基于認知過程分析的小學數學探究問題設計與應用

劉少凱

摘? ?要：通過分析學生的認知特點和學習需求，提出針對小學數學教學的問題設計方法。采用定性與定量相結合的方法，通過實驗教學，收集并分析學生的反饋數據，以評估所設計問題的有效性?；谡J知過程的問題設計能夠促進學生的深層次思維，提高其數學問題解決能力，對于優化小學數學教學有重要的理論和實踐意義。

關鍵詞：小學數學；認知過程分析；問題設計；探究學習；教學優化

中圖分類號：G623.5? ?文獻標識碼：A? ?文章編號：1009-010X（2024）04-0049-03

在當前的教育環境中，小學數學教學正面臨著多方面的挑戰和機遇。隨著認知科學的發展，越來越多的研究強調了根據學生的認知過程來設計教學內容的重要性。特別是在數學教學領域，如何結合學生的思維特點，設計能夠激發學生探究興趣和提高思維能力的問題，成為了一個重要課題。本研究旨在探索一種基于認知過程分析的小學數學探究問題設計方法，以期提高學生的數學學習效率和興趣。通過這種方法，希望能為小學數學教學提供新的視角和策略，進而促進學生全面而深入的數學理解。

一、文獻綜述

（一）相關理論概述

近年來，教育心理學和認知科學領域的發展為小學數學教學提供了新的理論指導。特別是構建主義學習理論，強調了學習是學生主動構建知識的過程。在這個框架下，學生的先前知識、經驗和認知發展水平成為影響學習的關鍵因素。Vygotsky的社會文化理論也對小學數學教學產生了深遠影響，這一理論認為學習是一個社會互動過程，強調教師和同伴之間的互動對學生認知發展的重要性。在這些理論的指導下，教育研究者和實踐者開始重視設計符合學生認知特點的教學活動，以促進學生的深入理解和長期記憶。

（二）國內外研究現狀分析

在國際范圍內，基于認知理論的教學方法已被廣泛應用于數學教學中。例如，美國、英國和加拿大等國的研究者開展了一系列關于數學問題解決策略的研究，這些研究側重于如何通過問題解決活動促進學生的認知發展和數學思維能力的提升。在中國，隨著教育改革的深入，越來越多的教育專家和學者開始關注小學數學教學的創新。他們致力于結合中國的教育環境，開發適合本土學生的數學教學方法。然而，目前國內外在這一領域的研究仍主要集中在教學方法和學生表現的表層分析，對于學生認知過程的深入探討相對較少。

（三）研究差距與創新點

盡管現有的研究為小學數學教學提供了寶貴的理論和實踐指導，但仍存在一些明顯的研究差距。首先，當前的研究往往忽略了個體差異對學習過程的影響。學生的認知能力、學習風格和先前知識在數學學習過程中扮演著重要角色，但這些因素在教學設計中往往未得到充分考慮。其次，關于如何有效結合認知理論設計數學探究問題的實證研究仍然不足。大多數研究側重于理論探討，而缺乏針對具體教學實踐的深入分析和驗證。本研究的創新點在于，它不僅關注數學問題的設計，而且重視如何根據小學生的認知特點來優化這些問題。本研究還將通過實證研究來驗證這些設計問題的有效性，這不僅有助于填補現有研究的空白，也將為未來基于認知理論的教學實踐提供重要的參考。

二、研究方法

（一）研究設計

本研究采用混合研究方法，結合定性與定量分析，以更全面地探索和評估基于認知過程的小學數學探究問題設計的有效性。定性研究部分側重于理解學生在解決數學問題時的認知過程，包括他們的思維模式、解題策略和可能遇到的難點。為此，本研究將進行課堂觀察和學生訪談。定量研究則旨在通過數據分析評估這種教學方法對學生數學成績的影響。為了實現這一目標，研究將對學生的數學測試成績進行收集和分析。

（二）研究對象和樣本選擇

研究對象為某城市的兩所小學的三年級和四年級學生。這兩個年級的學生已經具備了一定的數學基礎，同時在數學學習上面臨新的挑戰，適合作為研究數學探究問題設計的對象。樣本選擇將采用隨機抽樣的方式，確保研究結果的普遍適用性。每所學校將隨機選擇兩個班級，一個班級作為實驗組，另一個作為對照組。實驗組將采用基于認知過程的數學探究問題進行教學，而對照組則維持常規教學方法。

（三）數據收集與分析方法

數據收集將分為兩個階段。第一階段，通過課堂觀察和學生訪談收集定性數據。課堂觀察將記錄學生在解決數學探究問題時的行為和互動，而訪談則深入探究學生的思維過程和感受。第二階段，通過數學測試收集定量數據，比較實驗組和對照組學生的數學成績，以評估教學方法的效果。數據分析將使用混合方法。定性數據將通過內容分析法進行分析，以揭示學生的認知特點和學習過程。定量數據則通過統計方法分析，如t檢驗，以評估教學方法對學生數學成績的影響。最后，將定性和定量結果進行綜合分析，以得出全面的研究結論。

三、研究實施與結果分析

（一）實驗教學的具體實施

本研究在兩所小學的四個班級中進行了為期六個月的實驗教學。實驗組共有學生60人，對照組共有學生58人。在實驗組中，教師采用了基于認知過程分析的數學探究問題進行教學。這些問題設計著重于激發學生的思維活動，引導他們通過討論、合作解決問題。每周進行兩次此類教學活動，每次45分鐘。對照組則維持常規的數學教學方法，同樣進行每周兩次的教學活動。在實驗期間，所有參與教學的教師均接受了專業培訓，以確保教學方法的一致性和有效性。

（二）數據分析與結果呈現

實驗結束后，通過對學生的數學成績進行了詳細分析。在實驗開始前，實驗組和對照組的平均數學成績分別為72分和73分，差異不顯著。實驗結束后，實驗組的平均成績提升到了85分，而對照組的平均成績則提升到了78分。通過t檢驗分析，這一差異在統計上是顯著的（p<0.05）。實驗組中優秀（成績在90分以上）學生的比例從實驗前的10%增加到了30%，而對照組則從9%增加到了15%。這一結果表明，基于認知過程的數學探究問題設計對提高學生的數學成績有顯著效果。

（三）結果討論

通過本研究的實驗教學和數據分析可以看出，基于認知過程的數學探究問題設計對于提高小學生的數學成績具有積極影響。實驗組學生的成績提升更加顯著，尤其是在優秀學生的比例增加上更為突出。這可能是因為這種教學方法能夠更好地激發學生的思維能力，促進他們主動探索和解決問題。同時，這種方法也可能幫助學生建立了更加堅實的數學基礎和更高效的學習策略。

本研究通過對小學生的認知過程進行分析，并基于此設計數學探究問題，取得了積極的成效。研究表明，當數學問題設計充分考慮學生的認知特點時，不僅能夠激發學生的學習興趣，還能有效提升他們的思維能力和問題解決技巧。這種基于認知過程的教學設計方法對于優化當前的小學數學教學具有重要的意義。未來，教師在設計教學內容時，應更多地考慮學生的認知發展水平和個體差異，采用更多樣化和個性化的教學策略。

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