基于腦科學的小學數學教學設計工具

鐘婷婷 李玲

《義務教育數學課程標準（2022年版）》確立了以核心素養為導向的課程目標，對教師的教學提出了更高的要求，教師只有在尊重學生的認知規律基礎上，制定指向核心素養的教學目標，通過整體設計，分步實施，才能逐步提升學生的數學核心素養。

腦科學為數學教學提供支持

學習是大腦活動的結果，腦科學研究發現：數學核心素養是通過生物學基礎和經驗的協同作用在腦中創造出來的。

數學學習是大腦對信息進行加工的過程。學習是腦進行信息加工的過程，是腦對刺激產生的反應，它包括腦對信息的感知、處理和整合，學生的數學學習過程也同樣如此。在數學學習過程中，學生接受的一切外部刺激都被看作是可以編碼和加工處理的信息，而學生與環境互動的過程則被視為學生內部信息與外部刺激交互作用的過程，即信息的輸入、加工處理、儲存、輸出等過程。數學知識最終的遷移，實際上就是在原有知識能力基礎上獲得新的知識能力、各種知識能力累積的過程。

腦的可塑性是學生學習數學的必要條件。大腦的可塑性為數學學習提供了物質支撐，是學生學習數學的必要條件。事實上，數學學習行為和大腦是一種相互依存和反哺的關系，在數學課堂中，學生的大腦會受到新情境、新知識等的刺激，進而完成數學學習，而不同的數學知識會調動不同的大腦區域，由此學生數學學習行為也刺激了大腦，促進了大腦發育。

可見，腦科學可以為數學教學的建構提供支持：首先，理解生物學因素的影響有助于教師設計與生物學因素和先天傾向作用相一致的數學教學法。其次，腦科學描繪出數學知識的內在學習通路，教師就可以有策略地提高教學，設計適應個體差異的教學方法。因此，腦科學可以使教師設計出更有效、更全面的數學教學，科學地提高學生的學習能力和數學核心素養。

基于腦科學的小學數學教學設計原則

基于腦科學的小學數學教學設計的三個原則分別是：基于腦、適于腦、促進腦。

基于腦。基于腦，也就是小學數學教學設計要基于學生的現狀。包括學生大腦發育所處的階段、學生前期知識和經驗的積累等。教師進行教學設計時要關注小學生正處于對思維和觀念的操作階段，數學思維開始初步建立這一現狀。此外，教師要分析學生的前概念，以學生已有知識為基礎，與學生的前概念結合起來。

適于腦。學生理解數學需要事實性知識和概念框架，教師在課堂上所使用的不同教學方法能夠對學生大腦的結構與功能發揮重要的可塑性。所以教師在教學設計時要遵循學生的數學學習過程，抓住合適的教學契機，設計適合的學習內容和教學活動。在教學設計時可以構建結構化教學內容，采用多元化的學習方式，盡量讓每一個學生的能力得到發展。

促進腦。學生經歷完整的學習過程和體驗，建構全面的數學知識體系有利于刺激大腦的多個區域，有助于學生的大腦發育。因此教師在教學設計時應讓學生經歷完整的學習過程和體驗，以沉浸其中、多種途徑并行的方式開展學習，把學生組織到對所學內容的分析和綜合、比較和對照、抽象和概括、判斷和推理等思維的過程中來。

基于腦科學的小學數學教學設計工具

基于腦科學的小學數學教學設計工具是指以腦科學的理論為指導，遵循腦的認知規律和工作機制，適合大腦的學習方式，優化數學教學而開發的，可供老師使用的一套數學教學設計工具。主要包括：學情分析工具、內容結構解析工具、學習過程設計工具和教學評估工具。

學情分析工具。基于腦，是從學生的需求出發，所以教學設計必須進行學情分析，在學生的前概念基礎上進行教學，而小學生在數學課堂的學習應考慮學生已有學習經驗和學習興奮點。

教師在教學設計時就應當注意幫助學生從已有知識的基礎上進行延展、擴充知識范圍、在新的背景下對知識進行重構和呈現等安排學習與教學，這是以學生為中心并適于學生且易于被學生掌握的方式。

教師首先要明確該學情分析可以用于單元整體分析，也可以針對單課時使用。在分析時，對學生已有學習經驗，可以從知識儲備和學習能力兩個方面進行分析，再結合新內容分析學生可能存在的學習困難點或興奮點。在分析過程中也可以借助數據。

內容結構解析工具。適于腦，就是要設計合適的學習內容和方法。學生學習數學必須具有事實性知識的深入基礎，在概念框架的情景中理解事實和觀念，促進數學核心素養的形成和發展。學生在學習數學時，總是會利用極其豐富的結構化信息內容。所以教師在教學設計時，要根據知識間的內在聯系重組、整合形成結構化的教學內容，變“教材內容”為“教學內容”，以此幫助學生整體化、結構化的數學知識的建構。

教師在設計教學內容時，應根據教學主題，細化教學目標，根據教學目標整合教學內容，形成符合教學主題，能達成教學目標的結構化內容，過程中有側重地發展學生的數學核心素養。以《分數混合運算》這一單元為例，通過畫圖策略直觀呈現數量關系，結合具體情景體會分數混合運算的順序與整數混合運算一樣，發展學生的運算能力，并發展分析問題和解決問題的能力。逐步養成觀察現實世界的意識與習慣，發展好奇心、想象力和創新能力。以培養孩子的幾何直觀能力，運算能力和應用意識。

學習過程設計工具。促進腦，就是讓學生經歷完整的學習過程和體驗，教師采用多元化的教學方式，激活學生大腦中不同的神經通路，以促進學生更好地學習數學，提升學生的數學核心素養。所以基于腦科學的教學設計要求教師在學生的學習過程中，采用不同的方式給予學生不同的支持，做到科學地教與學，讓教師的教和學生的學更有意義。

學生的數學學習過程主要包括明確問題、活動探究、反思建模、應用遷移幾個環節，教師在教學設計時要尋找學生的興奮點，誘發學生的探知欲望，在學生活動探究后要設計啟發、引導學生猜想、驗證結果、歸納反思等活動，幫助學生建立數學模型，最后還要引發學生知識的遷移，促進其高階思維的發展。針對學生數學學習的每個環節，教師在教學設計時要明確自己的教學任務，采用不同的教學方法幫助或引導學生達成學習目標。

以北師大版六年級上冊《圓的面積》一課為例，在學生開展小組合作動手操作的環節，對于有困難的小組，教師要適時指導，以順利完成這一環節所要達到的學習目標；當學生完成了新舊知識的轉換，對于圓和近似平行四邊形之間的聯系需要教師提出問題，引發學生的思考，發現什么變了，什么沒變，為面積推導做好鋪墊。通過學生學習過程的有效達成和教師支持的適時點撥，發展學生的幾何直觀、空間觀念等數學核心素養。

教學評估工具。在完成教學設計后，進入課堂教學階段，課堂教學能否落實教學設計，達到教學目標，真正發展學生的數學核心素養，以及教學設計的修改完善，都需要進行評估和反饋。因此，教師應該使用教學評估工具，記錄在各個教學環節與任務中，學生的活動情況，包括持續時間、參與人數、表情、行為、語言、學習時長、發言情況等方面。根據詳細的課堂觀察和記錄，進行分析與建議。

教學評估工具主要是通過其他教師的課堂觀察和學生的自我評價來進行，同時還可以設計相應的作業或試題進行檢測，從過程性和終結性兩方面進行評估反饋。教師根據反饋對教學設計進行反思和改進，修改教學設計，并進行課堂教學實踐。

基于腦科學的數學教學設計改善了課堂的教與學，使教師由以前的單純關注知識教學、考試教學轉向現在的關注學科能力教學，發展學生核心素養教學。運用了腦科學的數學課堂，更好地尊重了學生的生理和心理需求，從而使數學課堂的教學更加科學、高效。數學課堂內容設計也更豐富，更加符合學生大腦的認知和發展，使課堂呈現主動積極、生機勃勃的樣態，使越來越多的學生愛上數學課。