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常态化实施小学数学实验教学的策略
发布时间: 2024-09-14   点击:   来源:原创   作者:陈赵贤

小学数学实验教学是运用“做数学”理论,借助物化工具,让学生在实验目的的引领下,进行规范的实验操作,通过数学化分析,以帮助学生个性化建构数学意义,发展数学思维,培育创新意识。数学实验丰富了学生数学学习方式,让学生“经历观察、实验、猜测、计算、推理、验证等活动过程,在亲身体验与探索、实践与反思中发展数学思维。数学实验教学已经成为大家的共识,在项目研究中也取得了丰硕的研究成果,但是,立足于数学实验教学的常态化实施,还存在对数学实验教学内涵理解偏差,特征把握不清,课程架构单薄,教学行为失衡,实施条件欠缺,能力培育滞后等问题,部分学校把学实验教学当作教学活动“点缀”不能发挥更大作用。为此,探索数学实验教学的常态化实施策略,就显得尤为重要。本文立足小学数学实验教学常态化实施以内涵建构为突破口,围绕内容序列,课型范式资源建设,能力培育四个方面进行系统化、序列式架构,形成常态化推进的实践策略。

一、构建常态化实施的理论模

小学数学实验教学的常态化实施,需要教师正确认识数学实验教学的内涵意蕴,厘清数学实验“是什么”“为什么”“怎么做”等相关概念,架构小学数学实验教学的理论模型(如图①),能促使学校教师对数学实验教学进行系统思考、自觉实践。

数学实验教学架起学科育人的桥梁。学科育人是小学数学教学的价值追求,而在小学数学教与学的过程中,让学生学会思维是实现学科育人的重要途径。数学实验教学契合小学生的年龄特点,让学生在动手操作中学习数学,激发学习的兴趣;通过数学实验,丰富数学思维活动体验,从而学会思维;数学实验鼓励学生用自己喜欢的方式学习数学,个性建构知识意义,催生创新意识。因此,数学实验教学启思明理,架起了数学教学走向学科育人的桥梁,实现数学学科的高质量发展。

数学实验教学需要系统实践。数学实验教学的常态化实施是“价值认同、内容选择、课型提炼、工具开发、能力养成、评价支持”的系统实践的过程,这一系统构建的内容也 “筑起”了数学实验教学的“主体框架”,成为数学实验教学常态化实施的“四梁八柱”。在系统实践过程中,可以借助文献研究,开展调研反思厘清“数学实验”的内涵,凸显数学实验知行合一”“个性建构”“启智明理”的实践价值;可以开展课题研究,注重基于校情、学情的案例提炼与应用,边实践、边总结、边应用,从而构建课堂实践新思路、新样态,促成实验教学课型范式的建立;可以聚焦关键环节,明确实验教学的一般要求和教学范式,促进理论与实践融合,更好地推动落实常态化教学实施。

二、架构常态化实施的内容序列

小学数学实验教学的常态化实施,需要对小学数学教材中适合以实验方式开展教学的内容进行梳理,同时合理开发数学实验教学内容,架构起数学实验的教学内容序列,并根据不同的教学内容,设计不同的实验教学。

分类梳理实验教学内容。梳理实验教学内容一般可以分成三类。第一类,梳理基于教材创编的实验教学内容,主要是针对教材中的某个知识点(例题、练习题、动手做、思考题等)或某个教学环节,结合具体教学内容适当创编实验;第二类,创生延伸教材拓展的实验教学内容。主要是针对教材中操作性、综合性较强的教学内容(“动手做”、“思考题”、“探索规律”和“综合与实践”等),教学时间为一节课,能够适当延伸、拓展的实验;第三类,整合教材的主题性实验教学内容。主要是针对教材中与学生现实生活联系紧密的内容(如“综合与实践”),整合数学学科知识的综合或跨学科知识,自主开发的主题实验。

表一:三年级下册数学实验方案设计示例(部分)

教材内容

及页码

实验

主题

内容

类型

实验目标

实验工具

关键能力

两位数乘两位数

1-5页

两位数乘整十数口算、笔算

基于教材的创编性实验

通过点子图,理解两位数乘整十数口算的算理及两位数乘两位数笔算算理,建立算法;通过实验测量活动,产生解决问题的估算需求并探寻其方法。

点子图、土豆、天平称

运算能力

几何直观

有趣的乘法计算

18-19页

乘法巧算

延伸教材的拓展性实验

通过观察、计算发现乘数是11,同头尾合十的乘法计算规律,数学地表达乘法灵活运算的规律及发现过程。

计算器

运算能力

推理能力

千米和吨

20页

1千米有多长、1吨有多重

整合教材的主题性实验

课中通过学生手拉手排队、搬10千克物体等活动,体验并建立1千米、1吨的直观体验,进行概念推理;课外通过走进生活的实验活动,拓展对1千米、1吨及几千米、几吨的量感,灵活解决生活中的实际问题。

卷尺、计时器、台秤、1千克大米、水、水果等

空间观念

推理能力

分类设计实验教学。针对不同的教学内容,小学数学实验教学可以设计成三种类型。第一类,围绕一个知识点理解而开展的数学实验,这类实验以教材创编为主,内嵌于知识学习过程中,是数学问题理解的某一方面,目标聚焦,内容单一、紧凑,通过实验直接指向于对内容的理解与问题的求解,比如“1毫升滴管中的水可以滴几滴?”“22根小棒怎样围,围成的面积最大”。第二类,由若干连续数学实验构成的组块实验,这类实验贯穿于一堂课始终,其主要表现有两种:串联式,即一堂课由几个数学实验串联构成,每一次实验都是对前一次认知的深入,呈现认知的逐层递进,比如“三角形内角和”,从量三角板各角的度数,到折、拼三角形求各角之和,再到借助几何画板的穷举例证,最后进行适度的演绎证明,学生对“三角形内角和”的分析逐步深化,思维不断丰富;并联式,即一堂课由几个相同层级、不同侧重的实验内容构成实验验证环节,每一次实验都是对数学对象的认知丰富,比如“一张A4纸可以对折几次”,围绕纸张大小、厚薄两个变量,进行“大小不变,厚度与次数的关系”“材质不变,大小与次数的关系”两次实验,共同说明“一张A4纸对折次数的问题”。第三类,主题式课内外融合实验,这类实验以整合教材的主题活动为主,结合长段学习探究经验,丰富对数学知识的理解。比如“千克的认识”,开展数学阅读、生活体验、身体秤”比拼等主题体验活动,提升学生量感。

三、生成常态化实施的课型范式

小学数学实验教学的常态化实施,需要生成课型范式。基于课型范式开展常态化实践,有利于积聚教师的研究成果,引导教师主动探索数学实验教学的规律,促进教师反思数学实验教学的经验;同时,数学实验教学课型范式的生成,又促进数学实验教学的成果辐射,提升数学实验教学常态化实施的成效。

基于课型生成开展教学实践。常态化实施中要注重教师数学实验教学的设计能力提升,借助不同教学内容的系列案例分析,打通目标、内容、工具与方式的内在联系,注重一致性分析,提炼形成小学数学实验教学的教学设计流程(图,为规范化操作与个性化创生提供参照。特别是要强调小学数学实验教学的表现特征,即:“鲜明的实验目标”“合理的实验设计”“规范的实验操作”“数学化的分析”,准确把握特征,设计课堂教学问题及实验活动组织,以更好地体现实验教学特点。数学实验教学的常态化实施,需要教师立足高质量国家课程,结合课程标准的教学要求,从内容维度、时空维度,构建小学数学实验教学常态化实施的课程框架。一方面,要结合内容选择,系统规划学期教学课时比例,切实保障小学数学实验课应有的课时(约占30%);另一方面,要拓展教学时空,沟通教材内外、课堂内外乃至校园内外资源,形成实验项目研究主题,开展跨学科的综合性学习,促进学校学习与生活实践的融通。

辐射课型范式的示范效应。教学基础上针对不同的教学内容,结合儿童认知规律与思维特点,形成可操作、可评价的教学的课型范式规律发现式、策略探究式、问题解决式、意义建构式四种(图)。这些课型范式,都直接来源于具体课例,具有鲜明的实践指导价值,可供广大教师针对不同的教学内容开展数学实验教学。同时,引导教师注重每一课型范式的发展性与灵活性,兼顾区域、学校、班级学生的学情特点,根据数学实验教学的实际,对课型范式进行“变式”创新,更好地提升数学实验教学效能。

四、开发常态化实施的实验工具

小学数学实验教学的常态化实施,需要有数学实验工具,让数学实验教学便捷开展。数学实验工具的开发,可以以学校为单位,共同研制、一起开发、共享使用。为了方便使用,学校可以加强数学实验室的建设,既为学生的数学实验营造良好的学习环境,又可以集中存取相应的数学实验工具,为师生常态化实施数学实验教学提供便利。

一起开数学实验工具数学实验中的“物化工具”需要教学开发,依据数学实验内容,引导教师开发、研制。一方面可以用好现有的数学实验材料,例如现成的“学生数学实验材料盒、教师数学实验工具箱”等物品;另一方面还可以根据“转换、改造、购买”的原则,把一些儿童的玩具,或现成的生活用品,转化成为数学实验工具。(见表二)

表二:小学数学实验五年级下册实验工具一览表

类别

工具

主题

用途

容器类、测量类

陶瓷杯、陶瓷碗、温度计、计时器

水温下降速度

通过测量陶瓷杯和陶瓷碗中水的温度,收集数据并绘制统计图。

容器类、物品类

装满土的两个盆、装水的罐子、蒜头

蒜叶的生长

通过在水中、阳光下和房间里等情况的实验培育,记录根须和蒜叶生长情况。

计数类

百数表、计数器

3的倍数的特征

通过圈画百数表,操作计数器等活动,探索并掌握一个数是3的倍数的特征。

形体类

边长4厘米和6厘米的正方形、长18厘米宽12厘米的长方形

认识公因数

通过长方形中拼铺正方形,理解公因数的含义,找到求最大公因数的方法。

形体类

3厘米宽2厘米的长方形、边长6厘米和8厘米的正方形

认识公倍数

通过用正方形拼铺长方形,理解公倍数的含义,找到求最小公倍数的方法。

形体类

长方形彩条

建造“分数墙”

通过对长方形彩条的实验操作,进一步理解分数的意义,明确单位“1”中包含多少个分数单位,及相应分数单位之间的关系。

形体类

正方形纸

分数的基本性质

通过对正方形纸的实验操作和观察,借助分数墙,探寻分数的基本性质,合理表达发现的规律。

测量类、实物类

球、卷尺

球的反弹高度

通过测量球的反弹高度,收集、整理和分析数据。

形体类、测量类、实物类

圆片、直尺、绳子

认识圆周率

通过对工具的实际操作,感知圆的周长与直径的关系,认识圆周率。

拼接类

平均分成8份和16份的圆

圆面积计算

通过对工具的实际操作,探索并掌握圆的面积公式,体验“化曲为直”的转化思想和“极限思想”。

形体类

小圆片

连续奇数求和

通过操作小圆片,形成几何直观的思维路径,探索连续奇数求和中的规律。

创新建设数学实验教室。数学实验室是学校开展数学实验教学的有力保障,学校充分挖掘校园空间的潜力,探索数学实验室的建设策略,建成具有学校自主个性的数学实验室。数学实验室一般包含“体验区、展示区、学习区、文化区”四个区,体验区是供学生自主体验用的,可以让学生自主开展体验活动,例如可以设计用不同形状的轮子做成的自行车,让学生骑上亲自体验“为什么自行车的轮子要做成圆的”;展示区是展示学生在学习过程中形成的数学实验报告,或是学生自主开发的数学实验工具,把学生的数学实验成果积聚起来,供启发借鉴;学习区是教师开展数学实验教学的区域,在该区域配有可上网的电脑,提供丰富的数学实验工具;文化区是数学文化的展示区,布置丰富的数学文化素材,营造良好的数学学习氛围。数学实验室的四个区可分可合,有条件的学校可以选择较大的空间,把四个区建设在一起,当然,如果学校的校园空间不允许,也可以充分利用教室、连廊、地面、角落等校园空间分散建设

五、开展常态化实施的自主评价

小学数学实验教学的常态化实施,需要关注学生在数学实验教学的表现,通过自我反思评价,提升数学实验能力,确保数学实验教学的顺利展开;同时,要以数学实验的设计与实施,引导教师数学实验教学的反思力提升,让教师能够自主开展研究,提高数学实验教学实施效果。

引领学生开展自我反思性评价结合小学生数学实验能力形成的阶段性特点,分成“情感态度实验过程、实验结果、成长感悟”四个项目,设计学生开展数学实验活动的自我反思性评价表(见表三),让学生在数学实验过程中,自主反思自己的表现,自觉培养数学实验能力,提升做好数学实验的信心。

三:学生数学实验自评价表

实验名称:                               

评价项目

具体内容

自我评价

改进建议

情感态度

对这个实验是否感兴趣?



与同学合作是否愉快、有效?



实验过程

是否经历了完整的实验步骤,有序开展了实验?



实验中遇到的最大困难是什么,怎样解决,结果如何



实验结果

怎样获得实验结果?



用怎样的方式表达实验结果?



成长感悟

在实验中的表现如何?



学实验为的学习提供了怎样的帮助,你有哪些感受?



 

指导教师自主反思自己的数学实验教学数学实验教学的高质量实施需要教师积极开展教学,自觉反思教学水平,设计小学数学实验教学的课堂观察表(见表四),就是在数学实验教学的各个环节,观察学生的表现,反思教学实施的效果,从而便于教师自主优化教学设计。在常态化实施数学实验教学过程中,“课堂观察表”可以由教师自主应用,反思自己的教学,也可以在校本教研中开展相互评价,以“课堂观察表”作为研讨改进的“实证”。

四:小学数学实验教学观察表

实验(教学)

学生表现标准

现程度

1

确实验目的

学会观察、比较,能用自己的话陈述数学现象或规律;能清晰、完整地提出实验问题。




应对问题,表现出积极的求知欲,能结合情境(现象)形成直觉认识,提出实验假设。




2

计实验活动

能主动调用原有的知识和经验,明确实验目的,指向认知,尝试并逐步能够独立设计实验步骤,提出相对完整的实验方案。




熟悉相关实验工具(物化工具、技术工具等)的使用方法,明确数学实验的具体要求。




3

实施实验探索

能根据实验设计,恰当地使用实验材料;会设计并合理使用实验探究单。




在实验中形成对问题情境的思维成果,选择自己喜欢的方法记录结果,并能将实验结论清楚地讲给他人听。




能根据学习工具(如实验探究单等),开展个人及多人参与的实验活动,能有序分工,学会合作,形成实验结论共识。




4

表达实验结果

能用数学的方式(文字、图形、符合、字母等)表达获得的认识、发现的规律、验证的结论。




能认真、仔细地倾听同学发言,并与自己的实验过程、结论进行比较,达成共识或提出合理化建议或问题。




能大方地、有条有理地在表达实验过程及结论,有根有据地尝试解释实验结论的正确性或合理性。




5

开展实验反思

清晰地回顾实验探究的过程,包括提出了怎样的实验问题,如何设计与实施实验,怎样分析并表示结果。反思总结实验活动的关经验。




能主动对自己在实验活动中的表现进行评价。对数学知识获得深理解,会主动迁移应用到新情境,到结构关联状态。




 

总之,小学数学实验教学只有得到常态化实施,才能丰富学生的数学学习方式,让数学学习过程灵动、活泼让学生在“做数学”的过程中,启思明理,激发学生数学学习的兴趣,丰盈数学思维的体验。小学数学实验教学的常态化实施,可以充分发挥研究组织力量,通过研究工作坊、名师工作室、校内项目组等形式,集聚研究力量,开展区域、学校间协同实践和探索,形成“项目组——学科骨干——一线教师实践的逐层传导,通过构建实践共同体,以“学”打开思路,以“研”获取方法,以“做”丰厚认识,以“创”提升应用,让每个人深深卷入其中,打造教学实例,资源开发与应用课例、环境资源建设案例,以更好地发挥研究作用,推动数学课堂教与学的方式转型,实现学科育人目标。


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