Maple讓11歲的小學生學會微積分
Maple的展示與互動能力,使得教學的進程徹底轉變
多年來,教育工作者一直在探討如何將科技應用在課堂之中,從而根本改變學習的過程。澳洲的塔斯馬尼亞大學(University of Tasmania)一向以推廣數位教育革命為宗旨,為了瞭解電腦可以在教學上造成多大程度的變革,塔斯馬尼亞大學決定挑戰教導11歲的小學生微積分。在傳統的教育中,學生最早大約在17歲左右學習微積分,塔斯馬尼亞大學想知道,電腦軟體是否可以在學習上造成什麼差異。如果學生能在較年幼時即了解如此複雜的問題,或許學習可以變得更加容易,並且他們在未來將可以更容易的被導引至工程科學領域。
在這個研究過程中,研究人員使用Maple作為該計畫中的數位教學工具。利用Maple,他們教授國小五年級的學生微積分課程。這個計畫培訓了五位老師,並要求他們於五個班級中進行每週兩小時的數位微積分課程,總計共六星期。在此期間,這些學生將認識一系列現實世界的實際問題和數學概念,並學會如何利用Maple處理這些問題,包含將文字問題建立成方程式、計算結果以及繪製圖形。
Maple的代數運算能力是眾所皆知的,點擊式的數學求解方式使得學生可以側重在學習數學觀念而不是操作軟體。此外,由於Maple使用傳統的數學符號進行編程,故而操作介面非常直觀且容易使用,學生們非常迅速的投入數學計算當中,不必花費時間背誦微分與積分機制、方程式求解方法或繪製圖形的函式。從而可以專注於鑽研更高層次的概念,深入理解微積分與其應用。
這個研究從澳洲各地城市當中選擇了五所不同的學校,對超過100個學生進行了這樣的課程。這些學校的程度處於平均或低於平均社會經濟優勢,並且未依學習程度選擇學生。研究項目的重點在於課程的設計,在數學範例中使用學生們可能會遇到的問題。譬如,在一個問題中,學生們將需要選擇一條曲線做為他們房間壁畫的邊界,並透過Maple的協助,計算繪製壁畫時,需要多少顏料。
在研究的最後階段,塔斯馬尼亞大學從大學工程科第一學期的考卷中,選取了試題測驗給這些受試的學生,並要求他們以Maple求解問題並繪製圖形。108個學生中,有97個學生在本次測試中達到了及格分數,並且有38名學生取得超過80分,顯示他們擁有用電腦求解複雜問題的能力。
「使用Maple對這些學生造成了巨大的差異,這顯示了我們所能做的事情有了根本上的改變」研究計畫的主持人,Andrew Fluck博士說道。
「很多學生認為微積分很難,這使得他們不願意去嘗試。因此當他們嘗試去學習時,他們的態度其實會干擾他們的學習。但基於這些受試學生在完成課程後取得的結果,很顯然,Maple激發了他們在微積分上的興趣,並讓他們名正言順地相信自己的能力並處理微積分問題。對這些年輕的學生來說,科技是一個偉大的推動者」
對Maple的看法,一個11歲的女學生是這麼說的:「Maple比爸爸媽媽更神奇!」。女孩的父親非常驚訝Maple對他小孩的改變,女學生說「我爸爸是一個建築師,所以我給他看了Maple。他看完之後,說他希望他念書的時候也有用過這個軟體!」。
「Maple非常簡單且容易使用,點擊式的數學求解方式讓常見的數學操作被簡化成只需要滑鼠點擊。」資深研究員Christopher Chin博士說道:「這使得Maple可以簡化教學的過程,學生可以毫不費力的學習超過他們年齡所應學習的數學觀念。並且從長遠來看,學生應該使用與企業相同的工具。」。
論述這個研究項目的論文在Nashville被國際社會資訊科技與教師教育研討會(International Society for Information Technology & Teacher Education)授予享有盛譽的最佳論文獎(Best Paper』 Award)。
研究人員對於這項研究獲得的結果十分滿意,並打算擴大他們的研究項目,針對更大量的學校教授與更高深的主題進行進一步的研究計畫。此研究計畫的研究成員Dev Ranmuthugala副教授與Irene Penesis博士已經獲得了澳洲國科會的充足補助。