基于深度学习的初中数学实验教学探索

【摘要】数学作为初中阶段的重要学科，不但能培养学生的逻辑思考能力，还促进了他们的数理解析能力发展.随着素质教育的推进，初中数学教学正逐渐转向更深入的模式.数学实验在提升学生的学习兴趣和从被动接受知识向主动探究转变方面起到了显著作用.因此，数学实验使得数学课堂变得更有效率和吸引力.文章讨论了如何利用数学实验来促进初中生的深度学习，并提出相应的教学策略，以探索初中数学实验教学在深度学习中的应用.

【关键词】初中数学；数学实验；深度学习

【基金项目】本文系福建省教育科学“十四五”规划2022年度常规课题“基于新课程标准与‘双减’背景下的初中数学实验课组织与重构的实践研究”（课题编号：X293）的阶段性研究成果

数学实验作为一种高效的教学手段，不仅激发了学生的深层思考，也促进了他们数学思维的成长.其趣味性引导学生在数学探究中保持积极的态度.学生参与实验、分析结果的过程进一步加深了他们的数学能力并强化了核心素养.作为与时俱进的教学方式，数学实验教学与当前教育趋势相符，有效地激发了学生的思维潜能，为以深度学习为核心的数学教育提供了动力.

一、创设实验情境，引发深度思考

为了激发学生对数学的学习热情，教师可以巧妙地利用数学实验，创造一个吸引人的学习环境.实验能够鼓励学生积极参与，点燃他们对数学的热忱，并引导他们进入深度理解的学习境界.在设计数学实验时，教师需要结合教材内容和学生对深入理解的追求，策划既有教育价值又富有趣味的活动，使学生在参与过程中获得新视角和体验.这样的生动实验有助于激活学生的思维，增强情境的真实感，进而更深入地融入课堂讨论.考虑到数学与日常生活的紧密联系，教师应从学生的生活实际出发，找到课程主题与学生生活的交集，提供一个接近现实的学习体验.

（一）运用实物创设实验场景

数学实验教学鼓励学生通过动手实践主动探索知识.教师构建基于实物的探索场景时，可以帮助学生将抽象的数学概念、公式和定理具体化，从而清晰地理解数学知识，并将思考过程从假设推向验证.这样一来，学生能够深刻把握知识的核心要义，自然而然地突破学习的重难点.

以上教学中，教师充分给予学生自由探索的空间，只在必要时提供适度的引导.这样的教学方法不仅高效地攻克了本课的要点，还让学生体会到了实验探究的快乐和成就感，极大地提升了他们对学习的热情和兴趣.

（二）运用操作创设实验情境

在初中数学教学中，教师要善于引导学生进行动手操作，并在此基础上创设实验情境，这样，就能够有效地激发他们的数学学习兴趣.

例如，在教学“有理数乘法”一课时，教师可以设计一个让学生通过上下翻转杯子来探究如何使所有杯口朝下的可能方法.通过分组操作实践和讨论，学生不仅锻炼了动手能力，还可以分享观察和生活经验，从而对有理数的运算有更深的理解.比如，学生可能会注意到，翻转杯子的次数和方式如何影响最终的结果.为了让学生更快建立这一联系，可以用“+1”代表水杯的起始状态（口朝上），用“-1”代表目标状态（口朝下），将具体的例子与有理数乘法运算关联起来.通过这样的活动，学生能够在实践中引发深度思考，取得更有效的数学学习效果.在水杯翻转实验中，学生能将有理数乘法与实际操作紧密结合.凭借他们先前的乘法经验，结合对有理数乘法的理解，学生能够有效地将知识相互关联并灵活运用.在游戏中，设定杯口朝上为“+1”，而学生面临的挑战是如何通过翻转操作，使得最终7个杯子全部变为“-1”（即杯口朝下）.通过多次实践和深入思考，学生发现，翻转水杯的数量———无论是奇数还是偶数———对最终结果有着重要影响.当翻转的水杯数量为奇数时，最终的总状态（即所有杯子口的方向）会发生变化；而当数量为偶数时，总状态则保持不变.这种发现不仅增强了学生的实践操作能力，更深化了他们对有理数乘法规则的理解.

这种实验式的学习方式不仅让学生体验到了数学的趣味性，更激发了他们深入探索数学奥秘的热情.通过实际操作与理论知识的相互印证，学生对有理数乘法的理解更加透彻，数学思维能力也得到了进一步提升.

教学实践证明，通过巧妙地创设实验情境，能够引发学生的深度思考，激发他们的数学探索热情.在初中数学教学中，结合实物操作和动手操作，构建与学生生活紧密相关的实验场景时，学生能够更加主动地参与知识的构建过程.这样的教学方式不仅促进了学生对数学概念、公式和定理的深入理解，还培养了他们的实践能力和创新思维.因此，教师在未来的教学中应继续运用实验情境，为学生提供更多动手实践和深度思考的机会，从而全面提升他们的数学素养和解决问题的能力.

二、开展实验活动，推进探究进程

要在数学课堂上充分利用数学实验的潜力，教师应将其作为一种探索证明和学习的过程.在数学的进步中，提出假设始终是关键的一步，这不仅在学习上，在数学发现过程中也极为重要.因此，教导学生如何建立假设是激励他们深入理解数学知识的有效方法.同时，培养学生提出问题的能力同样关键，因为提问是数学思考不可或缺的一部分.在日常授课中，教师可以引导学生基于讲授内容提出疑问、设立假说，并尝试对此进行推断.通过数学实验，学生可以独立地对自己的想法进行验证与确认.恰当安排实验活动，可以激励学生去验证自己的预测，完善他们的假设及推理方法，极大地促进学生自我探索能力的发展.

（一）设计切片式活动，推进探究进程

数学实验对于初中生而言，有两种主要的组织形式：切片式和复合式.针对具体的学习难点、疑问或是容易被忽略的内容，教师可使用切片式实验，这种实验专注于单一问题的解决.而对于更广泛或复杂的知识点群，教师可采用涉及多个活动的复合式实验.切片式实验遵循“实验→结论”的直接模式，它的简洁性使其在初中数学学科的日常教学中易于执行，并有助于建立常规的数学实验教学方式.作为一种单一的实验形式，切片式实验经常被整合进课堂教学中，作为教学过程的一个环节.根据不同的目标、对象和内容，切片式实验可以细分为概念型、方法型等类别.

例如，教学“勾股定理”一课时，为了让学生体验数学中形与数结合的概念，一位教师在教学中设计了一个关于在数轴上标定无理数的切片式实验.通过这个活动，学生以问题为导向，进行独立探索和团队协作.在这个过程中，学生细致地观察与思考，将勾股定理的学习与他们现有的知识和经验相结合，不仅拓宽了对数学领域的认识，也增强了他们在数学学习中的积极性和热情.

切片式实验是一种在数学课堂上广泛使用的活动.要充分利用这种实验的教育潜能，教师必须结合学生的个人特点和学习状况来引导他们参与一个动态且创造性的实验过程.此类实验不仅能够提升学生对数学的热情，还能加深他们对数学知识的理解与认知.更为关键的是，切片式实验通过把抽象的数学概念转换为具体的实验操作，有助于学生更直观地理解数学思考和探索，从而简化复杂的数学问题，使其变得更容易理解.

（二）设计并列式活动，推进探究进程

与切片式实验不同，并列式实验鼓励学生对同一数学问题采取多角度的深入分析.这种活动形式突出了学生的主动性，激发他们在学习中采用多样化的探索方法，尤其是那些个性化的探究方式.在并列式实验中，学生可同时开展多项实验，并且不同的路径或方法最终都能得到相同的数学结论.为确保实验的效率和有效性，教师应鼓励学生积极互动交流，分享他们各自独特的实验设计策略、方法和过程.这不仅提升了学生的数学技能，还增强了他们的协作精神和沟通能力.

例如，在教学“多边形内角和”一课时，可以利用学生已知的三角形内角和知识，指导他们进行自主的实验.学生通过将多边形分割为多个三角形来找出内角和.许多学生倾向于从简单的四边形、五边形或六边形开始实验，并通过归纳和总结逐步掌握多边形内角和的规律.在实际操作中，不同学生采用了多种分割方法：有的从多边形内部选点连至各顶点，有的从边上选点进行连接，有的则从一个顶点出发连接其余所有顶点.各个小组按自己的方法进行了实验之后，教师引导学生讨论各自的方法和过程，并对比各种方法的异同.通过这一精练思考的过程，学生最终得出一致的结论.并列式实验允许学生在同一时间和空间内通过不同的实验路径和策略去发现和构建新知.这些不同的路径和策略没有优劣之分，它们只是代表了不同的视角和解题方法.

在并列式实验中，每种实验都具有相同的价值，无一更为重要或次要.教师需要懂得放权，给学生足够的自由和时间去进行独立实验，这不仅让学生在过程中学习到数学知识，还能提高他们的实践能力.例如，探索“多边形内角和”的概念时，学生可通过比较不同的实验方法来有效地归纳出计算公式.进行并列式实验时，教师应尽量减少限制，鼓励学生开展个性化的探索.这种个性化的实验方式不仅反映了学生在数学学习中的主动性和个性，也是其数学素养的体现.

三、基于实验检验，突破思维困境

在初中数学的学习中，与小学阶段相比，学生被要求不仅要依赖直觉，更要培养专业的数学能力与素养.然而在实际的学习过程中，由于学生的认知发展水平和个体能力存在差距，以及数学知识与既有认知之间可能的冲突，学生常常遇到思维上的障碍，难以提高数学能力.教师可以设计数学实验来帮助学生克服认识上的困难，将学习中的障碍转化为实验条件，让学生在真实的实验环境中具体地处理抽象的逻辑问题.通过直观的观察和实验得出结论，这样的学习方式更加形象、有效.数学实验不仅改善了传统数学教学中理论过多、内容抽象难懂的问题，还鼓励学生勇于探究和验证.在实验中亲自验证真伪，并通过个人努力跨越学习难题，这对于培养学生的核心数学素养和专业能力极为重要.

例如，在教学“全等三角形”一课时，虽然常规的推理思考有助于理解全等的概念，但仍缺乏深度理解和灵活运用.为了增强学生的创新能力和实践技能，教师可以引导学生在操作实验中进行自主探究，可以给学生提供火柴、量角器等工具，让学生利用已有的材料构造两个全等三角形，通过独立思考、操作和小组讨论来探索全等三角形的知识.在这个过程中，学生结合观察、实验和推理，发现更深层次的规律.如，通过改变相等长度火柴的位置，可以探究当两火柴的夹角相同时是否构成全等三角形.这样的操作性实验不仅帮助学生从边长和角度出发掌握三角形全等的条件，还加深了他们对知识的理解和记忆.这种具体的操作印象在脑海中形成后，不仅帮助他们建立稳固的概念框架，还促使他们进行多角度学习.

以上教学案例中，操作实验的模式激发了学生的探究欲望，使他们对数学知识有了更深刻的理解，能够有效促进学生对数学概念的综合理解，并促进他们创新思维和实际操作能力的发展.

结 语

总之，在初中数学教学中，为了深化学生的学习体验，教师要精心策划数学实验活动.这样，能够使学生从单纯的知识接受者转变为课堂活动的积极参与者，从而充分激发他们的探索性思维.在数学实验活动中，学生能将实践活动与数学知识相结合，进行深入的数学探索，从而全身心地投入学习中，以实现深度的理解和掌握.这种教学方式不仅有助于提高学生的数学成绩和专业技能，还能够增强他们对数学知识的深入理解，并促进他们对数学进行更为深刻的思考.

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