小學數學實驗教學特點及方法研究

陳進春

摘 要：新課標下，小學數學教學應重視學生數學核心素養的培養，根據教材特征設計“綜合與實踐”活動，組織學生進行“數學實驗”，豐富學生的學習形式，促進學生能力及素養的發展。眾多實踐研究證明，小學數學實驗教學的開展能夠有效提升學生的認知水平，充分鍛煉學生的邏輯思維能力。因此，文章簡要分析了小學數學實驗教學的特點、意義及常見類型，結合教學實例闡述了在小學數學課堂中應用數學實驗的原則及策略，旨在以高質量的實驗教學解放學生的身心，激活其思維，推動學生數學核心素養的發展。

關鍵詞：小學數學；實驗教學；特點；策略

【中圖分類號】G623.5? ? ? ? ? 【文獻標識碼】A? ? ? ? ? ? ?【文章編號】2097-2539（2023）07-0181-04

小學數學實驗教學的主要目的是鍛煉學生的邏輯思維能力與數學學習能力。教師需要為學生提供良好的實驗條件，讓學生獨立或合作完成實驗操作，經歷觀察、假設、實踐、驗證等過程，形成科學的實驗結論，進而提高學生的多項能力。在實驗教學過程中，教師要避免直接演示實驗過程，不要過多干預學生的實驗操作，讓學生自主探究涉及生活課題的數學實驗，逐步提高學生的數學核心素養。同時，讓學生認識到數學是一門科學嚴謹的學科，教師要突出實驗教學的科學性與趣味性。

1.小學數學實驗教學的特點

（1）探索起點低

實際實驗教學過程中，教師常會為學生提供一些實物或工具，讓學生嘗試動手操作，在實驗操作過程中找到解決數學問題的方法，逐步了解數學知識的本質?？梢哉f，這些實物及工具為學生理解數學知識、解決數學問題提供了較低的起點。例如，在蘇教版五年級數學上冊“解決問題的策略”一課教學中，教師可引入實驗教學法，讓學生借助實驗解決“王大叔用22根1米長的木條圍一個長方形花圃，怎樣圍面積最大？”這一問題。首先，教師將學生劃分為若干學習小組，為各小組分發22根小棒。接著教師指導各小組使用小棒代替題目中的“木條”，嘗試圍出長方形花圃，并計算出花圃的面積。經過多次實驗，得出面積最大的一種圍法。實驗活動的開展能夠幫助學生理清思路，一邊操作一邊有條理地分析數學問題，通過合作探討得出正確的答案，進而獲得探究能力的提高。

（2）思維“可視化”

思維可視化原本指的是運用一系列圖示技術將思考方法與思考路徑清晰呈現出來。此處借用了“可視化”的字面意思，思維本是一種不可視的內在活動，在日常教學中，教師需要借助直觀材料啟動學生的思維，并以某種方式呈現學生的思維過程，這樣才能了解學生對知識的理解掌握情況，提供科學的教學指導。在小學數學實驗教學中，學生需要自己動手操作實驗，通過觀察學生的實驗表現，教師就能了解學生的思考方式與思考路徑，以此為依據進行教學決策。比如，教師可通過觀察學生的表情、語言、動作、實驗記錄等了解學生是否對問題進行了深入思考，進而對學生的思維進行有效引導。同樣以“解決問題的策略”一課教學為例，在學生使用小棒圍長方形花圃的過程中，筆者觀察到，某學生先是隨機擺出了一個長7米、寬4米的長方形，又擺出一個長8米、寬3米的長方形。然后，學生分別計算兩個長方形的面積，得出長7米、寬4米的長方形面積更大。此時學生大膽猜測，長更短、寬更長的長方形面積更大。于是，學生分別擺出了長6米、寬5米的長方形以及長9米、寬2米的長方形，驗證了自己的猜想并得出面積最大的圍法。在操作過程中，學生根據現有結論及時調整了思考方向，高效完成實驗任務。教師通過觀察學生的實驗表現，推測出學生的思維過程，靈活調整后續的教學活動。

（3）實驗過程完整

數學實驗的基本流程為從某一問題出發思考相關要素、分析實驗變量、設計實驗方案、動作操作實驗、得出實驗結論、分析反思結論、撰寫實驗報告等。在小學數學實驗教學中，教師不需要完整呈現實驗的規范流程，只需要體現出實驗過程的完整性。換言之，在小學階段的實驗教學中，教師需要重視問題、過程及結果三要素，并以過程為核心。具體實踐中，教師應先確保學生了解實驗要求及實驗步驟，再讓學生動手操作實驗。比如，教師可給出實驗要求及實驗步驟，進行詳細的解讀，或是師生共同設計實驗要求及實驗步驟，調動學生的學習積極性。

2.小學數學實驗教學的意義

（1）促成學生學習方式的轉變

“學生自己動手做”是小學數學實驗教學的核心。在參與實驗探究的過程中，學生能夠充分調動自身已有知識與生活經驗，發揮想象力與創造力，靈活運用大腦和手，逐步深入數學問題，掌握數學知識。在此過程中，學生會及時調整自身思維方式，更加高效地完成實驗任務。由此，學生將會從被動學習數學變為主動探索數學知識，實現學習方式的轉變。

（2）提高教師研發能力

要確保實驗教學的有效性，教師需要充分激發學生參與實驗的熱情與動力，而學生實驗熱情的激發離不開良好實驗環境的營造。鑒于此，小學數學教師應不斷提高自身專業素養及研發能力，為學生提供豐富多樣、創意性強的實驗空間，讓學生發散思維，發揮想象力與創造力，自主參與實驗探究。筆者認為，教師應扮演好創客導師的角色，創設良好的實驗條件，科學引導學生展開實驗。

（3）構筑數學創想空間

數學實驗是一座連接理論知識與學生經驗認知的橋梁。在實驗過程中，學生需要經歷觀察、思考、分析、假設、操作、總結、反思等一系列活動，調動自身知識經驗與數學思維推動實驗的有序開展，借助實驗驗證自己的猜想，從而對數學知識形成深刻的認知，將其內化為自身的經驗與能力。在以往，學生對數學知識的理解大多為關系性理解，通過參與數學實驗，學生將會形成創新性理解，獲得邏輯思維能力的提高。

3.小學數學實驗教學的常見類型

在劃分實驗類型時，不同的劃分角度往往會得出不同的結論。比如，結合實驗工具來看，可將數學實驗劃分為傳統數學實驗與現代數學實驗；根據實驗地點來看，可將數學實驗劃分為隨堂實驗、課外實驗以及實驗室實驗；結合實驗目的來看，可將數學實驗劃分為驗證性實驗、探究性實驗。筆者認為，小學階段的數學實驗可從以下兩個維度展開分類。

（1）根據實驗的重要性進行劃分

按照實驗在一節課中的分量輕重，可將數學實驗劃分為片段型實驗及完整型實驗兩類。其中，片段型實驗意味著實驗活動僅為本節課中的一個環節，其余教學環節并不涉及實驗操作。完整型實驗則意味著一節課就是一個完整的實驗過程。不論是片段型實驗還是完整型實驗，教師都應該充分調動學生的主動性與積極性，讓學生通過實驗獲得自我提升。

（2）根據教學任務劃分實驗

根據教學任務，可將數學實驗劃分為操作體驗型實驗、探索驗證型實驗、拓展思考型實驗三類。其中，操作體驗型實驗具體指的是根據教師根據教學內容為學生提供實物與工具，指導學生科學操作實物或工具，優化學生的學習體驗，使其正確認識數學知識。探索驗證型實驗指的是以實驗探索數學結論或是驗證實驗猜想。拓展思考型實驗是對教學內容的拓展與延伸，主要是借助實驗深入思考數學問題，進一步發展學生的數學能力。

4.小學數學課堂中應用數學實驗的原則

（1）目標性原則

在各個學科的教學中，教學目標都起著統領教學活動的作用，能夠為教學活動的開展提供依據與指導。之所以在小學數學實驗教學中強調教學目標的重要性，是因為現階段的小學數學實驗教學存在形式化傾向，許多教師“為了做實驗而做實驗”，沒有精心設計教學目標，也沒有依據教學目標設計教學方案。小學階段，不同類型的實驗活動往往有著不同的開展目的，比如有的實驗是為了驗證數學猜想，有的實驗是為了得出數學結論，還有的實驗是為了深化學生對數學知識的認識。在實際教學中，教師需要明確實驗目的，思考如何設計實驗才能達到預期效果，以明確的教學目標提高實驗教學的針對性及有效性。

（2）量力性原則

根據皮亞杰的認知發展理論，學生之間存在著差異性，不同學生的認知水平也有所不同，一些學生需要在一定的年齡階段后才能完成相應的認知任務。鑒于此，在實驗教學中，教師應遵循量力性原則，結合學生的現有發展水平設計實驗活動，讓學生能夠通過努力完成實驗任務，獲得自我提升。比如，數學問題是實驗的起始點，教師應將問題難度設置為略高于學生實際認知水平，讓學生借助實驗操作深入問題，掌握其中蘊含的數學知識。其次，不論是教師提供實驗步驟還是師生共同設計實驗步驟，教師都要確保實驗步驟的簡潔清晰，便于不同學習層次的學生參與到實驗活動中。最后，在分析、總結實驗結論時，教師應作出符合學生認知水平的解釋，不過分拔高結論背后的科學原理，給學生帶來不必要的學習負擔。

（3）反思性原則

反思是一個重要的學習環節，通過反思，學生能夠回顧學習方法、總結活動經驗、提煉數學思想。在小學數學實驗教學中，操作實驗、歸納數學結論都是不可或缺的環節，需要教師設置反思環節，引導學生回顧實驗過程，總結實驗結論，從中梳理探究方法及數學思想，形成深刻的認知與理解，從而積累下寶貴的實驗活動經驗。比如，教師可提出一連串問題引導學生進行反思總結：“在今天的實驗中，我們解決了哪一數學問題？得出了怎樣的結論？你還記得實驗步驟有哪些嗎？你認為哪些步驟是非常重要的？實驗的注意事項有哪些？你在操作實驗的過程中是否遭遇了困難？你是如何克服困難的？你認為這個實驗有趣嗎？”

5.小學數學課堂中應用數學實驗的策略

（1）明確教學目標，有序開展實驗

教學目標是影響教學效果的重要因素。在小學數學實驗教學中，教師應制定科學明確的教學目標，圍繞著目標有序展開實驗教學，優化學生的實驗學習成果。一般情況下，實驗教學主要包含兩大方向，一為讓學生依托實驗，發散思維，自主探究解決問題的方法，理解掌握實驗蘊含的數學知識；二為從結論出發，借助實驗檢驗結論的合理性，判斷結論能否成立。教師可根據教學內容明確實驗方向，制定科學合理的教學目標，循序漸進地引導學生完成實驗任務。例如，在教學“三角形的三邊關系”相關內容時，教師可將教學目標設置為引導學生完成一系列實驗，讓學生步步推進、層層深入地了解三角形的三邊關系。在實驗之前，教師可為學生分發若干長度為6cm、10cm、12cm的黑色小棒，以及若干長度為10cm的紅色小棒，作為實驗的主要工具。其次，教師發布第一個實驗任務，要求學生將6cm的黑色小棒剪成兩段（長度為整數），判斷這兩段小棒能否與10cm紅色小棒構成三角形。在學生完成操作后，教師可將6cm的黑色小棒替換為10cm的黑色小棒，讓學生重復上述操作，看能否圍成一個三角形。再次，教師提出問題：“為什么將6cm、10cm的黑色小棒剪開，不能與10cm紅色小棒構成三角形？”引導學生得出“黑色小棒的長度不能短于紅色小棒，否則剪開的2根小棒不能與其構成三角形”的結論。最后，教師發布第二個實驗任務，要求學生使用12cm黑色小棒重復上述操作。經過動手操作，有的學生成功圍成了三角形，驗證了自己的猜想，也有的學生沒能圍出三角形，產生了疑惑。此時，教師可讓學生進行多次實驗操作，列舉剪開12厘米黑色小棒可能出現的情況，逐一嘗試，看怎樣剪才能與紅色小棒組成三角形。通過反復實驗，學生發現只有剪成1cm、11cm的小棒不能與10cm小棒構成三角形。教師可與學生共同探討，引導學生得出“任意兩邊之和大于第三邊才能圍成三角形”的結論。

（2）結合學生學情，確立實驗主題

在實驗教學之前，教師應通過多重渠道了解學生的實際學情，據此合理設置實驗主題，并細化實驗學習目標，便于學生理解實驗原因、實驗內容及實驗方法，從而運用數學知識與數學思維解決實驗問題，完成新知探索。例如，在教學“長方形與正方形面積”相關內容時，本課教學目標為引導學生掌握長方形與正方形面積計算公式，確保學生在解決問題時能靈活運用相關公式，讓學生體會到實驗探究的樂趣。首先，教師要明確實驗主題：探究影響長方形面積的因素。在主題引領下，教師可結合學生的實際認知情況設計一系列小問題，引導學生進行探討學習。比如，教師可提出如下問題：“怎么對比兩個長方形面積的大??？可以采取哪些方法？”此時學生已經了解了單位面積，很容易聯想到可以用面積為1平方厘米的小正方形鋪滿長方形，根據小正方形的數量得出長方形的面積。接著，教師繼續提問：“若要保持小正方形數量不變，改變它們的擺放方式，變為不同的長方形，將會出現多少種情況？”然后，教師便可引導學生展開數學實驗，鼓勵學生自行設計并操作實驗，與同桌共同交流分析實驗結論。有的學生采用了在方格紙上畫畫的方式，逐一畫出可行的方案，并將長方形的面積、長、寬記錄在表格中，完成實驗后整理表格數據，與同學探討實驗結論。結合學生實際學情明確并細化主題符合三年級學生的認知特點，能夠引導學生依次解決問題。

（3）創設問題情境，建立基本猜想

數學問題是實驗的出發點與落腳點。為確保學生了解問題的內容與要求，進而形成合理的假設與猜想，教師應將問題與情境結合，讓學生在情境的輔助下發現問題并建立猜想，推動實驗活動的順利開展。例如，在“可能性”一課教學中，學生需要理解“可能性”的概念，能夠判斷某件事情發生的可能性。考慮到這一概念較為抽象，教師可創設問題情境，引導學生主動參與實驗，在實驗中理解“可能性”的概念并能夠解決相關問題。筆者所創設的問題情境如下：“在生活中，我們常會用“拋硬幣”的方式來做決定，許多同學也玩過“拋硬幣”的游戲。在拋硬幣時，我們會將硬幣高高拋起，待硬幣落到地上，再觀察硬幣哪一面朝上。同學們，你們認為是正面朝上的可能性高，還是反面朝上的可能性高？如果正反面朝上的可能性不一樣，那拋硬幣的游戲是不是不夠公平呢？”問題引導下，學生紛紛調動生活經驗及已有知識，展開合理的猜想。有的學生表示，正面朝上的可能性更高，因為他在拋硬幣時經常出現正面朝上的情況；有的學生認為，應該根據前幾次拋硬幣的情況來判斷，假如連續兩三次都是正面朝上，那么下一次正面朝上的可能性就很??；也有的學生認為正反面朝上的可能性是一樣大的，因為沒有誰能準確判斷每一次拋硬幣的情況，哪一面朝上完全是隨機的。硬幣是生活中的常見物品，從學生熟悉的事物出發設計問題情境，能讓學生快速了解問題問了什么，進而調動生活經驗進行合理猜想，為后續實驗活動的開展創造了良好條件。

（4）引導自主探究，歸納實驗結論

上文提到，實驗教學的核心是“學生自己做實驗”，在實際教學中，教師要突出學生的主體地位，為學生提供更多自主設計并操作實驗的機會，指導學生總結實驗經驗，這樣才能讓學生對數學知識形成深刻的印象，形成自己的一套學習方法。當然，教師也要做好教學指導，留心觀察學生的實驗表現，在學生遇到問題時及時提供指導與幫助，避免學生的實驗結果偏離教學重點。例如，在“可能性”一課教學中，教師可在創設問題情境后讓學生以小組為單位自行設計、操作實驗，并在實驗前給予學生一些建議。比如，由于流通過程中有磨損與氧化的情況，相同面額的硬幣的材質并非完全相同，可選用多枚硬幣進行多次實驗；為了讓實驗結論更加科學可信，應適當提高實驗的次數；拋硬幣的力度、動作以及硬幣下落的位置都會影響到實驗結果，應盡可能保持上述因素不變。在教師的指導下，各小組選出了3名學生拋硬幣，每名學生分到2枚硬幣，每個硬幣需要拋100次。在三名學生拋硬幣的同時，小組其他三名學生負責記錄數據，拋硬幣的同學只需保持動作、力度不變，確保實驗過程的科學性及嚴謹性。經過實驗操作，某小組3名學生的拋硬幣結果各不相同。學生1為：A硬幣正面朝上45次，反面朝上55次；B硬幣正面朝上38次，反面朝上62次。學生2為：A硬幣正面朝上51次，反面朝上49次；B硬幣正面朝上48次，反面朝上52次。學生3為：A硬幣正面朝上58次，反面朝上42次；B硬幣正面朝上66次，反面朝上34次。最后，小組內出現了不同的結論，面對這種情況，教師可引導學生整合數據，將“三名學生用兩枚硬幣分別投擲100次”轉化為“一名學生用兩枚硬幣分別投擲300次”，這樣得出的實驗結論會更加科學。

綜上所述，小學數學實驗教學有著探索起點低、思維“可視化”、實驗過程完整的特點，能夠促成學生學習方式的轉變，提高教師的研發能力并構筑數學創想空間。教師應重視實驗教學的開展，遵循目標性、量力性及反思性原則開展實驗教學活動，通過明確教學目標、確立并細化實驗主題、創設問題情境、引導學生自主探究實驗等策略發揮實驗教學的價值，推動學生數學素養的發展。

參考文獻

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