小学数学实验开发与教学策略

◎郭 宏

(江苏省镇江市扬中市明珠小学,江苏 镇江 212200)

在数学实验教学中，教师要运用专业的工具及材料给学生构建相应的情境，让学生在情境中用正确的方法完成实验操作[1].在这一过程中，教师要引导学生分析知识并在实验的过程中有效地解决问题.可以说，实验教学是落实学生主体地位、培养学生创新意识、启发学生思维、强化数学教育成果的重要教学模式.教师要对数学实验教学进行深化研究，从而构建高效的小学数学教学课堂.

一、实验教学的理论基础

(一)建构主义

建构主义理论认为，数学知识不是绝对的，也没有完全实现对现实世界的客观反映.数学是对客观世界的解释或者假设.而新时期学生学习数学的重要目的就是掌握数学思维，能够运用数学思维观察现实生活、看待客观事物，学会在数学思维的引导下主动地研究事物的发展规律并对现象进行解释.建构主义学习理论指出，学生是学习主体，学习应该是探究地、主动地建构知识的过程[2].小学数学教师在课堂上开展实验教学时，要根据小学生的认知发展水平和心理特点将理论学习与生活相结合，让学生用数学的眼光分析生活中已经存在的现象，并通过这一过程让学生学会如何运用数学思维解决生活中的问题，从而帮助学生在理论与实践的交互中逐渐构建起完整的数学知识体系.

通过实验教学法，教师还可以帮助学生用正确的方法解决问题.在教学中，教师要结合学生已经具备的知识经验和即将学习的知识，通过实验帮助学生构建新的知识体系.在实验教学环节，教师要遵循从具体到抽象、从感性到理性的原则，让数学知识更加具象化，这有助于学生理解数学知识.并且在实验的过程中，学生的动手实践能力能够得到提升，这有助于学生探究能力的培养.

(二)做中学理论

杜威提出，要改变训练主义的教学模式，就要让学生在学习数学的过程中获得自然而然的成长及学习经验.做中学理论强调，教师要关注学生在学习中的自主性，要让学生主动地展开学习并在学习活动中自主思考、自主发现知识、自主学习道理，这样才能够把知识融入学生的内心.做中学理论中的“做”是学习的关键，真正的知识是学生在生活实践中通过动手操作获得的.因此，在小学教育中，教师可以把学生在日常生活中积累的知识作为重点，通过实验教学把知识经验传授给学生，而不是直接给学生讲述数学课本中的内容[3].做中学理论指出，正确的教育活动能让学生在生活中思考、在实践中学习，从而不仅可以帮助学生对知识产生全面且深入的理解，还可以让学生对知识进行灵活的运用.

教师在给学生传授知识时要合理地安排教学内容，要对教学过程进行预测，要先明确教学目标并对教学内容进行深度的掌握，同时要在教学前对学生进行调查，在了解学生的基础上选择合适的方法，从而帮助学生更好地把握学习的关键点.只有安排合理的教学方法、教学内容才能让学生在实践的过程中自主学习知识，才能够有效地提高学生的学习能力、培养学生对数学知识的探究兴趣，从而巩固学生的数学知识体系.

(三)再创造理论

再创造理论是由数学家弗赖登塔尔提出的，他认为正确学习数学的方法应该是教师根据教学内容创设良好的教学环境，从而帮助学生在环境中自主对知识进行探索，而不是将数学知识直接讲述给学生.再创造理论是一种把数学知识与实际相结合，以此让学生深入理解知识的重要学习理论.再创造理论从学生的理解出发，让学生寻找问题产生的原因并根据自己的理解解决问题，不仅突破了传统教学中教师直接传授数学知识的局限，还对学生不进行思考就直接获得知识的过程进行了改进，有助于学生对知识进行掌握[4].

可以说，再创造理论在数学教学中有重要作用.在小学数学课堂上开展实验教学可以让知识点更加有趣、更加生动，这不仅可以开拓学生的思维，还可以让学生在实验的过程中紧密联系数学知识，并按照自己的思维方式对数学知识进行探索，从而提高教学效率.

二、小学数学教学中实验教学的策略

(一)体现学生主体地位，实验具有趣味性

小学生的自控能力不够强，在课堂上容易出现注意力不集中的情况.教师在展开实验教学时要基于小学生的这一特点，让学生全程参与实验，只有让学生参与知识形成的过程，才能够有效体现学生的学习主体地位.教师要注意，实验教学是让学生自主探究、发现知识，而不是利用实验形式把结论或数学知识直接讲授给学生.实验教学要让学生产生参与感，在做实验时保持专注，从而帮助学生更好地理解知识[5].调查发现，在实验教学中，比起教师总结结论，学生更喜欢参与教学实验.新课程标准也指出学生要在实践中发挥主观能动性、发挥学习主体作用，要自己发现知识、探究知识，并总结实验经验，从而提高学习能力.同时，实验教学的效果和环境有较大的联系，好的环境既能有效地提高实验教学质量，也能够提高学生在数学实验过程中的体验.教师要开展高效的实验教学，就要营造良好的学习氛围，并在实验中引入学生感兴趣的元素，让学生在这样的环境下展开数学实验.

以苏教版一年级下册“认识图形(二)”一课为例，在现实生活中，有许多现象都与长方形、正方形、三角形和圆的知识相关.教师在设计数学实验时可以运用生活中一些有趣的几何图形，以此让教学更加有趣，从而吸引学生更加专注地学习本课知识.教师让学生提前准备三明治、魔方、杯垫和长方形的牛奶盒，教师则准备积木.教师根据学生的认知特点和教学内容设计了这样的实验：请同学们观察这些物品，并用积木将这些物品的形状拼出来；在拼的过程中探究这些物品的特点，并说一说如何区分这些几何图形.在设计了这个实验后，教师要先给学生充足的时间研究牛奶盒、魔方、三明治等物品，然后让学生根据这些生活物品的特点用积木拼出相应的图形.

在实验中，学生根据三明治拼出了三角形，根据魔方拼出了正方形，根据杯垫拼出了圆形，根据牛奶盒拼出了长方形.然后教师请同学们用生活物品和拼出的积木玩一个游戏，教师说长方形，那么学生就要在最短的时间内举起自己拼好的长方形积木；教师说圆形和长方形，那么学生就要左手拿圆形积木，右手拿长方形积木.通过数学实验，让学生在拼积木的过程中直观地认识长方形、正方形、三角形和圆，随后又通过趣味游戏帮助学生巩固长方形、正方形、三角形和圆的概念.同时，教师可以让学生将牛奶盒、魔方、三明治进行分解，看牛奶盒展开后是否能够变成长方形？魔方是否能拼成三角形？教师提出一系列的问题后，让学生通过实验寻找答案，并探究几个图形的性质，以此展开深度学习.

(二)重视动手操作，积累学习经验

小学生的年纪较小，从而导致他们的动手能力有限，部分学生难以很好地完成实验.那么，在实验教学中教师要更加注重培养学生的动手实践能力，教师要给学生充足的时间和空间，让学生在操作的过程中结合教学内容探究知识并锻炼动手实践能力.同时让学生在数学实验的过程中感受数学、体验数学，从而积累丰富的数学学习经验.教师在设计实验时除了要注意实验形式，还要注重实验的实用价值，不能盲目地开展实验，也不能让实验教学流于形式，这样既浪费时间又不能帮助学生深入理解数学知识[6].数学本身是实用价值很高的学科，但是部分学生对数学的印象还停留在考试的难题，认为数学学习和现实生活联系不大.如果学生不能准确地理解数学学习的价值，那么也难以重视数学实验.因此，教师要让学生感受到数学实验的价值，要帮助学生通过数学实验达到相应的学习目的，这样的实验教学才是有意义的，才能够让学生更好地运用数学实验解决生活中的问题，从而锻炼自己的动手能力.

以苏教版二年级上册“厘米和米”这一课为例，本课的教学目标是帮助学生掌握厘米和米的概念，让学生能够用不同的测量方式测量物体，同时让学生掌握线段的概念.首先，教师让学生准备一个橡皮擦、一支铅笔、一个课本.其次，在展开实验前，教师要先提出这样的问题：“如何知道橡皮擦、铅笔和课本的长度呢？”有些学生说用尺子量，这时教师要肯定学生的想法，并马上让学生拿出直尺测量橡皮擦、铅笔及课本.一些学生说橡皮擦的长度是3.这时候教师提问：“是3厘米还是3米呢？”学生陷入了沉思.为了提高学生的动手实践能力，教师让学生组成4人一组的学习小组，自主翻阅课本寻找有关厘米和米的资料，之后再动手测量橡皮擦、铅笔和课本的长度.通过小组探究，学生们对橡皮擦、铅笔和课本进行了观察，并结合课本提供的学习资料得出结论：橡皮擦的长度是3厘米.这时教师又继续提问：“哪些物体可以用米来进行表示？又用哪些测量工具呢？”

教师请同学们以教室为实验器具，学生可以不再局限于座位，各个小组纷纷活跃起来，离开座位寻找教室里可以用米这一单位衡量的东西.学生找到一个就在草稿本上写下一个，如果有可以搬到座位上的东西，小组还可以合作搬到座位上.根据学习到的内容学生找到了课桌、墙壁、讲台等物品.教师说道：“同学们找得太棒了！现在请同学们思考如何设计测量方案.”教师提出问题后让小组展开合作探究，有些小组根据厘米和米的关系，用直尺进行测量；有些小组用课本进行测量；还有些小组提出要更换测量工具，用卷尺进行测量……不管是哪种方式，教师都要鼓励学生积极参与实践.学生要将动手过程记录下来并总结实验结论.通过这样的方式，让学生自己设计实验方案并自己动手展开实验，既可以提高学生的实践能力，又可以培养学生的创新意识.

(三)与信息技术相结合

随着互联网的发展，信息技术在不断改变学生的学习方式和思维方式.在这样的情况下，教育也不断向信息化发展且呈现多元化的特点.将信息技术与数学教育相融合是数学进行改革创新的重要途径.新课标也指出，数学教育要根据实际情况，合理地运用现代信息技术.为此，教师在开展数学实验教学时要利用信息技术提高实验教学效率，帮助学生更好地参与实验，并从实验中获得更加丰富的学习体验.

以三年级上册“平移、旋转和轴对称”这一课为例，教师在备课环节设计了一个实验：利用折纸折一个风车，随后将这个风车进行平移旋转，并将这个风车剪为两半，然后合上风车变回原本的样子.教师把这一过程拍摄成微课视频，作为课件之一.然后教师又利用信息技术功能在电子白板上制作了动态实验，教师在电子白板上放置一个圆柱体，点击课件，圆柱体就由左边平移到右边，教师通过可视化工具，将平移的过程利用不同的颜色展示了出来，同时把旋转过程中图形的所有变化展示了出来.这个方式能让学生更加细致地看到整个实验过程中实验工具的变化.在给学生展示了上述课件后，教师又利用信息技术给学生展示钟表指针的运动、电梯的运动、飞机螺旋桨的运动.学生观看视频后，教师让学生分别讲述这些运动是哪种运动类型，学生说电梯的运动是平移、飞机螺旋桨的运动是旋转、钟表指针的运动也是旋转.随后教师继续引导学生：“观看这些视频，同学们是否获得了设计实验的灵感呢？请同学们依据旋转和平移运动，利用轴对称图形设计相应的实验.”

学生在观看视频后已经对平移运动、旋转运动有了直观的认识，学生利用工具制作轴对称图形，有些同学利用纸板拼凑出了一个正方体，有些同学利用剪纸剪了简单的窗花.学生在通过动手实践得到轴对称图形后要先设计实验方案，如把实验工具旋转90度、平移30厘米.学生在设计实验方案后，要把实验工具旋转90度，并且每旋转15度就画出旋转后的图形，并且在平移30厘米的过程中学生要对平移过程进行观察变化.然后学生要根据旋转过程当中所画图形的变化以及平移过程中图形的变化探究这两个运动的特点.有些学生通过实验发现，在平移的过程中，实验工具不管是向左移动还是向右移动，都是直线运动的，而旋转是围绕一个中心转动，旋转过程中图形几个角的方位在不断地变化.

在学生做完实验并得出结论后，教师给学生播放准备好的微课视频，视频中既有实验，又有对知识点的总结归纳，从而帮助学生构建系统的知识体系.

(四)设计操作探究型实验

操作型探究实验是对实物进行直观操作的实验，这类实验可以帮助学生探索还未学习的结论，这对发展学生的数学思维和创新能力有很大帮助.操作探究型实验的特点是探索性和开放性.

以三年级下册“长方形和正方形的面积”一课为例，在本课的教学中，教师要让学生经历长方形、正方形面积计算公式的推导，并掌握这两个面积计算公式，以此用长方形、正方形的面积公式解决简单的实际问题.教师让学生准备若干1平方厘米的正方形，然后让学生摆出3个长方形，第一个长方形的长是5厘米，宽是2厘米；第二个长方形的长是3厘米宽是4厘米；第三个长方形的长是5厘米，宽是3厘米.教师在学生利用1平方厘米的正方形摆出这三个长方形后，告诉学生这三个长方形的面积，并让学生把自己拼凑出的长方形和面积进行对应.教师可以让学生交流、探讨如何通过拼凑的长方形得出长方形的面积.学生通过对小正方形的观察，发现面积不同的长方形的长和宽也不同，由此得出影响长方形面积的因素有长和宽.

根据此实验，教师可以创设情境，通过提出问题让学生探究影响正方形面积的因素有哪些.教师让学生利用小正方形拼凑三个大小不一的正方形，然后提出问题：“这些正方形有什么特点？”有些学生说正方形不管如何旋转都是一样的.随后教师让学生随机拿走其中一个小正方形，并让学生思考拿走这一个小正方形后正方形的面积是否会有变化.有些学生认为有，有些学生认为没有，这时教师可以让学生根据自己的结论展开实验，从而倒推正方形的面积公式.

综上所述，在小学数学教学中展开实验教学可以突破传统数学教学的局限.让学生在动手实践的过程中自主对知识展开探究，可以让学生参与知识的形成过程.实验教学不仅可以培养学生的动手实践能力，还有助于学生对数学知识进行深入的理解，这对培养学生的数学核心素养有重要作用.