立足四個維度培養(yǎng)學(xué)生自主實驗探究能力

甘肅省張掖市甘州區(qū)教育局(734000) 馬婧怡 王幼華

1 前言

據(jù)調(diào)查顯示,中國留學(xué)生學(xué)習(xí)成績往往比一起學(xué)習(xí)的外國學(xué)生好得多,然而數(shù)年以后,取得的科研成果卻比人家少得多,原因就在于外國學(xué)生思維活躍,動手實踐能力和創(chuàng)新思維能力特別強。數(shù)學(xué)是一門抽象的基礎(chǔ)學(xué)科,而小學(xué)生的思維又是以具體形象思維為主的,顯然,數(shù)學(xué)學(xué)科的特點與小學(xué)生的思維特點是矛盾的。要解決這個矛盾,在數(shù)學(xué)教學(xué)中,就要加強教師的直觀演示和學(xué)生的動手操作教學(xué),以幫助學(xué)生獲得清晰的表象,為學(xué)生的創(chuàng)新思維發(fā)展做好鋪墊。《數(shù)學(xué)課程標準》更是指出：“有效的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)活動不能單純地依賴模仿與記憶,動手實踐、自主探索與合作交流是學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的重要方式?！币虼?動手操作實驗教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)具有重要的意義。

2 “講、做、思、創(chuàng)”相融：數(shù)學(xué)實驗的價值追求

數(shù)學(xué)實驗是指學(xué)生為解決某個數(shù)學(xué)問題、檢驗?zāi)硞€數(shù)學(xué)結(jié)論或思想而進行的探究、發(fā)現(xiàn)、思考、分析、歸納等思維活動。這種實驗操作教學(xué),表面上看是教師在“講”、學(xué)生在“做”,但這種“講”和“做”,不是機械地根據(jù)教師或?qū)W生的預(yù)設(shè)方案按部就班地走流程,也不只是如何教學(xué)生把抽象的、深奧的數(shù)學(xué)問題通過實驗的形式還原成直觀的、簡單的問題,從而促使學(xué)生理解某種數(shù)學(xué)概念、解決某個數(shù)學(xué)問題。在這個過程中蘊含著學(xué)生思維的生長點,積聚著學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)自然生長的力量,是“講、做、思、創(chuàng)”4個維度相伴相生的、自主探究的具體認知過程。

2.1 “講”與“做”相伴

數(shù)學(xué)實驗教學(xué)離不開教師的“講”和“導(dǎo)”,更離不開學(xué)生的“做”,否則實驗教學(xué)就會淪為無源之水、無本之木。然而觀察發(fā)現(xiàn),有些教師在數(shù)學(xué)實驗教學(xué)中為了節(jié)省時間或追求所謂的“完美”,而將“做實驗”異化為“演實驗”“或“講實驗”,學(xué)生對為什么要實驗、怎樣進行實驗以及實驗所達到的預(yù)期效果等都缺乏深度的思考,更談不上“使學(xué)生獲得切實的情感體驗和發(fā)展學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力”了。這種剝奪學(xué)生主觀能動地位,流于形式的數(shù)學(xué)實驗教學(xué)貽害無窮。數(shù)學(xué)實驗教學(xué)離不開教師的“講”和學(xué)生的“講”。教師講,就是要講清實驗?zāi)康?、實驗要求、注意事項?從而啟發(fā)誘導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、尋求解決問題的途徑,為順利實施實驗過程作好鋪墊。數(shù)學(xué)實驗教學(xué)中的“講”,還包括學(xué)生的“講”,在教師循循善誘的啟發(fā)誘導(dǎo)之下,學(xué)生發(fā)現(xiàn)了什么,提出了哪些有價值的問題,通過小組合作探究,制定了哪些實驗方案,以及實驗的結(jié)果如何等,這些都需要學(xué)生“講”出來,在交流分享中不斷修正自己的實驗方案和實驗結(jié)果,發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維。

當(dāng)然,數(shù)學(xué)實驗教學(xué)更離不開學(xué)生的“做”,學(xué)生通過“做”,將實驗內(nèi)容中蘊含的數(shù)學(xué)知識、數(shù)學(xué)思想等本質(zhì)內(nèi)涵發(fā)掘出來,這種發(fā)現(xiàn)需要學(xué)生在教師指引下的積極思維。不難看出,數(shù)學(xué)深度實驗教學(xué),需要教師“講”與學(xué)生“做”相伴而行,學(xué)生在數(shù)學(xué)實驗活動中不斷積累經(jīng)驗,在教師的啟發(fā)“講”解中思維得以持續(xù)升華。

2.2 “做”與“思”相融

“做”泛指數(shù)學(xué)實驗探究過程中的一切動手實踐活動；“思”則是指學(xué)生實驗過程中的一切思維活動。根據(jù)發(fā)生時間和任務(wù)的不同可分為3個階段,分別是探究前的發(fā)現(xiàn)問題與猜想假設(shè),探究中的主動建構(gòu)與分析綜合,探究后的總結(jié)交流與反思提升?；裟妨炙够赋觯骸笆趾湍X之間有著千絲萬縷的聯(lián)系,手使腦得到發(fā)展,使它明智；腦使手得到發(fā)展,使它變成思維的工具和鏡子?！笨梢妱邮峙c動腦是相互促進、共同發(fā)展的。雖然當(dāng)前飛速發(fā)展的信息技術(shù)為虛擬實驗教學(xué)提供了強大的技術(shù)支持和極大的便利,但依然代替不了學(xué)生手腦并用的意義建構(gòu)過程。因此,只有“做”與“思”相互融合,才能讓小學(xué)數(shù)學(xué)實驗探究教學(xué)更有價值。

2.3 “思”與“創(chuàng)”相長

創(chuàng)新是思考的積淀。當(dāng)下數(shù)學(xué)實驗教學(xué)過程中,依然存在諸如死記硬背實驗結(jié)果、簡單模仿操作規(guī)程等不重視學(xué)生思維訓(xùn)練的陳舊學(xué)習(xí)方式。因此,數(shù)學(xué)實驗教學(xué)中調(diào)動學(xué)生思維的有效參與是我們必須遵循的基本原則。即從傳統(tǒng)的、純粹的知識認知轉(zhuǎn)向全身心投入的體驗感悟?qū)W習(xí),使學(xué)有所“思”,“思”有所“創(chuàng)”,“思”與“創(chuàng)”相生相長,才能促進學(xué)生心智健康發(fā)展。小學(xué)生經(jīng)過幾年的學(xué)習(xí),已經(jīng)具有了初步創(chuàng)新的知識、技能和方法,教學(xué)中要留給學(xué)生廣闊的自主探索時空,讓學(xué)生把自己學(xué)到的東西自由表達或創(chuàng)造出來。只要這樣,學(xué)生才能始終保持激情、堅持自信、勇于創(chuàng)新,才能敢想、敢說、敢做,勇于求真。

3 學(xué)生自主探究的實驗課堂教學(xué)策略

3.1 讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題

美國著名學(xué)者布魯巴克指出：“最精湛的教學(xué)藝術(shù),遵循的最高準則就是讓學(xué)生自己提問題?！卑l(fā)現(xiàn)問題是學(xué)生自主探究的起點和動力,也是思維活動中最重要的環(huán)節(jié),沒有問題的思維是膚淺的、被動的。那么,數(shù)學(xué)實驗課堂教學(xué)中怎樣讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)和提出問題呢?

3.1.1 在教材中發(fā)現(xiàn)問題

小學(xué)生思想活躍、求知欲強,對教材充滿著天然的好奇心,這就是問題意識的種子。小學(xué)數(shù)學(xué)教材在編排時充分考慮了兒童的這一特點,設(shè)計了圖文并茂、形象直觀的教學(xué)內(nèi)容情境圖和“兔博士”“淘氣”“奇思”“笑笑”(北師大版)4個卡通形象,引導(dǎo)學(xué)生自主提問和學(xué)習(xí)。因此,在實驗教學(xué)中,我們要鼓勵學(xué)生大膽提問、質(zhì)疑,“多一些允許,少一些責(zé)難”,讓問題意識的種子在民主和諧的氛圍中生根發(fā)芽、開花結(jié)果。例如學(xué)習(xí)“圓的面積”實驗探究時,教師只需稍加引導(dǎo),學(xué)生很自然地就想到了“什么是圓的面積、圓的面積和周長一樣嗎、圓的面積跟什么有關(guān)、怎樣求圓的面積”等有價值的數(shù)學(xué)問題,并激勵學(xué)生開動腦筋去探求答案。

3.1.2 在生活中發(fā)現(xiàn)問題

數(shù)學(xué)源于生活又高于生活,生活是學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的源泉,學(xué)生能從生活實踐中發(fā)現(xiàn)問題,恰恰反映了學(xué)生對生活的體驗和感受,以及對當(dāng)前數(shù)學(xué)知識產(chǎn)生、發(fā)展過程的理解和應(yīng)用程度。例如,學(xué)生通過現(xiàn)場操作探究,理解了“三角形具有穩(wěn)定性、平行四邊形容易變形”的特點后,還要引導(dǎo)學(xué)生從數(shù)學(xué)的角度來觀察生活中的常見現(xiàn)象并提出問題：“為什么通信用的鐵塔、自行車的支架等都要做成三角形,而校門口的移動伸縮門出現(xiàn)了許多平行四邊形?”學(xué)生正是帶著這樣的問題意識在學(xué)習(xí),才會成為一個善于思考、獨具個性的學(xué)習(xí)者。

3.1.3 在求解中發(fā)現(xiàn)問題

每個學(xué)生都是一個可愛的“小問號”：“為什么夜晚向著路燈移動,人的影子會越變越短? 為什么圓錐的體積只有等底等高圓柱體積的1/3? 為什么大小不同的圓的周長與直徑的商是一個固定的數(shù)?”實踐證明,學(xué)生只有帶著問題去動手實驗、自主探究,得來的知識結(jié)論才會理解的更深刻,掌握的才會更牢固。因此,在數(shù)學(xué)實驗教學(xué)中必須加強對學(xué)生問題意識的培養(yǎng)。

3.2 讓學(xué)生自主提出猜想

猜想是建立在事實和已有經(jīng)驗基礎(chǔ)之上的一種假定性推測和解釋,是科學(xué)探究的重要步驟。從某種意義上說,猜想是一種難度較大、跳躍式的創(chuàng)造性思維。

3.2.1 根據(jù)已有經(jīng)驗進行猜想

學(xué)生進行有效的猜想與假設(shè)往往是他們根據(jù)已有的知識和生活經(jīng)驗對要研究的問題進行縝密思考后做出的嘗試性推測。一個學(xué)生一旦對某個問題或結(jié)論作出某種猜想,他就把自己與該問題緊緊連在一起,他會迫不及待地想通過觀察、實驗、演算、分析、求助等多種手段來知道他的猜想正確與否。因此,實驗教學(xué)中我們應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生充分利用學(xué)生自己的生活經(jīng)驗進行猜想。

3.2.2 根據(jù)實驗情境進行猜想

有效猜想的產(chǎn)生與存在依賴于具體的情境,伴隨著課堂各要素相互聯(lián)系、相互作用而產(chǎn)生或消失。因此,在數(shù)學(xué)探究教學(xué)中,教師要借助現(xiàn)代教育技術(shù)的強大功能,面向全體學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實的、富有挑戰(zhàn)性的、開放的問題情境,努力激活學(xué)生強烈的求知愿望,讓他們在直觀形象的實驗情境中得到啟發(fā)和暗示,從而促使他們在觀察中大膽提出自己的猜想與假設(shè),誘導(dǎo)學(xué)生深度思維,積極主動發(fā)現(xiàn)。

3.2.3 利用科學(xué)分析法進行猜想

小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中常用的科學(xué)分析方法有：類比法、觀察分析法、反向推理法、因果判斷法等,教師利用這些方法引導(dǎo)學(xué)生進行猜想假設(shè),能起到化難為易、化抽象為具體的神奇效果,并能使學(xué)生獲得科學(xué)的研究方法,養(yǎng)成科學(xué)探究的態(tài)度,猜想假設(shè)的水平也會得到相應(yīng)提高。例如,學(xué)生根據(jù)2的倍數(shù)的特征類比猜想出5的倍數(shù)的特征；學(xué)生根據(jù)平行四邊形面積計算公式的推導(dǎo)方法類比猜想圓的面積計算公式的推導(dǎo)方法等。學(xué)生運用類比法進行猜想,關(guān)鍵在于教師要讓學(xué)生能通過觀察比較、分析綜合、歸納概括等思維方法,發(fā)現(xiàn)探究問題之間的相似點,形成清晰的思維脈絡(luò),猜想假設(shè)才能順利進行。

3.3 讓學(xué)生自主設(shè)計實驗

學(xué)生自主設(shè)計實驗方案是實驗教學(xué)的重要環(huán)節(jié),一個正確、詳細、周密的實驗方案,決定著實驗的成敗和學(xué)生三維目標的達成程度。因此,在教學(xué)中教師要善于引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作自主設(shè)計實驗方案。這既是實現(xiàn)教學(xué)活動由“教”向“學(xué)”轉(zhuǎn)變的重要手段,又是培養(yǎng)學(xué)生獨立開展實驗探究能力的重要途徑。

3.3.1 實驗構(gòu)思要以落實猜想假設(shè)為要點

小學(xué)數(shù)學(xué)實驗方案設(shè)計的目的是用來驗證猜想假設(shè)的。因此,教師在引導(dǎo)學(xué)生自主進行實驗方案預(yù)設(shè)時,要以學(xué)生課前提出的主要猜想為中心,進行大膽縝密思考與設(shè)計。教師此時的主要職責(zé)就是為學(xué)生設(shè)計實驗方案提供即時的指導(dǎo)、示范、幫助和解疑答惑?？茖W(xué)就是在不斷地進行猜想、驗證、修正猜想,再驗證、再修正如此往復(fù)的過程中得以發(fā)展的。

3.3.2 實驗步驟要以實現(xiàn)研究目標為要點

無論是簡單的驗證實驗,還是稍復(fù)雜的探究性實驗,教師在實驗前所創(chuàng)設(shè)的實驗探究情境、學(xué)生所發(fā)現(xiàn)的問題、提出的各種猜想假設(shè),以及熟悉各種實驗材料等,都是為學(xué)生自主制定切實可行的實施方案做準備的。再加上學(xué)生為弄清實驗原理和需要的實驗器材進行的小組討論交流,一般來說,學(xué)生頭腦中都會浮現(xiàn)出清晰的實驗方案和實驗步驟。如果學(xué)生還有疑惑,那么教師就要用通俗易懂的語言給學(xué)生講解,讓學(xué)生將實驗?zāi)繕恕嶒灢襟E和安全事項等有機結(jié)合起來,以取得良好的實驗效果。

3.3.3 實驗表格要以準確收集信息為要點

表格是實驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的一種重要方式,記錄表格的形式多種多樣,如數(shù)據(jù)對比表、實驗過程記錄表、實驗報告表格等。為了提高實驗效果,教師需要指導(dǎo)學(xué)生編制實驗表格或課前教師自己編制好簡潔明了、方便實用、便于統(tǒng)計和分析的實驗記錄表格供學(xué)生使用。

3.4 讓學(xué)生自主進行實驗

一個好的教師不是向?qū)W生奉送真理,而是教學(xué)生怎樣去發(fā)現(xiàn)真理。學(xué)生自主動手實驗是自主學(xué)習(xí)的重要方式,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

3.4.1 操作的規(guī)范性

“沒有規(guī)矩,不成方圓”。在實驗探究中,教育學(xué)生不能隨意更改操作程序或要求,輕則導(dǎo)致實驗失敗,重則可能給自己或他人帶來傷害。

3.4.2 觀察的準確性

觀察的準確是確保觀察質(zhì)量的重要條件。因此,無論是觀察實驗現(xiàn)象,還是測量數(shù)據(jù),都要做到正確無誤。例如,在“圓的面積”公式的推導(dǎo)實驗教學(xué)中,將圓平均分成若干份,無論是拼成一個近似的平行四邊形、長方形、還是三角形,學(xué)生都需要仔細觀察出變化前后什么變了,什么沒變,怎樣變的?只有觀察準確,學(xué)生才能真正理解圓面積計算公式的來龍去脈,才能融會貫通。

3.4.3 記錄的真實性

這里講的實驗記錄主要指實驗結(jié)果和分析與討論等內(nèi)容的記錄。實驗記錄是學(xué)生探究的足跡,也是教師客觀評價小組學(xué)習(xí)的重要依據(jù)。因此,實驗記錄必須做到真實、及時、準確、完整,防止遺漏、張冠李戴和隨意涂改。如果出現(xiàn)實驗結(jié)果和自己的猜想不一致的情況,教師要潛移默化地向?qū)W生滲透情感、態(tài)度、價值觀教育,嚴禁學(xué)生偽造和編改數(shù)據(jù),使學(xué)生明白客觀真實記錄實驗數(shù)據(jù)在科學(xué)研究中的重要意義。

3.5 讓學(xué)生自主分析總結(jié)

從學(xué)習(xí)提升的角度講,實驗結(jié)束后,教師還要引導(dǎo)學(xué)生充分利用實驗所取得的數(shù)據(jù)或相關(guān)事實材料自主進行分析總結(jié)。

3.5.1 對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析歸納

實驗收集來的數(shù)據(jù),大多是原始的甚至是雜亂無章的,教師要善于引導(dǎo)學(xué)生從這一大堆雜亂無章的數(shù)據(jù)中提煉有用的數(shù)學(xué)信息進行分析,直至找出數(shù)據(jù)中的規(guī)律。例如,長方體的體積教學(xué),學(xué)生分組用棱長1cm 的小正方體擺出不同的長方體,最后通過對比分析,學(xué)生發(fā)現(xiàn)長方體的體積與長方體的長、寬、高之間的關(guān)系,驗證了自己猜想的正確性。

3.5.2 用數(shù)學(xué)語言對規(guī)律進行表述

學(xué)生通過小組討論交流發(fā)現(xiàn)了規(guī)律,還要引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)語言對其進行表述。例如,梯形的面積用文字表述為：梯形的面積＝(上底＋下底)×高÷2；字母式的規(guī)律可表述為：梯形面積用S表示,上底用a表示,下底用b表示,高用h表示,其公式為：S＝(a＋b)h/2。無論哪種表述方法,只要能客觀準確地概括所發(fā)現(xiàn)的實驗結(jié)果就行,切勿提高難度打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3.5.3 對實驗猜想假設(shè)的驗證提升

分析總結(jié)既是對實驗猜想假設(shè)的驗證提升,又是學(xué)生對自己經(jīng)歷猜測、觀察、實驗、推理、演算等科學(xué)研究活動過程的一次大總結(jié)、大發(fā)現(xiàn),其間滲透著學(xué)生思維碰撞的火花,對培養(yǎng)創(chuàng)造性人才具有深遠的意義和不可估量的作用。

4 結(jié)語

綜上所述,小學(xué)數(shù)學(xué)實驗探究教學(xué)的價值在于立足“講、做、思、創(chuàng)”4個維度,引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題、自主提出猜想、自主設(shè)計實驗、自主開展實驗、自主分析總結(jié),讓學(xué)生學(xué)會自主探究,促進學(xué)生自主探究能力和數(shù)學(xué)素養(yǎng)不斷提升。