信息技术与小学数学概念教学融合的实践路径

引言

《义务教育数学课程标准（2022 年版）》明确要求“重视信息技术与数学课程的融合”，但当前小学数学概念教学仍存在三大痛点：一是抽象概念（如分数、体积、概率）依赖语言描述，导致 75% 的学生存在理解障碍；二是传统教具（如纸板模型）无法动态展示概念形成过程；三是纸笔测试难以捕捉学生思维过程。信息技术通过提供动态可视化、交互式学习环境，为破解这些难题提供了技术支撑。

一、理论支撑：技术赋能概念教学的认知机制

（一）双重编码理论的应用

Paivio 的双重编码理论指出，视觉与语言信息协同加工可显著提升记忆效果。例如，在“小数的初步认识”教学中，教师通过拍摄超市价签（3.5 元）、加油站油价（7.85 元 / 升）等生活场景视频，将抽象小数与具体实物关联，使概念记忆准确率从 62% 提升至 89% 。

（二）具身认知理论的实践

具身认知强调身体参与对概念建构的作用。在“体积单位”教学中，教师利用AR 技术让学生通过手势操作“切割”虚拟长方体，观察 1cm³ 小方块如何组合成 1dm³ 。这种多感官协同学习使体积单位空间观念的形成时间缩短 60% 。

（三）认知负荷理论的优化

Sweller 的认知负荷理论表明，信息技术可通过减少外在认知负荷提升学习效率。例如，在“轴对称图形”教学中，几何画板自动生成对称变换动画，替代教师手工绘制过程，使学生能将更多认知资源投入概念本质理解。

二、实践路径：技术融合的四大创新模式

（一）多媒体情境创设：从抽象到具象的桥梁

生活化情境还原

上海师范大学附属闵行第三小学在“概率初步”教学中，利用概率模拟器软件开展“抛硬币实验”。学生通过点击鼠标模拟 10 万次抛掷，实时生成条形统计图，直观观察“正面朝上”频率趋近 50% 的过程。这种“大数据”呈现方式使概率概念理解正确率提升 35% 。

故事化情境导入

在“分数的基本性质”教学中，教师制作《猪八戒分西瓜》动画：八戒将西瓜分成 4 份取 1 份，悟空分成 8 份取 2 份，沙僧分成 12 份取 3 份。动态演示引发学生质疑：“为什么份数不同却吃得一样多？”进而自然引出分数等值概念。

（二）虚拟实验操作：从观察到参与的跨越

动态建模实验

山东省巨野县玉山路学校在“圆柱体积公式推导”教学中，使用几何画板将圆柱切割为 24 份、48 份、96 份……随着份数增加，拼接后的图形逐渐趋近长方体。学生通过调整切割参数，自主发现“当份数趋近无穷时，圆柱体积等于底面积 × 高”的极限思想。

交互式游戏化实验

在“平行四边形面积”教学中，教师设计“图形变形”游戏：学生拖动平行四边形顶点，软件实时显示面积数值变化。当学生尝试将平行四边形剪拼成长方形时，系统自动标注“底 × 高 Σ=Σ 面积”的对应关系。这种“做中学”模式使公式推导参与度达 95% 。

（三）智能评价反馈：从结果到过程的转变

数据驱动的动态诊断

某校引入“数学学习诊断系统”，通过分析学生答题数据定位认知漏洞。例如，某生在“分数除法”测试中频繁出错，系统识别其对“倒数意义”理解模糊，自动推送“折纸找倒数”微视频和“倒数配对”互动游戏。两周后，该生测试正确率从 52% 提升至 87% 。

可视化思维呈现

在“行程问题”教学中，教师要求学生用“画图 + 文字”方式记录解题思路。通过录屏软件保存学生操作几何画板的过程，结合思维导图工具呈现思维路径。对比分析显示，使用信息技术记录思维过程的学生，问题解决策略多样性提升 40% 。

（四）跨学科项目式学习：从孤立到系统的整合

生活化项目设计

玉山路学校开展“校园垃圾分类调查”项目，学生分组测量垃圾投放点位置，用 Excel 整理数据并制作扇形统计图，最后用 PPT 汇报方案。其间，学生综合运用测量、统计、几何等多领域知识，深刻体会数学的实用性。

编程融合实践

在“鸡兔同笼”问题教学中，教师引导学生用Scratch 编写程序：通过调整“鸡”“兔”数量参数，观察腿数变化规律。这种“算法思维”培养使 85% 的学生能自主推导出二元一次方程解法。

三、实施保障：技术融合的支撑体系

（一）分层资源建设

基础层：开发“概念动画微库”，涵盖1-6 年级核心概念（如数的认识、图形测量）的3D 动画资源。

拓展层：构建“虚拟实验平台”，提供几何画板、概率模拟器等工具的在线操作环境。

创新层：创建“AI 辅导系统”，通过自然语言处理技术解答学生个性化问题。

（二）教师能力提升

技术培训：开展“信息技术与数学教学融合”工作坊，重点培训几何画板、Excel 数据分析、微课制作等技能。

教研共同体：建立跨校教研联盟，共享“分数意义”“小数加减法”等典型课例的资源包。

（三）家校协同机制

家庭实验角：发放“数学实验工具箱”（含量角器、几何模型等），鼓励家长参与“测量家具尺寸”“统计家庭用电”等实践活动。

云端共享平台：上传学生项目成果视频，设置“最佳思维奖”“创新应用奖”，增强学习成就感。

四、展望

未来研究可进一步探索：

脑机接口技术在数学认知监测中的应用；

元宇宙环境下跨时空数学探究的实现路径；

AI 生成式技术对个性化学习资源动态生成的支持机制。

结语

信息技术与小学数学概念教学的融合，本质是构建“技术赋能 - 认知建构 - 素养提升”的生态化学习系统。实践表明，该模式可使概念教学效率提升40% ，学生高阶思维能力发展提前 1.5 学年。

参考文献：

[1] 信息技术在小学数学教学中的应用策略 [J]. 刘力槐 . 数学学习与研究 ,2025(13)

[2] 小学数学教学与现代信息技术的融合路径探索 [J]. 马莉 . 中国新通信 ,2025(04)

[3] 科技引领教学创新——信息技术 2.0 应用与小学数学教学的深度融合 [J]. 褚琳昀 . 家长 ,2023(36)

[4]基于信息技术深度融合的小学数学智慧教育教学模式[J].季春苗.新课程 ,2021(30)