摘要：现代信息技术的快速发展，各行各业都在发生着深刻变革。以互联网、大数据、人工智能为代表的现代信息技术为教育提供了新的教学模式，丰富了教学资源。在信息时代的大背景下，传统单一的教学模式显然难以满足现代化教育理念的需求，针对日常教学中存在的教学方案缺乏针对性、教学形式简单粗放、缺乏对学生综合学习状态的评估等问题，提供了相应的解决途径，为利用现代信息技术开展有效教学提供了新的思路。

关键词：信息技术；大数据；教学模式；改革；高等数学

当今时代，随着互联网日益普及以及现代信息技术的快速发展，各行各业都在发生着深刻变革。与此同时，人工智能、互联网等现代信息技术也在切实改变着教育供给方式，为教育提供了新的教学模式，进而为日常教学问题提供了更优的解决方案。在信息时代大背景下，如何将现代信息技术条件下的多媒体、计算机网络与日常教学相结合，创新教学模式和教学方法，使教育信息化更好地服务于课堂教学，近些年是学者们研究的热点问题。

19世纪末，随着媒体介入教育领域，教育模式从传统转入到现代技术教育时期，即在现代教育思想、理论的指导下，主要运用现代信息技术、教育媒体工具进行教育活动，从而达到教育过程的最优化。20世纪60年代，随着信息技术和计算机科学的兴起，学者们越来越关注现代信息技术在教育中的应用，与此同时现代技术教育理论体系也在逐步形成。90年代以后，随着信息技术的飞速发展，教育技术进入了网络发展阶段。为了使现代信息技术更好地服务于教育事业，实现教育现代化，各个国家政府投入了相当大的精力，重点将多媒体系统，计算机网络逐步运用于教学。比如韩国政府投资支持国内企业生产专门的教育计算机，并利用计算机等多媒体资源对教学过程、教育管理等进行评价；新西兰、澳大利亚等国家利用计算机联网构造新的开放式教育、教学模式，极大地丰富和完善了教学资源，推动了教育的全面改革。

国内，随着信息时代的快速发展，以互联网、大数据、人工智能等为代表的现代信息技术逐步在教育教学领域中占据主导，丰富了学习资源，为教学创新注入了生机与活力。与此同时，现代信息技术与学科教学如何有效融合已然成为学者们研究的热点问题。张宇燕等人提出了将现代信息技术与高校教学相结合，创造信息化教学环境，建立新型教学模式，有利于优化教学过程，提高教学质量，提高学生素养；张静针对目前现代信息技术与教育教学实践融合中亟待解决的问题，提出了解决方案，构建了基于现代信息技术双线融合的新型教学模式；宋晓明等人分析了现代信息技术在普通应用型本科院校教学中的作用，并且针对如何更好地运用信息技术开展教育教学工作给出了有效的建议；邢惠子分析了互联网时代背景下高等院校教学创新的相关问题，指出高校在发展过程中，应当对现有教学模式进行改革，全面提升学生的认知能力，借助大数据技术，引导学生真正实现高效的学习，从而推动当前高校教育改革的发展。分析目前文献资料，学者们对现代信息技术在教学改革中的整体思路与方案进行了研究探讨，而对于某一具体课程，如何利用现代信息技术开展有效教学，现代信息技术与传统教学如何进行融合等可以实施的细节问题研究较少。

在现代信息技术迅猛发展的今天，高等数学课程单一的教学模式显然难以满足现代化教育理念的需求，我们的教学模式也需要与时俱进，优化课程教学体系，运用现代信息技术，调整高等数学教学内容与教学模式，实现教育现代化势在必行。

一、现代信息技术的应用特点

（一）长期性

进入大学阶段，学生不仅要学习专业知识，还要学习通识知识，课程安排更加紧凑，学科课时非常有限。学生的学习效果在很大程度上取决于其自主学习情况。而且对于教师而言，他们不仅要负责教学工作，还肩负着行政、科研等多重责任，可能无暇时刻关注的学习状态、学习进度。而信息化模式则可贯穿于学生的整个大学阶段，在师生之间、生生之间以及学生与数学知识之间形成了高度延续性。现代信息化教学模式下，教师可借助移动网络技术，充分利用各种信息化教学手段，指导学生的数学学习，保持学生数学学习的延续性，使得学生通过参加数学学习、数学竞赛等获得学习成就感，保持数学学习兴趣。

（二）针对性

大学阶段的高等数学教学，其范围已经远远超出了理论知识讲解的范畴，而更加注重工具性与人文性的结合，且趋向与专业知识的融合，具有较强的针对性。在信息化模式下，教师在引导学生开展习题训练时，会有意识地引入学生从专业知识、时政热点等方面展开分析，从而在帮助学生掌握解题技巧的同时，了解社会时事。因此，在高等数学信息化教学模式开展过程中，教师在设计教学方案、选择教学资源时，可以跟学生的专业发展需求，有针对性地补充专业领域、思政教育等方面的内容。

（三）灵活性

现代信息技术背景下的高等数学教学模式，能够根据学生在数学学习方面的个性化需求，有针对性地为其提供数学学习资源，为学生提供了更多选择。在传统数学教学模式中，教师往往以教材内容为核心，但是由于教材内容本身的滞后性，可能难以全面反映现实变化。而在信息化教学模式中，教师可以借助丰富的网络资源，破解教材内容的局限性，对教材内容进行有效补充、灵活拓展。例如，教师可立足教材，整合教学资源，将社会时事、时政热点引入课堂，引导学生结合课堂学习内容进行思考，感受高等数学在推动社会发展方面所起到的关键作用，从而增强学习动力。此外，在信息化教学模式中，学生可根据自己的数学学习需求，制定学习计划，对线上学习内容、学习时间进行灵活安排。

二、现代信息技术在高等数学教学中的应用价值

现代信息技术在高等数学教学中的应用，更加符合教育信息化发展趋势，符合与时俱进的现代教育理念，更有助于学生的自主学习、个性学习、高效学习。基于现代信息技术的高等数学教学，需要教师在关注、分析教学现状的基础上，立足实际学情，充分发挥现代信息技术的辅助作用，推动高等数学教学质量的不断提升。

（一）主动学习，突破难点

随着教育信息化建设的深入推进，信息技术在高等数学教学中的应用备受关注、广受好评。为鼓励学生的自主学习，推动高等数学教学的高质量开展，教师们不断探索微课、慕课、翻转课堂、线上线下混合式教学等现代信息技术手段与模式在高等数学教学中的有效应用路径。在传统的高等数学教学模式中，教师往往是学生获取知识的唯一渠道，学生对教师存在着过度依赖心理。而且传统高等数学教学模式大多较为单一，学生对于数学理论的认识、理解较为片面、浅显，很多疑难问题得不到有效解决。而在现代教育信息化的辅助下，教师可以借助微课引导、鼓励学生，助力学生的自主学习，帮助学生突破数学学习重点与难点，提升学习质量。

（二）激发兴趣，提升效率

以兴趣为导向，激发学生学习的积极性才能提高高等数学的学习效率。众所周知，高等数学学习内容比较枯燥乏味，难度很大，对于大部分学生来说掌握起来比较困难，如何调动学生的学习积极性，提高学生学习的兴趣，使其主动积极地去进行高等数学的学习尤为重要。而教师如果能够在平时的课堂教学活动中，使用信息技术手段，通过形象生动的多媒体课件演示、有效的课堂互动及完备有效的课后监督环节，可以充分调动学生的学习兴趣，从而大大提高学生的学习效率。

（三）优化方式，拓展视野

长期以来，高等数学教学往往是教师为主，学生被动去听，整个教学环节缺乏师生之间有效的互动及交流，导致了相当一部分学生由于缺乏学习自觉性，从而学习效果差且对知识的理解缺乏灵活性，对知识的应用掌握不够全面。通过现代信息技术进行高等数学教学，可以有效地避免传统的教与学的教学模式，充分考虑学生的专业特点及接受程度，通过灵活运用信息技术来丰富完善教学内容，复杂问题借助实际图解及动画演示过程来提高学生的接受度， 达到优化教学方式，开拓学生视野的目的。

（四）增强激情，提高积极性

传统的教学模式下，学生缺乏学习积极性和主动性，课堂上玩手机、睡觉现象比较普遍，只有老师提问的时候，学生思路才会从外界转到课堂。长此以往，课堂变成了教师滔滔不绝的满堂灌，教学效果可想而知，要想改变现状，归根结底还是要从教学内容及教学方式方面进行改革，来提高学生学习热情，变被动学习为主动学习。信息技术在课堂教学内容及教学方式的灵活运用，可以有效提高学生的学习热情，将学生的课堂注意力集中到教师课堂教学内容中，从而来提高课堂教学效果。

（五）营造氛围，把握知识

长期以来在高等数学课堂上，教师带好教材，一本书足矣。教师在实际课堂讲解过程中，缺乏知识应用场景及背景的介绍及演示，而高等数学本身内容枯燥，难度大，学生掌握起来比较困难，这样就导致课堂学习氛围比较沉闷，缺乏一定的乐趣及有效性。如果运用多媒体课件、动画演示等信息技术，可以大大改善课堂学习气氛，将死板生硬的定理公式应用在实际有趣的生活问题当中，让学生在解决实际问题的过程中，掌握住高等数学的理论知识，达到“润物细无声”的效果。

三、当前高等数学教学方式存在的相关问题

加强贯彻落实“强调应用，培养创新，提高素质”的现代化教育理念，推动现代信息技术在教学管理过程用的应用，促进高等数学“教”与“学”质量的共同提高，需要开展基于现代信息技术的课堂教学模式改革研究，分析当前的高等数学教学方式，主要存在以下问题。

（一）教学内容、教学方案的设计缺乏个性化，针对性不强

当前，由于课程性质及教学规模等实际情况，高等数学授课基本上还是大班级授课模式，每位教师平均承担二至三个不同专业学生的教学工作，但是教学方案、教学指导等方面偏统一性，缺乏与学生所学专业培养目标的对接性，教学设计缺乏灵活性、个性化、精准化。而每一个专业，每一位学生的学科能力、心理素质、专业素质以及综合能力等方面各有不同，针对这种差异，就需要教师借用现代信息技术的个性化学习、智能学习等教育应用，针对不同专业学生学习情况适当调整授课方案，实现基于大数据的个性化精准教学。

（二）教学形式简单粗放，缺乏精细化教学管理，学生学习参与度不高

近几年，学生专业培养方案中针对公共课程的学时数进行了削减，意味着每节课教师授课内容有所增加，为了提高授课效率，教师们采用了传统课堂的“填鸭式”授课方式，忽视了学生内心想法和感受，不利于培养学生批判性的专业思维能力以及探索精神和创新意识。因此，当前的智慧教育时代，就需要教师摒弃满堂灌的教育方式，借助信息技术手段，将枯燥的传统教学模式变为生动高效的教学活动，激发学生的学习动力，提高学生的课堂参与度，打造“师生双主体”的混合课堂教学。

（三）课堂教学过程中，缺乏对学生学习注意力、参与度以及情绪控制等综合学习状态的评估

高等数学日常教学对象是两到三个班级组成的合堂班，教师面对的是上百多位同学，虽然是面对面授课，师生之间的眼神交流，语言对话，情感表达可以让教师感受到学生参与课堂的实际情况，但是传统大教室的课堂教学中，还是有相当一部分学生的注意力集中程度、课堂参与度、情绪状态等信息无法直接获得。利用一定的人工智能技术，联合现代信息处理手段可以获得学生在课堂上的注意力、参与度等相关行为数据，从而达到对学生不同时间综合学习状态进行客观分析。

（四）课后教育与课堂教育缺乏有效的衔接，忽视课后学习的监督和补充

目前，高等数学教学主要采用课堂式教学方式，为了提高授课效率，课堂上教师是“主角”，短时间内灌输给学生大量的知识内容，节奏快且形式枯燥，所学知识学生当堂掌握起来比较困难，然而课后教师与学生之间又缺乏有效交流与沟通，学生学习途径单一，缺少必要的课外监督与指导，学生所学知识无法消化掌握，久而久之导致学生的学习积极性不高，并进一步影响到学生“自主学习”能力的培养。当前在现代信息技术快速发展的背景下，利用互联网信息技术可以实现从课前、课中和课后师生之间的有效互动，有利于培养学生独立学习及合作学习的能力。

四、利用现代信息技术进行高等数学课堂教学模式改革的途径

高等数学是大学生的基础必修课，教学对象广，针对上节提出的若干问题，教学过程中，重在充分利用现代信息技术的信息化、智能化特点，构思激发创新意识和培养创新能力的教学策略，实施因材施教的个性化教学和精细化教学管理，实现教与学的双重改善。具体教学模式改革的思路与途径如下。

（一）借用现代信息技术的个性化学习、智能学习等教育应用，结合专业特色，实施因材施教的个性化精准教学

各专业学生培养目标包括专业能力目标，知识目标，素质目标，分别对学生专业技能、学习能力、解决专业问题能力、创新意识和团结协作能力等方面进行了要求，在专业能力目标，知识目标方面，不同专业的要求会有所不同。在这种情况下，需要我们借用现代信息技术的个性化学习、智能学习等教育应用，针对不同专业学生的实际情况和学习需求，实施因材施教的个性化精准教学。

在日常高等数学教学内容上，结合不同专业人才培养目标和课程质量标准，对于学生已经熟悉的内容，比如第一章关于映射、函数等高中相关知识的介绍尽量简化，而将授课重点多集中在高等数学知识的核心部分：极限、微积分，让学生真正理解数学思想，打好数学基础。同时根据笔者学校学生学习能力的培养目标，多让学生做题练习，证明过程可以少讲甚至不讲，主要培养学生对于数学知识的使用，简化较为复杂的推导证明，对于能力强或者需要考研的学生，课堂上可以适当拓展授课内容，加深授课知识的深度和广度，以满足学生的不同需求。在内容具体讲授及例题选取方面注重与学生专业特色结合，根据不同专业学生专业课设置需要，教师自行设计应用情境，例如分段函数教学中，结合金融学专业学生特点设计个人所得税计算；极值、最值教学中结合物理学专业学生特点设计光线在介质中的传播路径；而同样的教学知识讲解根据土木专业学生特点设计梁的矩形截面的高度和宽度使得梁的抗弯截面模量最大等。针对不同专业学生通过创设知识的不同应用情境，灵活设计教学方案，逐步培养学生用数学知识解决相关专业实际问题的能力，实现各专业学生知识培养目标，同时增强学生的数学情感。

（二）采用信息采集和综合分析等现代技术，对学生课堂综合学习状态进行客观分析和评估

教育学家乌申斯基说：“没有兴趣的强制学习，将会扼杀学生探求真理的欲望。” 兴趣是学习的重要动力，兴趣也是创新的重要动力，创新的过程更需要兴趣来维持。因此高等数学课堂教学改革中很重要的一点是培养学生的数学兴趣，兴趣是最好的老师，兴趣越浓，求知欲望越高。智慧教育时代，借助一定的信息技术手段，通过多元化教学方式和手段，营造生动活泼的教学气氛，可以将枯燥的传统教学模式变为生动高效的教学活动，使课堂变为知识深化拓展的场所，让学生喜欢上课，感受到课堂的乐趣，从而丰富课堂教学活动，进而激发学生的学习动力，提高学生的学习积极性和注意力集中程度，并为学生提供自主学习的机会。

比如在讲解导数的定义时，可以创建虚拟移动球，使学生通过虚拟观察，了解球的瞬时速度和平均速度，掌握两者之间的转换关系，从而实现对导数定义及导数本质的全面掌握。定积分定义复杂抽象，步骤烦琐，为了将定积分定义自然引出并方便学生掌握定积分定义，我们在讲解定积分定义时，引入了曲边梯形面积这个引例。为了使引例形象、生动且通俗易懂，我们依次增加区间内分点的个数，将曲边梯形分割成若干个小曲边梯形，通过课堂动画操作演示，使学生通过虚拟观察，了解矩形面积与曲边梯形面积的近似关系，从而通过定积分的积分思想，即四步走给出定积分定义，使得抽象复杂的定积分定义变得简单易懂。

运用现代信息技术，调整日常教学模式和手段，通过情境化把枯燥、晦涩的数学知识简单化通俗化，不仅可以激发学生的学习兴趣，提高学生的课堂参与度和注意力集中程度，同时还能够优化教学模式与结构，使日常教学课堂变得有趣，生动，课堂氛围活跃宽松，引领学生探索新知，让学生在充满乐趣且活跃生动的气氛中学习，通过一个个实际问题的解决来体会学习的乐趣，进而提高学生的学习积极性和创新意识并有效提升课堂教学效果。

（三）积极参加现代信息技术的培训活动，吸收信息技术在教学中的应用成果

现代信息技术作为新型的科学技术，具有拟人化、信息化及高度智能化等鲜明特征。因此，信息化时代教育领域中各种信息技术的应用，能够弥补传统教学的不足，优化课程设计，为教与学提供极大的便利。教师们熟练掌握现代信息技术在教育领域中的应用，学生们适应现代信息技术的辅助教学，才能使其更好地服务于课堂教学。目前为促进现代信息技术与日常教育教学的深度融合，提升课堂教学效果，各高校会定期组织开展课堂教学改革与教学质量提升等一系列线上讲座、教学论坛、教学培训等活动，让教师和学生尽快熟悉并掌握现代信息技术的教育应用，使其更好地服务于日常教学活动。因此，为了深入贯彻执行以学为中心的教育教学理念与实践，更好的以本为本，推进课堂革命，提升教学质量，一线教师应当积极参加此类现代信息技术的培训活动，吸收信息技术在教学中的应用成果。

例如：教师可以利用信息技术信息化及智能化特征，根据不同专业学生特点，调整制作合适的多媒体课件进行针对性教学设计，遇到复杂的计算及推导过程，可以结合电子手写板书进行讲解，从而大大提高学生的接受度及课堂效果，从一定程度上节省授课时间并使得课堂节奏稳步有序。同时，高等数学与计算机软件联系密切，教师在高等数学教学中应当注重数学与计算机软件相结合，如利用数学软件MATLAB进行计算，适当讲解数学建模与计算机编程的相关知识，可使得教学更加直观高效，并为学生今后的学习打下坚实的基础。

（四）借助互联网等信息技术手段，打造“课前、课中、课后”全过程智能化教学模式

目前的课堂式教育方式，课后教师与学生的学习活动脱节，缺乏师生之间有效的交流与沟通。学生课外学习途径单一，缺乏必要的课外监督与指导，学生的课外学习积极性不高，学生的课后教育没有做到与课堂教育的有效衔接。信息化时代，雨课堂、智慧树、慕课等教学平台应运而生，教师通过网络教学平台可以与学生进行直接的交流互动，给学生课外学习提供必要的监督与指导，提高了学生的学习热情与学习积极性，从而实施了全过程智能化教学模式，实现了与课堂教育的有效衔接。因此，教师除了应当具备扎实的专业知识和能力之外，还需要掌握网络教学平台的教学功能及使用方法，以实现全过程智能化教学模式。

针对以上教学平台，各高校可以组织开展相应的技术培训，通过网络教研，培训课使教师快速掌握平台的使用方法，并结合学生的实际情况，找到适应学生学习的教学模式。例如：利用雨课堂平台进行授课，正式上课前一至两天，可以将预习课件通过雨课堂进行发布（有针对性地进行配音讲解，适当插入慕课资源），学生微信端就会同步收到预习信息并进行预习，对看不明白的地方可以点击“不懂”，教师可以通过雨课堂查看到学生的预习情况；正式上课期间，根据课前搜集到的学生预习信息，有针对性地进行重点内容的讲解，并适当穿插课堂测试等，防止部分学生“挂机溜号”，同时课堂上学生也可以利用弹幕、投稿等方式与教师进行沟通，针对典型、有代表意义的弹幕信息，教师需要进行解疑答惑，为学生后面的学习扫除障碍；课后教师可以通过雨课堂进行作业推送，并引导学生通过网络平台与教师进行互动并完成课后作业。这样通过以上流程可以实现“课前、课中、课后”完整的智能化教学体系，实现从课前到课后师生之间的和谐互动，同时网络教学平台的使用也打破了学生学习的时空限制，学生可以自主有效地进行学习，这样既增强了学生的学习积极性，又提高了课堂授课效率，为学生留出更多的课后时间参加社会实践等有益活动，进而能够促进学生健康全面发展。

五、结语

互联网、人工智能快速发展的大背景下，运用现代信息技术，通过对教学资源和教学过程的优化、改革、整理、实施和评价，调整高等数学教学内容与教学模式，培养学生利用数学知识解决实际问题的能力，做到学有所用，实现教育现代化是大势所趋。因此，针对目前高等数学教学方式存在的相关问题，提出了具体的教学模式改革的思路与途径，主要是借用现代信息技术，结合专业特色，实施因材施教的个性化精准教学；采用信息采集和综合分析等现代技术，对学生课堂综合学习状态进行客观分析和评估；教师应当积极参加现代信息技术的培训活动，吸收信息技术在教学中的应用成果以及借助互联网等信息技术手段，打造“课前、课中、课后”全过程智能化教学模式。近几年的教学实践和成果表明，相关措施和途径不仅可以提高学生自主学习的能力，增强学生学数学、用数学的意识，而且能够满足大学生自我成长和创造性思维发展的需要，有利于高素质应用型人才的培养。

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山东交通学院本科教学改革研究项目资助（项目编号：2020YB39 项目名称：基于现代信息技术的课堂教学模式改革的研究与实践——以高等数学课程为例）。