运用数学知识促进科学教学

〔摘 要〕 小学科学教学在培养学生对自然界的好奇心方面发挥着关键作用。数学作为一种工具语言，为科学探究提供了必要支撑。科学与数学的融合教学在小学阶段具有重要意义。小学阶段是学生认知发展的关键时期。科学教学不只关注知识的传授，更重视培养学生的观察力、实验能力和创新思维。数学作为科学探究的重要工具，其在科学教学中的运用能够加强学生对科学概念的理解。本文深入探究了小学科学和数学教学之间的紧密联系，借助多种路径实现小学科学和数学的融合。

〔关键词〕 小学科学；学科融合；数学

〔中图分类号〕 G424 〔文献标识码〕 A 〔文章编号〕 1674-6317 （2024） 19 034-036

《义务教育课程方案和课程标准》明确指出：原则上，各门课程用不少于10%的课时设计跨学科主题学习。小学科学与数学的融合可以促进学生综合素质的提升。这种教学方式能够帮助学生形成系统的思维方式，培养其解决实际问题的能力。融合教学方式能够为学生提供全新的学习体验。这种体验突破了传统教育模式的局限，为学生的全面发展打下坚实基础。

一、小学科学和数学教学的紧密联系

科学与数学教学的紧密联系体现在多个方面，体现在探索自然界和理解世界的过程中。美国《国家科学教育标准》指出，科学需要运用数学搜集、处理数据，运用数学进行推理，以形成概念、定律和理论。这为小学科学和数学教学的融合提供指导原则。数学概念，如计算、估测、测量，不仅是数学学习的重要部分，也是科学实验探究中不可或缺的工具。在小学阶段，学生通过实际操作，学习如何量化处理真实世界中的数据。除了基础的量化技能，数学可以帮助学生发现规律，进而做出正确预测。学生通过对收集到的数据进行整理运算，能够观察到其中的数学模式，从而形成对科学现象的深入理解。这一过程不仅促进了学生逻辑思维能力的提高，也激发他们对科学探究的兴趣。

二、运用数学知识推进小学科学教学

（一）立足教学要求，确定融合内容

教师需对科学与数学的教材进行详细的阅读分析，以识别两门学科中相互关联的内容。教师要关注科学与数学之间的内在逻辑联系，以确保融合教学在知识层面的连贯性。教师需根据识别出的融合点，制订相应的教学计划。在此过程中，教师可以将数学和科学的知识点有机结合起来，形成完整的学习单元。在教学过程中，教师需运用合理的教学方法，引导学生探索科学现象背后的数学原理，同时用数学工具来解释科学概念，增进学生对科学知识的理解。

以《一天的气温》一课为例，教师在课上先引出气温变化的科学概念，让学生理解气温如何随时间变化，并激发学生对气候变化的兴趣。接下来，教师指导学生进行实际的数据收集工作。学生要观察并记录一天中不同时间点的气温。在此过程中，学生需学习如何准确地读取温度计的数据，并确保记录的准确性。随后，教师将引入数学知识，教授学生如何将收集到的气温数据整理成表格，并用折线统计图来表示。在这个环节中，学生学习如何使用数学工具来呈现科学数据，了解折线图的绘制方法及其在表达数据时的有效性。教师需明确指导学生如何在坐标轴上标记时间和温度、如何连接各个数据点，以及如何从图表中读取信息。在绘制折线图的过程中，教师需要重点强调数据的可视化对于理解分析科学信息的重要性。学生在亲自绘制折线图的过程中，不仅锻炼了数学技能，同时也能更深入地理解气温变化的科学原理。此外，教师还应引导学生对所绘制的折线图进行分析，让学生尝试解释图表中呈现的气温变化趋势，并将其与科学知识联系起来。引导学生探讨为何上午的温度会逐渐升高，下午又会有所下降，以及这些变化与太阳辐射科学现象的关联。教师应有效地将科学和数学的知识结合起来，提升学生对科学知识的理解，增强学生解决问题能力。

（二）填补教材断层，丰富学习体验

科学和数学拥有独立的知识体系，并在多处存在相同的知识点，但知识点的学科目标要求、呈现顺序以及知识结构往往不尽相同。因此，教师在融合这两门学科时，面临的主要挑战是如何在保留各学科特色的同时，实现知识的整合。教师需要对两个学科的知识网络体系进行详细梳理，准确识别两门学科相交叠的知识点，考虑这些知识点在各自学科中的呈现方式和教学目标。这一过程不仅需要教师对学科知识有深入理解，还需要具备跨学科整合的能力。教师需设计出打破学科界限的教学策略。在这一策略中，教师应关注如何将相同的知识点在不同学科中以不同的方式呈现，以适应各自的学科特点。在实现学科优势互补的过程中，教师还应考虑如何将科学和数学的知识结构进行有效整合。这需要教师在教学过程中对传统的教材内容进行调整补充，以确保学生在连贯、系统的知识框架中进行学习。

以三年级科学课程《物体的运动》为例，在教学中需要用到四年级数学中“平均数”的知识点。面对两个学科中知识点编排顺序的不一致性，教师需采取创新的教学方法来缩小这一差距，并丰富学生的学习体验。教师需要重新组织教学内容，将科学课程中“拉力与小车速度的关系”与数学的平均数概念相结合。在这一教学过程中，教师引入“拉动小缆车”的实验，让学生仔细观察外力作用下小缆车的运动变化。通过提出核心问题“小缆车的行进速度受什么影响”，激发学生的好奇心，引导他们提出假设，并选择具有代表性的因素进行实验。在实验过程中，学生使用砝码和小缆车作为实验器材，通过改变砝码数量来改变拉力，探索拉力对小车运动速度的影响。每个小组进行五次实验，并收集时间数据。这里就涉及了数学知识点——平均数的应用。学生会发现，不同小组的实验结果之间存在差异，于是引发关于如何确定最终实验结果的讨论。教师需要通过一系列问题引导学生思考平均数的概念，让学生通过比较平均数和原始数据，探讨不同小组数据的差异，以及预测数据变化对平均数的影响，从而深入理解平均数的含义和在实验中的应用。

（三）深入学习原理，推动知识生长

在小学科学和数学有效融合的教学实践中，深入探究学习原理，探索知识生长的路径，遵循波利亚提出的学习理念，即知识的最佳学习途径是通过自身的发现探究。教师要鼓励学生在科学领域主动探究，深化理解，并掌握内在规律、性质和联系。教师在促进学生自我探究的过程中，需精心设计教学活动，使其既符合科学原理，又融入数学思维。在这个过程中，教师应重视培养学生的观察力、实验能力和分析能力。通过提出引发思考的问题，设置具有挑战性的实验任务。教师引导学生在实际操作中发现科学现象，探索其背后的原理，并运用数学工具进行量化分析。

以科学课程《简单机械》为例，教师可以将本课与数学综合活动“自行车中的数学”结合。教师可以通过自行车来解释简单机械的工作原理，让学生探究杠杆原理在自行车刹车系统中的应用，分析轮轴和滑轮如何在自行车的运动中起作用。在这个过程中，学生不仅学习了简单机械的科学原理，还能通过观察实验来理解这些原理在实际生活中的应用。教师可以引入数学综合活动，让学生计算自行车轮子的周长、齿轮比例或者行进速度。在这一环节中，教师需要设计一系列问题，引导学生使用数学工具来解决这些问题。教师可以提问：“如果自行车轮子的直径是65厘米，那么一次完整的旋转将覆盖多长的距离？”之后教师需要鼓励学生通过小组合作，共同探讨解决问题的办法。

（四）感受实践过程，延展知识长度

在小学科学和数学有效融合中感受实践过程的教学路径，强调将知识从书本转化为生活应用，并通过综合实践活动，将课堂学习与社会实践相结合。教师需要设计组织跨学科的研究性学习活动，使学生能够在实践中应用所学知识。在实施这一教学路径时，教师要识别生活现象中可以作为研究问题的主题。这些主题应该能够激发学生的兴趣，同时能够涉及科学和数学多个知识点。在这个过程中，教师需要引导学生主动搜集分析数据，鼓励他们提出假设，并进行实验验证。这些活动不仅局限于课堂内部，还可以延伸到课外。教师可以积极组织社区访问活动，确保学生能够在真实环境中观察、记录和分析数据。

以综合活动“调查校园植物”为例，教师要先引导学生进行实地调查，测量学校绿地面积。这一过程中，学生将使用各种测量工具来测量绿地的长度和宽度。针对不规则的绿地面积，学生需要运用割补法进行测量。这不仅涉及科学观察的技能，还需要学生应用数学知识进行面积的计算。接下来，教师将引导学生探究不同植物的产氧量是否相同。学生首先需要对校园内的植物进行分类，如草类、常绿树和落叶树，并通过网络查找资料、请教教师等方式来了解不同植物的产氧量。这一过程中，学生不仅学习了植物学的基础知识，还培养了研究沟通能力。在获取植物分类和产氧量的初步信息后，学生将进行光合作用产氧实验。在这个实验中，学生需要确定变量及定量，设计对比实验方案，证明植物通过光合作用能产氧，并分析影响产氧量的因素。这一过程不仅加深了学生对植物科学的理解，也锻炼了他们的实验设计能力。此外，教师还会引导学生探究学校师生每天需要的氧气量。学生将查找每人每天的需氧量等资料，并统计学校师生的人数。通过运用统计图整合计算数据，学生可以计算出整个学校师生每天的总需氧量，并据此分析数据得出结论。教师需要确保学生在进行测量、分类、实验设计和数据分析的过程中，正确理解相关的科学和数学知识。同时，教师还应鼓励学生进行小组讨论，以促进知识的共享和思维的碰撞。通过这种跨学科的综合实践活动，学生不仅能够将科学理论应用于实际生活中，还能够通过数学工具进行精确的数据分析，从而全面深入地掌握科学知识。

三、结语

总的来说，小学科学和数学教学有效融合有助于学生对知识的深入理解，还促进了学生综合能力的提升。科学与数学之间的紧密联系，使两者的融合成为提高教学效果的关键。本文借助具体的教学实例，生动地展示了如何在实践中实现科学与数学的有效结合。这些活动不仅激发了学生的学习兴趣，而且提高了他们在实际生活中应用科学数学知识的能力。借助实际案例的教学，学生能够更好地理解科学原理和数学概念，并将这些知识应用于解决实际问题。在跨学科的融合教学模式下，学生不仅学到了具体的科学和数学知识，更重要的是学会了如何将这些知识应用于现实生活，理解科学与数学之间的内在联系。这种教育模式对于培养未来社会所需的多元化、创新型人才具有重大意义。

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