運用數學知識促進科學教學

〔摘 要〕 小學科學教學在培養學生對自然界的好奇心方面發揮著關鍵作用。數學作為一種工具語言，為科學探究提供了必要支撐。科學與數學的融合教學在小學階段具有重要意義。小學階段是學生認知發展的關鍵時期。科學教學不只關注知識的傳授，更重視培養學生的觀察力、實驗能力和創新思維。數學作為科學探究的重要工具，其在科學教學中的運用能夠加強學生對科學概念的理解。本文深入探究了小學科學和數學教學之間的緊密聯系，借助多種路徑實現小學科學和數學的融合。

〔關鍵詞〕 小學科學；學科融合；數學

〔中圖分類號〕 G424 〔文獻標識碼〕 A 〔文章編號〕 1674-6317 （2024） 19 034-036

《義務教育課程方案和課程標準》明確指出：原則上，各門課程用不少于10%的課時設計跨學科主題學習。小學科學與數學的融合可以促進學生綜合素質的提升。這種教學方式能夠幫助學生形成系統的思維方式，培養其解決實際問題的能力。融合教學方式能夠為學生提供全新的學習體驗。這種體驗突破了傳統教育模式的局限，為學生的全面發展打下堅實基礎。

一、小學科學和數學教學的緊密聯系

科學與數學教學的緊密聯系體現在多個方面，體現在探索自然界和理解世界的過程中。美國《國家科學教育標準》指出，科學需要運用數學搜集、處理數據，運用數學進行推理，以形成概念、定律和理論。這為小學科學和數學教學的融合提供指導原則。數學概念，如計算、估測、測量，不僅是數學學習的重要部分，也是科學實驗探究中不可或缺的工具。在小學階段，學生通過實際操作，學習如何量化處理真實世界中的數據。除了基礎的量化技能，數學可以幫助學生發現規律，進而做出正確預測。學生通過對收集到的數據進行整理運算，能夠觀察到其中的數學模式，從而形成對科學現象的深入理解。這一過程不僅促進了學生邏輯思維能力的提高，也激發他們對科學探究的興趣。

二、運用數學知識推進小學科學教學

（一）立足教學要求，確定融合內容

教師需對科學與數學的教材進行詳細的閱讀分析，以識別兩門學科中相互關聯的內容。教師要關注科學與數學之間的內在邏輯聯系，以確保融合教學在知識層面的連貫性。教師需根據識別出的融合點，制訂相應的教學計劃。在此過程中，教師可以將數學和科學的知識點有機結合起來，形成完整的學習單元。在教學過程中，教師需運用合理的教學方法，引導學生探索科學現象背后的數學原理，同時用數學工具來解釋科學概念，增進學生對科學知識的理解。

以《一天的氣溫》一課為例，教師在課上先引出氣溫變化的科學概念，讓學生理解氣溫如何隨時間變化，并激發學生對氣候變化的興趣。接下來，教師指導學生進行實際的數據收集工作。學生要觀察并記錄一天中不同時間點的氣溫。在此過程中，學生需學習如何準確地讀取溫度計的數據，并確保記錄的準確性。隨后，教師將引入數學知識，教授學生如何將收集到的氣溫數據整理成表格，并用折線統計圖來表示。在這個環節中，學生學習如何使用數學工具來呈現科學數據，了解折線圖的繪制方法及其在表達數據時的有效性。教師需明確指導學生如何在坐標軸上標記時間和溫度、如何連接各個數據點，以及如何從圖表中讀取信息。在繪制折線圖的過程中，教師需要重點強調數據的可視化對于理解分析科學信息的重要性。學生在親自繪制折線圖的過程中，不僅鍛煉了數學技能，同時也能更深入地理解氣溫變化的科學原理。此外，教師還應引導學生對所繪制的折線圖進行分析，讓學生嘗試解釋圖表中呈現的氣溫變化趨勢，并將其與科學知識聯系起來。引導學生探討為何上午的溫度會逐漸升高，下午又會有所下降，以及這些變化與太陽輻射科學現象的關聯。教師應有效地將科學和數學的知識結合起來，提升學生對科學知識的理解，增強學生解決問題能力。

（二）填補教材斷層，豐富學習體驗

科學和數學擁有獨立的知識體系，并在多處存在相同的知識點，但知識點的學科目標要求、呈現順序以及知識結構往往不盡相同。因此，教師在融合這兩門學科時，面臨的主要挑戰是如何在保留各學科特色的同時，實現知識的整合。教師需要對兩個學科的知識網絡體系進行詳細梳理，準確識別兩門學科相交疊的知識點，考慮這些知識點在各自學科中的呈現方式和教學目標。這一過程不僅需要教師對學科知識有深入理解，還需要具備跨學科整合的能力。教師需設計出打破學科界限的教學策略。在這一策略中，教師應關注如何將相同的知識點在不同學科中以不同的方式呈現，以適應各自的學科特點。在實現學科優勢互補的過程中，教師還應考慮如何將科學和數學的知識結構進行有效整合。這需要教師在教學過程中對傳統的教材內容進行調整補充，以確保學生在連貫、系統的知識框架中進行學習。

以三年級科學課程《物體的運動》為例，在教學中需要用到四年級數學中“平均數”的知識點。面對兩個學科中知識點編排順序的不一致性，教師需采取創新的教學方法來縮小這一差距，并豐富學生的學習體驗。教師需要重新組織教學內容，將科學課程中“拉力與小車速度的關系”與數學的平均數概念相結合。在這一教學過程中，教師引入“拉動小纜車”的實驗，讓學生仔細觀察外力作用下小纜車的運動變化。通過提出核心問題“小纜車的行進速度受什么影響”，激發學生的好奇心，引導他們提出假設，并選擇具有代表性的因素進行實驗。在實驗過程中，學生使用砝碼和小纜車作為實驗器材，通過改變砝碼數量來改變拉力，探索拉力對小車運動速度的影響。每個小組進行五次實驗，并收集時間數據。這里就涉及了數學知識點——平均數的應用。學生會發現，不同小組的實驗結果之間存在差異，于是引發關于如何確定最終實驗結果的討論。教師需要通過一系列問題引導學生思考平均數的概念，讓學生通過比較平均數和原始數據，探討不同小組數據的差異，以及預測數據變化對平均數的影響，從而深入理解平均數的含義和在實驗中的應用。

（三）深入學習原理，推動知識生長

在小學科學和數學有效融合的教學實踐中，深入探究學習原理，探索知識生長的路徑，遵循波利亞提出的學習理念，即知識的最佳學習途徑是通過自身的發現探究。教師要鼓勵學生在科學領域主動探究，深化理解，并掌握內在規律、性質和聯系。教師在促進學生自我探究的過程中，需精心設計教學活動，使其既符合科學原理，又融入數學思維。在這個過程中，教師應重視培養學生的觀察力、實驗能力和分析能力。通過提出引發思考的問題，設置具有挑戰性的實驗任務。教師引導學生在實際操作中發現科學現象，探索其背后的原理，并運用數學工具進行量化分析。

以科學課程《簡單機械》為例，教師可以將本課與數學綜合活動“自行車中的數學”結合。教師可以通過自行車來解釋簡單機械的工作原理，讓學生探究杠桿原理在自行車剎車系統中的應用，分析輪軸和滑輪如何在自行車的運動中起作用。在這個過程中，學生不僅學習了簡單機械的科學原理，還能通過觀察實驗來理解這些原理在實際生活中的應用。教師可以引入數學綜合活動，讓學生計算自行車輪子的周長、齒輪比例或者行進速度。在這一環節中，教師需要設計一系列問題，引導學生使用數學工具來解決這些問題。教師可以提問：“如果自行車輪子的直徑是65厘米，那么一次完整的旋轉將覆蓋多長的距離？”之后教師需要鼓勵學生通過小組合作，共同探討解決問題的辦法。

（四）感受實踐過程，延展知識長度

在小學科學和數學有效融合中感受實踐過程的教學路徑，強調將知識從書本轉化為生活應用，并通過綜合實踐活動，將課堂學習與社會實踐相結合。教師需要設計組織跨學科的研究性學習活動，使學生能夠在實踐中應用所學知識。在實施這一教學路徑時，教師要識別生活現象中可以作為研究問題的主題。這些主題應該能夠激發學生的興趣，同時能夠涉及科學和數學多個知識點。在這個過程中，教師需要引導學生主動搜集分析數據，鼓勵他們提出假設，并進行實驗驗證。這些活動不僅局限于課堂內部，還可以延伸到課外。教師可以積極組織社區訪問活動，確保學生能夠在真實環境中觀察、記錄和分析數據。

以綜合活動“調查校園植物”為例，教師要先引導學生進行實地調查，測量學校綠地面積。這一過程中，學生將使用各種測量工具來測量綠地的長度和寬度。針對不規則的綠地面積，學生需要運用割補法進行測量。這不僅涉及科學觀察的技能，還需要學生應用數學知識進行面積的計算。接下來，教師將引導學生探究不同植物的產氧量是否相同。學生首先需要對校園內的植物進行分類，如草類、常綠樹和落葉樹，并通過網絡查找資料、請教教師等方式來了解不同植物的產氧量。這一過程中，學生不僅學習了植物學的基礎知識，還培養了研究溝通能力。在獲取植物分類和產氧量的初步信息后，學生將進行光合作用產氧實驗。在這個實驗中，學生需要確定變量及定量，設計對比實驗方案，證明植物通過光合作用能產氧，并分析影響產氧量的因素。這一過程不僅加深了學生對植物科學的理解，也鍛煉了他們的實驗設計能力。此外，教師還會引導學生探究學校師生每天需要的氧氣量。學生將查找每人每天的需氧量等資料，并統計學校師生的人數。通過運用統計圖整合計算數據，學生可以計算出整個學校師生每天的總需氧量，并據此分析數據得出結論。教師需要確保學生在進行測量、分類、實驗設計和數據分析的過程中，正確理解相關的科學和數學知識。同時，教師還應鼓勵學生進行小組討論，以促進知識的共享和思維的碰撞。通過這種跨學科的綜合實踐活動，學生不僅能夠將科學理論應用于實際生活中，還能夠通過數學工具進行精確的數據分析，從而全面深入地掌握科學知識。

三、結語

總的來說，小學科學和數學教學有效融合有助于學生對知識的深入理解，還促進了學生綜合能力的提升。科學與數學之間的緊密聯系，使兩者的融合成為提高教學效果的關鍵。本文借助具體的教學實例，生動地展示了如何在實踐中實現科學與數學的有效結合。這些活動不僅激發了學生的學習興趣，而且提高了他們在實際生活中應用科學數學知識的能力。借助實際案例的教學，學生能夠更好地理解科學原理和數學概念，并將這些知識應用于解決實際問題。在跨學科的融合教學模式下，學生不僅學到了具體的科學和數學知識，更重要的是學會了如何將這些知識應用于現實生活，理解科學與數學之間的內在聯系。這種教育模式對于培養未來社會所需的多元化、創新型人才具有重大意義。

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