小学数学探究实验教学的深度思考与实践

2020-12-16甘肃省张掖市甘州区青年东街小学734000刘泉山

中小学实验与装备 2020年5期

甘肃省张掖市甘州区青年东街小学(734000) 刘泉山

1 前言

《义务教育数学课程标准》指出：“有效的数学学习活动不能单纯地依赖模仿与记忆，动手实验、自主探索与合作交流是学生学习数学的重要方式。”数学探究实验教学是在教师引导下，恰当地运用实验操作的方法，引导学生通过观察、实验、猜测、推理、交流、验证等实践活动得出结论的一种教学方式。数学实验与科学实验一样，不仅需要动手、动脑，更需要调动多种感官参与活动，其间伴随着大量的数学思维活动。因此，数学实验作为数学教材改革的重要内容，大量出现在现行的数学教材中，其意义就是要通过让学生亲自设计和动手实验，体验数学知识的形成和解决问题的过程，并从实验过程中真正理解、掌握数学思想和方法，获得广泛的数学活动经验，从而达到提高技能、积累经验、发展应用的目的。大量实践表明，不断总结、创新实验教学方法不但可以改善学生的学习状态，还能为他们的创新思维培养打开另一扇窗。

2 对当前小学数学探究实验教学存在问题的思考

2.1 思考一：探究实验教学追求表面的和谐完美

在数学探究实验教学中，我们经常会看到教师分组分发实验材料，然后提出问题，强调实验探究步骤，最后经过“热烈”合作探究解决了问题的现象。通过观察不难发现，这些教师往往只关注了探究实验教学的形式，如要求分组、实验、记录、交流、验证等表面形式，却忽视了探究实验合作学习的实际效果。虽然小组合作探究实验学习确实增加了学生参与的机会，调动了学生学习的积极性，有些学生从头到尾都很开心，但是往往成绩好的学生参与的机会更多，成绩欠佳的学生成了听众，汇报交流也变成了优等生展示自我的舞台，大部分学生思维处于旁观状态，并没有从合作交流中获得有用信息。有些探究实验教学课甚至就是走走过场、场面混乱，盲目追求课堂教学组织形式的“和谐完美”，没有关注学生的情感体验、动手技能等。

2.2 思考二：探究实验学生没有形成科学研究的方法

在有些探究实验教学中，有的教师为了保证教学环节的完整、教学任务的完成，对实验过程中出现的各种问题，缺乏及时有效的提示、点拨、引导，学生合作探究技巧、观察推理能力、科学研究的方法等没有得到实质性的提高。动手实践、自主探索与合作交流是学生学习数学的重要方式，这种学习方式的目的就是要帮助学生树立主体意识，引导学生主动、富有个性地学习。因此，学生要进行实验、探究、深入地解决一个问题，即要按照一定的步骤、方法完成整个探究过程，同时还要留给学生充足的合作探究时间，让学生在充分实验、独立思考的基础上，积极参与小组讨论，认真倾听、分析他人的观点，让不同思维在交流中碰撞出智慧的火花，从而有效地完成对知识的主动建构。

2.3 思考三：探究实验教学没有触动学生的深层思维

当前实验探究教学中存在一个较严重的弊端，就是教师的指向过于明确，即答案局限于教材或课前的预设，课堂缺少一些生成性的探究。在学生自主合作探究实验教学的不同阶段，虽然都离不开教师的积极指导，却不能全权代劳。比如在探究实验开始时，学生可能有好多种猜想和假设，一些教师对于猜想不正确的想法或置之不理，或一言蔽之，缺乏有效的引导，没有考虑产生这种现象背后的深层原因和有价值的地方；在探究实验过程中，教师对于一些关键性、连贯性的思维构建缺乏提示或指导，学生缺乏在质疑中思考、在争论中达成共识的机会；在探究实验结束时，由于受到各种因素的启发，有些学生可能有了新发现、新思路，迫切想表达这种意愿却没有机会；还有些教师没有留给学生独立思考和展示自我的时间和空间,限制了学生发散思维和创新思维的广度和深度。长此以往，学生发现问题、提出问题、解决问题的主动性和能力也会变得越来越差，批判性思维更是少之又少。正是教师对学生思维的包办代替折断了学生创新思维的双翼。

3 深度探寻小学数学探究实验教学的路径

数学探究实验教学是学生“做、学、思、创”一体的新型学习方式，可以有效激活学生的积极性、主动性和创造性。

3.1 数学探究实验教学，从思考的原点出发

教育心理学家奥苏伯尔说过：“影响学生的唯一最重要的因素，就是学习者已经知道了什么。要探明这一点，并据此进行教学。”一般来说，有疑问，就要寻找出原因，好的思考者一定善于从原点开始思考，并成为一种习惯。因此，一个有智慧、有经验的教师，应该在学生实验学习的过程中善于制造认知冲突，激起学生深度思考的源动力，使数学学习过程成为一个“冲突”不断产生、化解和发展的过程。比如在学习“两点间线段最短和点到直线的距离垂线最短”定理时，笔者首先是让学生在猜一猜、想一想的环节中产生认知冲突；然后学生带着疑问再自己动手画一画、量一量、比一比的操作中获取感性认识；最后才让学生谈自己的解题策略和推理感受，以及对彼此的结论和方法进行辩论等。这种既有思考又有动手操作的实验过程，充分激活了学生利用已有的学习经验主动建构知识，学生对概念表象的建构经历了从感性认识到理性认识的升华过程，印象自然特别深刻。

3.2 数学探究实验教学，从学习的体验出发

“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”可见，教师的讲解、示范和演示无论多么精彩，永远也代替不了学生的亲身实践。只有学生真正经历了、感受了、体验了，数学实验才能达至一定的深度。因此，教师要变“学数学”为“做数学”，要留给学生更多动手实践、个性表演、动情抒发的表现机会和空间，让做数学、体验数学成为数学学习的一种常态，才能让学生体验到学习的成功与快乐。例如，北师大版5年级《数学》下册“包装的学问”一课教学，笔者首先回顾长方体重要知识点做好铺垫。接着引导学生将1个、2个、3个……长方体包装起来最少需要多大的包装纸，学生通过2个长方体包装在一起的实验，很快发现了“减少面的面积越大越节省材料”的“学问”，信心倍增。最后在探究较复杂的包装样式中，学生很快就找到了减少了几个大面、几个中面、几个小面，一共需要多少材料。这样的实验操作过程，学生自始至终是一个探索者和发现者，学生所学到的知识是他们自己“创造”出来的，这种体验无疑是深刻的。

3.3 数学探究实验教学，从自主的创新出发

培养创新精神和实践能力是时代发展的需要，也是新课程改革的核心任务。如今我们面对的是一个现代科学技术日新月异的时代，需要人们以一种积极的姿态，主动参与到社会的竞争与发展中，没有创新就意味着没有成功。对小学生来说，通过独立思考、合作与探究学习所取得的新方法、新发现就是创新。因此在教学的过程中，教师既要多用“想一想”“试一试”这种启发式的语言调动学生思维的积极性，激发学生的创新思维，又要启发学生敢于质疑，独立提出新的见解、新的思路，培养学生的独立人格，发展学生的个性才能。

4 小学数学探究实验教学的基本策略

4.1 精心创设问题情境，提出探究问题

在数学探究实验教学中，教师要灵活应用电子白板的强大技术优势，在课堂导入环节，精心创设能激发学生兴趣和探索欲望的活动情景，引导学生不断发现问题、提出需要解决的问题。因此，创设的数学情景要有难度、富有新意，激起学生强烈的认知冲突，诱发学生的好奇心、求知欲，形成良好的探究动机，使学生始终处在一种最佳的探究心理状态。例如5年级下册“有趣的测量”一课，教师以学生熟悉的“乌鸦喝水”导入，激发学生提出“瓶中水面为什么会上升？上升的高度跟什么有关？上升部分水的体积跟石子体积有什么关系？”进而联想到“探究不规则物体体积计算方法”的问题。

4.2 大胆猜想合理假设，理清问题头绪

猜想与假设是学生运用已有知识和实践经验对问题的可能性进行猜测，尝试性地提出自己的见解和想法。牛顿曾说：“没有大胆的猜测，就不会有伟大的发明。”因此，大胆猜测合理假设是科学探究的先导与价值所在。在这一环节中，尽管有些学生的想法还很“幼稚”，还可能存在这样那样的“瑕疵”，但它蕴含着学生渴求解决问题最朴素的动机，所以它能最大限度地调动学生参与实验探究的积极性和主动性，有利于促进学生求异思维和创新意识的发展。因此在教学中，我们可以根据具体实验内容，采取灵活多样的方式启发、诱导、鼓励学生说出自己的想法。例如，“有趣的测量”一课，有的学生说不规则物体体积可能与物体重量有关；有的学生说不规则物体体积可能与测量的容器有关；有的学生说不规则物体体积可能与测量容器的底面积有关；还有的学生说我们可以用橡皮泥来代替石块，把它变成规则物体……在激烈的猜想、假设与辩论中，学生解决问题的思路也越来越清晰。

4.3 细化解决问题方案，设计实验流程

引出本次实验探究需要解决的重点问题并作出大胆猜想合理假设后，教师还要启发学生从实验操作的角度对探究作出具体化、程序化的预设，也就是对实验的途径和方法作出恰当的指导。如对小组的合作与分工作出具体指导；对所需要的材料、仪器、操作技术和安全事项等提出要求；对解决问题的方法、步骤进一步细化、完善，以及对如何科学地观察现象、认真地收集数据等作出指导；最后提示学生通过小组交流、分析对实验的数据作出初步的判断、推理、猜想等。继续以“有趣的测量”为例，在此阶段，经教师启发引导，学生提出解决问题的方法也较多，有量杯测量法、“水满自溢”法、“形体转化”法……经讨论决定采用分组实验的形式，用不同方法来测量、验证、推导“求不规则物体体积”的计算方法。为加强对比性，较多的小组采用“把不规则物体如石块、土豆等放入长方体、正方体甚至圆柱体水箱”来探寻规律。

实践证明，教师通过引导学生寻找解决问题最简洁的实验方案，讨论实验中应注意哪些问题,让学生自主动手实践探究，要比教师直接告知学生答案的效果要好得多。

4.4 自主动手实验探究，形成感性认识

学生在明确了实验任务和操作步骤之后，然后分组开始动手实验。学生在动手操作实验中，手脑并用，产生实践经验，经小组交流、分析后初步发现知识规律，得出了“水面上升部分的体积就是石块体积”的初步认识，即石块体积=水面上升后体积-水面上升前体积。经过教师的启发诱导，学生决定通过进一步实验来验证这一结果。在这一过程中，学生按预设的实验方案很自觉地去合作探索,同时每个人的思维在观察、讨论、思考中相互碰撞，满足了不同学生的学习需求。可以说学生将这些不规则物体用上述多种方法转化为规则物体得出实验结果的过程,就是一个探究性学习的过程，因此他们对知识的认识和理解也就更加理性和深入。

4.5 教师引导归纳评价，深化知识结论

在学生通过实验得出初步的感性认识后，教师要抓住有利时机，组织学生将实验数据进行全班交流评议、去伪存真，甚至还要引导学生把实验中获得的感性材料用表格法或图像加以合理筛选分析，以深化学生感性认识。有时为了避免操作实验中出现误差给学生带来认识上的误区，我们还要利用现代教育技术装备优势，采用虚拟实验方式，将学生的整个思维过程快速连贯地整理一遍，让学生加深对客观规律的认识和理解，在学生头脑中形成清晰的理性认识，养成严谨的科学研究态度。一般来说，小学生探究到这一步也就达到教学目标了，如果有学生提出将放入水中的石块、土豆提出来，会产生什么样的情况？这样的逆向思维问题，教师可顺势而为，进一步启发诱导学生探寻解决这一问题的一般方法，进而将探究的成果扩大化。最终学生也就真正理解了“不规则物体体积=容器底面积水面上升(或下降)的高度”这句话的含义，进而培养了学生的发散思维和逆向思维能力。

4.6 及时巩固实验结果，发展应用意识

练习是数学实验探究教学必不可少的重要组成部分，是学生对实验结果的实践应用，也是促进学生拓宽知识面、发展创新思维的重要手段。因此练习题设计要从学生实际出发，遵循形式新颖、循序渐进、讲求实效的原则。例如，本节课除了设计一些常见的把不规则物体放入长方体中求物体体积的巩固练习题以外，还可以设计一些把不规则物体放入正方体中求物体体积的变式练习题，甚至还可以设计一些将不规则物体从长方体、正方体中取出，水面下降的拓展题，让学生进一步提高认识，达到举一反三的效果。