮寶.基于智慧課堂的高中數學概念課的教學設計：以《向量減法運算及其幾何意義》為例[J].中學數學教學，2019（2）：4-6.

[3]孫雷鳴.數字化背景下高中數學教學的實踐與探究：以《空間平面與平面的位置關系：二面角》為例[J].數理天地（高中版），2023（9）：93-95.

[4]鐘富香.數字化教學資源支持下的高中數學教學新模式[J].數學學習與研究，2015（15）：1.

[5]胡火濱.教育數字化轉型視域下的高中數學教學路徑探索[J].試題與研究，2024（5）：36-38.

本文系福州市長樂區教育科學研究2023年度課題“數字賦能助力農村校中學學科教學的實踐研究”（課題立項編號：CL2023KT-22）的研究成果。