小學數學實驗開發與教學策略

◎郭 宏

(江蘇省鎮江市揚中市明珠小學,江蘇 鎮江 212200)

在數學實驗教學中，教師要運用專業的工具及材料給學生構建相應的情境，讓學生在情境中用正確的方法完成實驗操作[1].在這一過程中，教師要引導學生分析知識并在實驗的過程中有效地解決問題.可以說，實驗教學是落實學生主體地位、培養學生創新意識、啟發學生思維、強化數學教育成果的重要教學模式.教師要對數學實驗教學進行深化研究，從而構建高效的小學數學教學課堂.

一、實驗教學的理論基礎

(一)建構主義

建構主義理論認為，數學知識不是絕對的，也沒有完全實現對現實世界的客觀反映.數學是對客觀世界的解釋或者假設.而新時期學生學習數學的重要目的就是掌握數學思維，能夠運用數學思維觀察現實生活、看待客觀事物，學會在數學思維的引導下主動地研究事物的發展規律并對現象進行解釋.建構主義學習理論指出，學生是學習主體，學習應該是探究地、主動地建構知識的過程[2].小學數學教師在課堂上開展實驗教學時，要根據小學生的認知發展水平和心理特點將理論學習與生活相結合，讓學生用數學的眼光分析生活中已經存在的現象，并通過這一過程讓學生學會如何運用數學思維解決生活中的問題，從而幫助學生在理論與實踐的交互中逐漸構建起完整的數學知識體系.

通過實驗教學法，教師還可以幫助學生用正確的方法解決問題.在教學中，教師要結合學生已經具備的知識經驗和即將學習的知識，通過實驗幫助學生構建新的知識體系.在實驗教學環節，教師要遵循從具體到抽象、從感性到理性的原則，讓數學知識更加具象化，這有助于學生理解數學知識.并且在實驗的過程中，學生的動手實踐能力能夠得到提升，這有助于學生探究能力的培養.

(二)做中學理論

杜威提出，要改變訓練主義的教學模式，就要讓學生在學習數學的過程中獲得自然而然的成長及學習經驗.做中學理論強調，教師要關注學生在學習中的自主性，要讓學生主動地展開學習并在學習活動中自主思考、自主發現知識、自主學習道理，這樣才能夠把知識融入學生的內心.做中學理論中的“做”是學習的關鍵，真正的知識是學生在生活實踐中通過動手操作獲得的.因此，在小學教育中，教師可以把學生在日常生活中積累的知識作為重點，通過實驗教學把知識經驗傳授給學生，而不是直接給學生講述數學課本中的內容[3].做中學理論指出，正確的教育活動能讓學生在生活中思考、在實踐中學習，從而不僅可以幫助學生對知識產生全面且深入的理解，還可以讓學生對知識進行靈活的運用.

教師在給學生傳授知識時要合理地安排教學內容，要對教學過程進行預測，要先明確教學目標并對教學內容進行深度的掌握，同時要在教學前對學生進行調查，在了解學生的基礎上選擇合適的方法，從而幫助學生更好地把握學習的關鍵點.只有安排合理的教學方法、教學內容才能讓學生在實踐的過程中自主學習知識，才能夠有效地提高學生的學習能力、培養學生對數學知識的探究興趣，從而鞏固學生的數學知識體系.

(三)再創造理論

再創造理論是由數學家弗賴登塔爾提出的，他認為正確學習數學的方法應該是教師根據教學內容創設良好的教學環境，從而幫助學生在環境中自主對知識進行探索，而不是將數學知識直接講述給學生.再創造理論是一種把數學知識與實際相結合，以此讓學生深入理解知識的重要學習理論.再創造理論從學生的理解出發，讓學生尋找問題產生的原因并根據自己的理解解決問題，不僅突破了傳統教學中教師直接傳授數學知識的局限，還對學生不進行思考就直接獲得知識的過程進行了改進，有助于學生對知識進行掌握[4].

可以說，再創造理論在數學教學中有重要作用.在小學數學課堂上開展實驗教學可以讓知識點更加有趣、更加生動，這不僅可以開拓學生的思維，還可以讓學生在實驗的過程中緊密聯系數學知識，并按照自己的思維方式對數學知識進行探索，從而提高教學效率.

二、小學數學教學中實驗教學的策略

(一)體現學生主體地位，實驗具有趣味性

小學生的自控能力不夠強，在課堂上容易出現注意力不集中的情況.教師在展開實驗教學時要基于小學生的這一特點，讓學生全程參與實驗，只有讓學生參與知識形成的過程，才能夠有效體現學生的學習主體地位.教師要注意，實驗教學是讓學生自主探究、發現知識，而不是利用實驗形式把結論或數學知識直接講授給學生.實驗教學要讓學生產生參與感，在做實驗時保持專注，從而幫助學生更好地理解知識[5].調查發現，在實驗教學中，比起教師總結結論，學生更喜歡參與教學實驗.新課程標準也指出學生要在實踐中發揮主觀能動性、發揮學習主體作用，要自己發現知識、探究知識，并總結實驗經驗，從而提高學習能力.同時，實驗教學的效果和環境有較大的聯系，好的環境既能有效地提高實驗教學質量，也能夠提高學生在數學實驗過程中的體驗.教師要開展高效的實驗教學，就要營造良好的學習氛圍，并在實驗中引入學生感興趣的元素，讓學生在這樣的環境下展開數學實驗.

以蘇教版一年級下冊“認識圖形(二)”一課為例，在現實生活中，有許多現象都與長方形、正方形、三角形和圓的知識相關.教師在設計數學實驗時可以運用生活中一些有趣的幾何圖形，以此讓教學更加有趣，從而吸引學生更加專注地學習本課知識.教師讓學生提前準備三明治、魔方、杯墊和長方形的牛奶盒，教師則準備積木.教師根據學生的認知特點和教學內容設計了這樣的實驗：請同學們觀察這些物品，并用積木將這些物品的形狀拼出來；在拼的過程中探究這些物品的特點，并說一說如何區分這些幾何圖形.在設計了這個實驗后，教師要先給學生充足的時間研究牛奶盒、魔方、三明治等物品，然后讓學生根據這些生活物品的特點用積木拼出相應的圖形.

在實驗中，學生根據三明治拼出了三角形，根據魔方拼出了正方形，根據杯墊拼出了圓形，根據牛奶盒拼出了長方形.然后教師請同學們用生活物品和拼出的積木玩一個游戲，教師說長方形，那么學生就要在最短的時間內舉起自己拼好的長方形積木；教師說圓形和長方形，那么學生就要左手拿圓形積木，右手拿長方形積木.通過數學實驗，讓學生在拼積木的過程中直觀地認識長方形、正方形、三角形和圓，隨后又通過趣味游戲幫助學生鞏固長方形、正方形、三角形和圓的概念.同時，教師可以讓學生將牛奶盒、魔方、三明治進行分解，看牛奶盒展開后是否能夠變成長方形？魔方是否能拼成三角形？教師提出一系列的問題后，讓學生通過實驗尋找答案，并探究幾個圖形的性質，以此展開深度學習.

(二)重視動手操作，積累學習經驗

小學生的年紀較小，從而導致他們的動手能力有限，部分學生難以很好地完成實驗.那么，在實驗教學中教師要更加注重培養學生的動手實踐能力，教師要給學生充足的時間和空間，讓學生在操作的過程中結合教學內容探究知識并鍛煉動手實踐能力.同時讓學生在數學實驗的過程中感受數學、體驗數學，從而積累豐富的數學學習經驗.教師在設計實驗時除了要注意實驗形式，還要注重實驗的實用價值，不能盲目地開展實驗，也不能讓實驗教學流于形式，這樣既浪費時間又不能幫助學生深入理解數學知識[6].數學本身是實用價值很高的學科，但是部分學生對數學的印象還停留在考試的難題，認為數學學習和現實生活聯系不大.如果學生不能準確地理解數學學習的價值，那么也難以重視數學實驗.因此，教師要讓學生感受到數學實驗的價值，要幫助學生通過數學實驗達到相應的學習目的，這樣的實驗教學才是有意義的，才能夠讓學生更好地運用數學實驗解決生活中的問題，從而鍛煉自己的動手能力.

以蘇教版二年級上冊“厘米和米”這一課為例，本課的教學目標是幫助學生掌握厘米和米的概念，讓學生能夠用不同的測量方式測量物體，同時讓學生掌握線段的概念.首先，教師讓學生準備一個橡皮擦、一支鉛筆、一個課本.其次，在展開實驗前，教師要先提出這樣的問題：“如何知道橡皮擦、鉛筆和課本的長度呢？”有些學生說用尺子量，這時教師要肯定學生的想法，并馬上讓學生拿出直尺測量橡皮擦、鉛筆及課本.一些學生說橡皮擦的長度是3.這時候教師提問：“是3厘米還是3米呢？”學生陷入了沉思.為了提高學生的動手實踐能力，教師讓學生組成4人一組的學習小組，自主翻閱課本尋找有關厘米和米的資料，之后再動手測量橡皮擦、鉛筆和課本的長度.通過小組探究，學生們對橡皮擦、鉛筆和課本進行了觀察，并結合課本提供的學習資料得出結論：橡皮擦的長度是3厘米.這時教師又繼續提問：“哪些物體可以用米來進行表示？又用哪些測量工具呢？”

教師請同學們以教室為實驗器具，學生可以不再局限于座位，各個小組紛紛活躍起來，離開座位尋找教室里可以用米這一單位衡量的東西.學生找到一個就在草稿本上寫下一個，如果有可以搬到座位上的東西，小組還可以合作搬到座位上.根據學習到的內容學生找到了課桌、墻壁、講臺等物品.教師說道：“同學們找得太棒了！現在請同學們思考如何設計測量方案.”教師提出問題后讓小組展開合作探究，有些小組根據厘米和米的關系，用直尺進行測量；有些小組用課本進行測量；還有些小組提出要更換測量工具，用卷尺進行測量……不管是哪種方式，教師都要鼓勵學生積極參與實踐.學生要將動手過程記錄下來并總結實驗結論.通過這樣的方式，讓學生自己設計實驗方案并自己動手展開實驗，既可以提高學生的實踐能力，又可以培養學生的創新意識.

(三)與信息技術相結合

隨著互聯網的發展，信息技術在不斷改變學生的學習方式和思維方式.在這樣的情況下，教育也不斷向信息化發展且呈現多元化的特點.將信息技術與數學教育相融合是數學進行改革創新的重要途徑.新課標也指出，數學教育要根據實際情況，合理地運用現代信息技術.為此，教師在開展數學實驗教學時要利用信息技術提高實驗教學效率，幫助學生更好地參與實驗，并從實驗中獲得更加豐富的學習體驗.

以三年級上冊“平移、旋轉和軸對稱”這一課為例，教師在備課環節設計了一個實驗：利用折紙折一個風車，隨后將這個風車進行平移旋轉，并將這個風車剪為兩半，然后合上風車變回原本的樣子.教師把這一過程拍攝成微課視頻，作為課件之一.然后教師又利用信息技術功能在電子白板上制作了動態實驗，教師在電子白板上放置一個圓柱體，點擊課件，圓柱體就由左邊平移到右邊，教師通過可視化工具，將平移的過程利用不同的顏色展示了出來，同時把旋轉過程中圖形的所有變化展示了出來.這個方式能讓學生更加細致地看到整個實驗過程中實驗工具的變化.在給學生展示了上述課件后，教師又利用信息技術給學生展示鐘表指針的運動、電梯的運動、飛機螺旋槳的運動.學生觀看視頻后，教師讓學生分別講述這些運動是哪種運動類型，學生說電梯的運動是平移、飛機螺旋槳的運動是旋轉、鐘表指針的運動也是旋轉.隨后教師繼續引導學生：“觀看這些視頻，同學們是否獲得了設計實驗的靈感呢？請同學們依據旋轉和平移運動，利用軸對稱圖形設計相應的實驗.”

學生在觀看視頻后已經對平移運動、旋轉運動有了直觀的認識，學生利用工具制作軸對稱圖形，有些同學利用紙板拼湊出了一個正方體，有些同學利用剪紙剪了簡單的窗花.學生在通過動手實踐得到軸對稱圖形后要先設計實驗方案，如把實驗工具旋轉90度、平移30厘米.學生在設計實驗方案后，要把實驗工具旋轉90度，并且每旋轉15度就畫出旋轉后的圖形，并且在平移30厘米的過程中學生要對平移過程進行觀察變化.然后學生要根據旋轉過程當中所畫圖形的變化以及平移過程中圖形的變化探究這兩個運動的特點.有些學生通過實驗發現，在平移的過程中，實驗工具不管是向左移動還是向右移動，都是直線運動的，而旋轉是圍繞一個中心轉動，旋轉過程中圖形幾個角的方位在不斷地變化.

在學生做完實驗并得出結論后，教師給學生播放準備好的微課視頻，視頻中既有實驗，又有對知識點的總結歸納，從而幫助學生構建系統的知識體系.

(四)設計操作探究型實驗

操作型探究實驗是對實物進行直觀操作的實驗，這類實驗可以幫助學生探索還未學習的結論，這對發展學生的數學思維和創新能力有很大幫助.操作探究型實驗的特點是探索性和開放性.

以三年級下冊“長方形和正方形的面積”一課為例，在本課的教學中，教師要讓學生經歷長方形、正方形面積計算公式的推導，并掌握這兩個面積計算公式，以此用長方形、正方形的面積公式解決簡單的實際問題.教師讓學生準備若干1平方厘米的正方形，然后讓學生擺出3個長方形，第一個長方形的長是5厘米，寬是2厘米；第二個長方形的長是3厘米寬是4厘米；第三個長方形的長是5厘米，寬是3厘米.教師在學生利用1平方厘米的正方形擺出這三個長方形后，告訴學生這三個長方形的面積，并讓學生把自己拼湊出的長方形和面積進行對應.教師可以讓學生交流、探討如何通過拼湊的長方形得出長方形的面積.學生通過對小正方形的觀察，發現面積不同的長方形的長和寬也不同，由此得出影響長方形面積的因素有長和寬.

根據此實驗，教師可以創設情境，通過提出問題讓學生探究影響正方形面積的因素有哪些.教師讓學生利用小正方形拼湊三個大小不一的正方形，然后提出問題：“這些正方形有什么特點？”有些學生說正方形不管如何旋轉都是一樣的.隨后教師讓學生隨機拿走其中一個小正方形，并讓學生思考拿走這一個小正方形后正方形的面積是否會有變化.有些學生認為有，有些學生認為沒有，這時教師可以讓學生根據自己的結論展開實驗，從而倒推正方形的面積公式.

綜上所述，在小學數學教學中展開實驗教學可以突破傳統數學教學的局限.讓學生在動手實踐的過程中自主對知識展開探究，可以讓學生參與知識的形成過程.實驗教學不僅可以培養學生的動手實踐能力，還有助于學生對數學知識進行深入的理解，這對培養學生的數學核心素養有重要作用.