体验性探究，让数学邂逅科学——以科学、数学联片教研《杠杆的科学》为例

刘敬辉四川省泸州市纳溪区合面镇沙岭小学

体验性探究，让数学邂逅科学
——以科学、数学联片教研《杠杆的科学》为例

刘敬辉
四川省泸州市纳溪区合面镇沙岭小学

将体验性科学探究融入数学课程，以增强数学问题的原型感、真实感；将数学原理或方法植入科学探究，以提高探究过程的科学性、严谨性。从知识建构的过程和方法来看，这无疑是对科学与数学进行的一场学科融合式教学实践与研究。究竟效果如何？笔者以一次科学、数学联片教研《杠杆的科学》为例，通过问题比较与案例分析的方法，论述了科学探究在数学与科学融合方面所展现出的魅力。

科学探究；概念；规律

一个未经科学方法处理的生活真问题，从其所涉及的问题知识属性来看往往是集复杂性、综合性与系统性为一体的。因其涉及众多领域、不同学科的知识，因而凭借单一学科知识解决问题时无疑增加了学生额外的认知障碍和思维负担。正如生活中杠杆的应用，既涉及《科学》中与杠杆有关的知识，同时又包含《数学》中点与直线、相似三角形等知识。用满堂数学味儿的思维开启数学知识的讲解未免缺失了生活的灵气；同样，若只依照科学探究的一般过程展开杠杆规律的教学，又为学生理解什么是力臂、杠杆的本质特征等重要概念属性时埋下了理解隐患。应该说很多科学问题的解决势必要依赖于数学运算、推理等过程，而一些数学问题的解决亦需要科学实验的证实。在学科属性相通、学习规律及学习方式相融的情况下，用体验性科学探究来解决数学问题，用问题情境中的数学来揭开科学的神秘面纱。循着这样的逻辑思路，笔者围绕数学与科学教学策略相融相生的特性，借助于体验性探究过程，让数学与科学在水乳交融中焕发出新的学科生命力。

一、体验性科学探究为数学概念或规律的获取构建智趣相宜的生活情境

体验性科学探究作为一种非学生性实验，在以往科学概念课、规律探究课等课型中，经常被科学教师冠以“引课”的名义，营造一种极具思考意义和价值的科学体验情境从而有效拉近学生的前概念和科学新授概念或新授规律之间的距离，达到实现预期教学的目的。而在近期开展的一次科学与数学联片教研活动中笔者深受教研员和教师研讨的影响，对体验性科学探究在数学概念课、规律探究课等课型中的实用性效能有了更深的思考。

概念获得是指“在不同的种类中寻找并列出能够区别开来的特点。”概念获得需要学生对包含概念特征的例子和不包含概念特征的例子进行比较，以此来发掘已经存在于另一个人思想中的类别特征。遵循其形成的思维逻辑，在构建数学“相似”概念的过程中，学生要在教师的示例和引导下确定为何这般归纳的依据。既要从诸多纷繁零散的示例中寻找某一相同的特质，并且这一特质还要经得起新示例的考验，直到归纳出的共性特征足以涵盖所有属于这一类事物而不具有任何特殊性为止。如某教师的具体做法是以现代版“曹冲称象”为情境，引发学生的思考。既在真问题中探寻数学原理或方法。数学课结束后，同学们又迎来了一节同课异构的科学课。现比较A、B两位教师对“杠杆的科学”概念教学的不同处理方式，来阐明体学科相融的效能。

对于“杠杆”这一概念的获得，A教师采用生活中较为常用的钳子、镊子、指甲刀、启瓶器等工具，通过拔钉子、夹纸片、剪指甲、起瓶盖儿等为学生提供了一种具有一定开放程度的体验性实验。让学生在参与体验的过程中来感受和认识“杠杆”究竟是一种什么样的机械。B教师则采用了让学生观察动态的“跷跷板”演示图片，并归纳总结“什么是杠杆”。（这样的设计主要是基于学生在数学课中已对杠杆有了一定的接触和认识）

显然，在一种真实的情境体验中，学生的原有认知和当下的实际体验才能构成一个相对封闭和完整的思考链。学生以教师的问题（什么是杠杆？）为体验的出发点，借助于体验通过一定程度的思考和概括总结，归纳出解决问题的有效途径或找到当下自己能够认可的答案。在初步的概念形成之后，学生进一步利用另外一种尚未尝试过的工具再次展开思维的验证过程，即进一步评估刚刚形成的“杠杆”概念能否对新的杠杆工具进行阐明。若他的发现对所有的杠杆都能够进行概括性的说明和解释，这无疑是学生思维创造性的发展。倘若存在一定的问题，这才是很多科学教师将会面临的问题新常态。当然，这就需要教师进行再度的引导，让学生重新审视概念获得的过程，到底是哪一个特征被忽略了。这时学生会以新的问题为思考的导向，再一次体验和感悟直至相对完整的科学概念或规律建立为止。诚然，对于不善于总结和发现科学概念或规律的学生而言这也是一次意义极为重大的尝试，至少在新的科学概念或规律来临时他也会建立起类似的思考模式，毕竟他已经是一位参与过类似体验的经验者了。

二、体验性探究为科学概念或规律的认识和理解打开学生兴趣的大门

考量科学探究效能高低的因素有很多种，但不能将最终是否得到预期的完美结论作为实验成功的终结性评价。而对于刚刚走进科学世界大门的孩子来说，如何培养其发现问题、提出问题的能力往往远胜于对问题的解释能力。

正如为什么要探究杠杆的平衡？哪些因素会影响杠杆的平衡条件？这些条件会如何影响杠杆的平衡？把握这些问题对《杠杆的科学》实验教学的影响要远胜于学生仅仅知道一条干巴巴的结论。因此，在科学探究之前设计一个能够让学生提出具有研究价值问题的体验性实验显得尤为重要。而同时，必要的数学原理或知识的渗透也为学生突破对杠杆本质的认识有非常好的辅助性作用。

以《杠杆的科学》为例，在水平平衡的杠杆一侧悬挂一定数量的钩码，在另一侧用弹簧测力计来体验不同位置杠杆平衡时力和力臂大小的相对关系。并要求学生用数学画图的方法来再现这一过程，并从中寻找相似相似三角形。该体验性实验即可以为学生猜想出具有一定探究价值的问题提供特定的科学环境，同时又为突破后续探究实验中为何要调节杠杆水平平衡埋下伏笔。

再者，这种体验性实验的植入，有效降低了探究实验的难度，最大程度的保护了学生的思考兴趣。

科学教学重在解决问题，而解决问题的一个重要方面在于判断与提出问题相关的信息是什么，还在于对该信息的收集、整理、分析和归纳。数学教学则更加注重数学思想、数学方法的渗透。而体验性探究过程的设计，恰是以最符合科学认知的过程来还原和重构学生的学习兴趣，它犹如一剂良药，让稍显复杂的科学概念表现出数学方程式简单的美，而在抽象的数学概念中加入了些许辅料，如催化剂一般，激活了学生一探究竟的热情。