發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢，助力數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)探究

【摘要】? 數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)探究讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的真正參與者，在經(jīng)歷數(shù)學(xué)探究過程，有助于學(xué)生了解數(shù)學(xué)知識形成與發(fā)展的過程，不斷構(gòu)建自身的知識體系。信息技術(shù)為我們提供了一個(gè)良好的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)指引下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。利用信息技術(shù)豐富的動態(tài)演示功能，使數(shù)學(xué)課堂教學(xué)更生動、更直觀，教學(xué)難點(diǎn)突破更輕松，真正讓信息技術(shù)成為數(shù)學(xué)教學(xué)的動力機(jī)。

【關(guān)鍵詞】? 信息技術(shù) 幾何畫板 數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)探究

【中圖分類號】? G633.6? ?? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】? A ? ? 【文章編號】? 1992-7711（2020）17-023-03

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《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》，明確指出：“強(qiáng)化信息技術(shù)應(yīng)用，更新教學(xué)觀念，改進(jìn)教學(xué)方法，鼓勵(lì)學(xué)生利用信息手段主動學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)，增強(qiáng)運(yùn)用信息技術(shù)分析解決問題能力?！?011年版《數(shù)學(xué)課標(biāo)》，在課程基本理念中指出：“把現(xiàn)代信息技術(shù)作為學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和解決問題的強(qiáng)有力的工具，有效地改進(jìn)教與學(xué)的方式，使學(xué)生樂意并有可能投入到現(xiàn)實(shí)的、探索性的數(shù)學(xué)活動中去。”

一、數(shù)學(xué)教學(xué)需要數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)

波利亞曾指出：從嚴(yán)謹(jǐn)角度看，數(shù)學(xué)是系統(tǒng)的演繹科學(xué);但從創(chuàng)造的過程看，數(shù)學(xué)是實(shí)驗(yàn)性的歸納科學(xué)。因此，不僅要將數(shù)學(xué)看成是嚴(yán)格的邏輯體系，也需要看成是一種“實(shí)驗(yàn)科學(xué)”。數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)，是指學(xué)生利用相關(guān)實(shí)驗(yàn)工具，如紙張、模具、測量軟件（工具）、作圖工具、計(jì)算器（機(jī)）等，在一定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境或條件下進(jìn)行的數(shù)學(xué)思維活動，其目的在于通過實(shí)驗(yàn)獲取某些數(shù)學(xué)知識或驗(yàn)證某個(gè)數(shù)學(xué)猜想、數(shù)學(xué)結(jié)論，解決一些數(shù)學(xué)問題，是一種以學(xué)生親身動手參與實(shí)驗(yàn)操作為特征的數(shù)學(xué)探究實(shí)踐活動。數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)是通過動手、動腦“做數(shù)學(xué)”的一種學(xué)習(xí)活動，注重學(xué)生動手操作與實(shí)踐驗(yàn)證，是促進(jìn)初中生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的一種有效方式。利用幾何畫板進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，許多以前無法看到的數(shù)學(xué)過程可以通過計(jì)算機(jī)來演示，許多以前難以解決的問題可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

二、信息技術(shù)在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用

《數(shù)學(xué)課標(biāo)》中把“平行線分線段成比例定理”以基本事實(shí)的形式呈現(xiàn)，讓學(xué)生直接應(yīng)用于三角形相似的判定定理。人教版九下教材（2014年8月第1版）也沒有給出具體的證明過程，只設(shè)置一個(gè)探究欄目，引導(dǎo)學(xué)生通過量度相應(yīng)的線段長度，探究總結(jié)出規(guī)律，然后直接給出基本事實(shí)及其推論“平行于三角形一邊的直線截其他兩邊（或兩邊的延長線），所得的對應(yīng)線段成比例”;人教版教師教學(xué)用書（2014年10月第1版）指出：為了利用它的推論證明判定三角形相似的第一個(gè)定理，教科書對這個(gè)基本事實(shí)進(jìn)行了“淡化”處理——在讓學(xué)生通過畫圖、測量、猜想感知結(jié)論的基礎(chǔ)上，直接給出基本事實(shí)。作為研究相似三角形的基本理論，是推導(dǎo)相似三角形判定的預(yù)備定理的基礎(chǔ)，有著十分重要的價(jià)值和作用。在傳統(tǒng)的課堂上通過畫圖、利用刻度尺進(jìn)行測量，由于存在誤差很難準(zhǔn)確得出相應(yīng)的數(shù)值，出現(xiàn)學(xué)生因度量數(shù)據(jù)不一致而爭吵的場面。這時(shí)利用幾何畫板軟件的測量功能與動態(tài)功能，就能產(chǎn)生直觀而準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，對促進(jìn)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)探究及提高課堂實(shí)效有積極的作用。

案例利用幾何畫板探究平行線分線段成比例定理

【實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備】

學(xué)生作業(yè)本（單行本）、裝有幾何畫板的計(jì)算機(jī)。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】

實(shí)驗(yàn)探究一：探究平行線等分線段成比例

活動1：利用作業(yè)本進(jìn)行測量探究

1.如圖1，直線a、b與作業(yè)本上相鄰的三條平行l(wèi)1、l2、l3（等距）分別相交于點(diǎn)A、B、C、D、E、F。請觀察線段AB和線段BC、線段DE和線段EF之間的長度關(guān)系，你的猜想有什么結(jié)論？

2.請利用刻度尺測量線段AB和線段BC、線段DE和線段EF的長度，與你的猜想一致嗎？與其他同學(xué)的結(jié)果一致嗎？

3.分別計(jì)算：AB/BC、DE/EF的數(shù)量，你發(fā)現(xiàn)了什么？

活動2：利用幾何畫板進(jìn)行測量探究

1.如圖2，直線l1∥l2∥l3（等距）利用幾何畫板分別測量出線段AB和線段BC、線段DE和線段EF的長度，觀察測量結(jié)果。

設(shè)計(jì)說明：實(shí)驗(yàn)探究一其實(shí)就是“平行線等分線段定理”，2011年版的《數(shù)學(xué)課標(biāo)》及人教版教材都沒有提及該定理，本實(shí)驗(yàn)從特殊情況開展研究，為下面的一般性情況作鋪墊?；顒?借助學(xué)生身邊的學(xué)具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，目的是培養(yǎng)學(xué)生要充分利用手上的工具資源進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)探究，每個(gè)學(xué)生只要?jiǎng)右幌率志湍軈⑴c，能充分調(diào)動學(xué)生參與課堂的積極性。而設(shè)置先觀察猜想再驗(yàn)證環(huán)節(jié)，目的是培養(yǎng)學(xué)生的幾何直觀以及體驗(yàn)研究數(shù)學(xué)問題的線路（觀察→分析→猜想→驗(yàn)證→結(jié)論）。

實(shí)驗(yàn)探究二：探究平行線分線段成比例

1.改變平行線l1、l2、l3之間的距離，觀察圖3，線段AB和線段BC、線段DE和線段EF還存在上述的數(shù)量關(guān)系嗎？之間的數(shù)量關(guān)系會變化嗎？

2.利用幾何畫板量一量，算一算，你發(fā)現(xiàn)了什么？

3.調(diào)整平行線l1、l2、l3之間的距離，改變直線a、b的位置，如圖4、圖5、圖6所示，是否還存在上述的數(shù)量關(guān)系呢？

4、圖4、圖5兩種情況比例特殊，直線a、b的交點(diǎn)在其中一條平行線上，你能從這兩幅圖的特征總結(jié)出規(guī)律嗎？

設(shè)計(jì)說明：有實(shí)驗(yàn)探究一的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生能猜想到對應(yīng)線段AB和線段BC、線段DE和線段EF的比值相等，為了驗(yàn)證是否成立，可以通過測量、計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)證。如果利用刻度尺度量，誤差的存在會造成驗(yàn)證困難，所以讓學(xué)生充分利用信息技術(shù)的優(yōu)勢，通過動手操作幾何畫板進(jìn)行測量、計(jì)算來驗(yàn)證。如圖7，線段數(shù)值會隨著圖形變化而變化，但對應(yīng)線段的比值不會，直接提高準(zhǔn)確度和驗(yàn)證效率，由此得出平行線分線段成比例的基本事實(shí)。由實(shí)驗(yàn)探究一到實(shí)驗(yàn)探究二的設(shè)計(jì)，是讓學(xué)生經(jīng)歷從特殊到一般的規(guī)律，而實(shí)驗(yàn)探究二中從圖4、圖5的特殊性得出基本事實(shí)的推論，讓學(xué)生體驗(yàn)由一般再回到特殊。讓學(xué)生經(jīng)歷類比、探索、歸納總結(jié)出新結(jié)論的過程，強(qiáng)化了知識之間的聯(lián)系，通過直觀的實(shí)驗(yàn)操作有利于學(xué)生理解、掌握這一基本事實(shí)和推論，為后續(xù)學(xué)習(xí)三角形相似的判定奠定基礎(chǔ)，又能讓學(xué)生體會解決問題的一般方法。

三、現(xiàn)代信息技術(shù)助力數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢，助力數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)探究

2011年版的《數(shù)學(xué)課標(biāo)》，對于信息技術(shù)的要求：“數(shù)學(xué)課程的設(shè)計(jì)與實(shí)施應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理地運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，要注意信息技術(shù)與課程內(nèi)容的整合。”將信息技術(shù)與數(shù)學(xué)課程整合，充分發(fā)揮信息技術(shù)的直觀、動態(tài)展示等優(yōu)勢開展探究教學(xué)，是時(shí)代發(fā)展的要求。在信息技術(shù)的支持下，可以讓學(xué)生親身動手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，自主開展探究，促進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，提高課堂實(shí)效。幾何畫板具有豐富的圖象處理功能，能畫出初中階段的所有函數(shù)圖像，通過設(shè)置參數(shù)，可動態(tài)展現(xiàn)圖象的變化過程。利用幾何畫板進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)探究，對培養(yǎng)學(xué)生的幾何直觀有其獨(dú)特的作用，進(jìn)行幾何的動態(tài)演示，使得直觀材料更加的生動、形象、準(zhǔn)確。數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)馨殉橄蟆?fù)雜的數(shù)學(xué)知識以生動、直觀的形象展現(xiàn)于學(xué)生面前，使抽象的內(nèi)容直觀化、具體化，幫助學(xué)生更好地理解、掌握數(shù)學(xué)知識。

2.信息技術(shù)支持下的實(shí)驗(yàn)探究要注重學(xué)生參與的主動性

數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)與其他學(xué)科實(shí)驗(yàn)不同，所面對的是數(shù)量關(guān)系和空間形式等“材料”，其基本目的是讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)、驗(yàn)證和豐富自己的數(shù)學(xué)認(rèn)識。著名教育家杜威認(rèn)為：“兒童天生有動手操作的欲望，只有動手操作，才能創(chuàng)造奇跡”。讓學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中接受幾何畫板技術(shù)的熏陶，學(xué)生才能真正運(yùn)用幾何畫板進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)探究，將信息技術(shù)運(yùn)用到課堂的實(shí)處，重點(diǎn)突出探究的過程，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中思考，在參與活動中體驗(yàn)，在主動構(gòu)建探索和發(fā)現(xiàn)知識中感悟知識形成的過程。在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)中，要充分調(diào)動學(xué)生的積極性和參與實(shí)驗(yàn)的主動性，激勵(lì)學(xué)生積極參與探索，讓每一位學(xué)生都成為實(shí)驗(yàn)的操作者。在探究過程中，要處理好學(xué)生自主的探究和合作交流、學(xué)生探究與教師適時(shí)示范講授的關(guān)系;要關(guān)注探究活動中有困難的學(xué)生，使他們經(jīng)歷探究的全過程，促使他們體驗(yàn)和感悟數(shù)學(xué)。

3.借助信息開展探究，完成知識自我建構(gòu)

新課標(biāo)提倡學(xué)生親身經(jīng)歷探究過程，要求學(xué)生親自動手探索、主動觀察或通過合作探究來消化和理解，最終建立和完善自己的數(shù)學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)。數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)理想的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，利用信息技術(shù)主動構(gòu)建探索和發(fā)現(xiàn)知識，讓信息技術(shù)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的強(qiáng)大工具。要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，組織學(xué)生開展不同形式的實(shí)驗(yàn)探究活動。利用信息技術(shù)開展數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)一般要經(jīng)歷“問題情境——實(shí)驗(yàn)指引——實(shí)驗(yàn)探究——驗(yàn)證結(jié)論——推廣一般”的過程（如圖8所示）。在做數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，有些學(xué)生因操作不當(dāng)，需要重做實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生足夠的探究時(shí)間，學(xué)生才可以有效地調(diào)控實(shí)驗(yàn)過程，得出正確的結(jié)論，很久以后學(xué)生都會記得，因?yàn)閷W(xué)生親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過程，真正理解、掌握了相關(guān)知識。

數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)探究讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的真正參與者，在經(jīng)歷數(shù)學(xué)探究過程，有助于學(xué)生了解數(shù)學(xué)知識形成與發(fā)展的過程，不斷構(gòu)建自身的知識體系。信息技術(shù)為我們提供了一個(gè)良好的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)指引下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。利用信息技術(shù)豐富的動態(tài)演示功能，使數(shù)學(xué)課堂教學(xué)更生動、更直觀，教學(xué)難點(diǎn)突破更輕松，真正讓信息技術(shù)成為數(shù)學(xué)教學(xué)的動力機(jī)。

本文系廣州市教育研究院2019年度“第十八屆特約教研員”專項(xiàng)研究課題《基于數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的研究》（課題編號：GZJYTY2019-038）;教育部基礎(chǔ)教育課程教材發(fā)展中心校本課程建設(shè)推進(jìn)項(xiàng)目第四批課題《基于數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)展學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的研究》（課題編號：XB20190705）的階段研究成果。

[ 參? 考? 文? 獻(xiàn) ]

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