開發(fā)實驗工具，有效開展數(shù)學(xué)實驗教學(xué)

制數(shù)學(xué)實驗工具，為學(xué)生科學(xué)開展數(shù)學(xué)實驗活動提供了豐富的素材支撐。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)數(shù)學(xué);數(shù)學(xué)實驗;實驗工具;《怎樣滾得遠(yuǎn)》

【中圖分類號】G623.5? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2022）41-0015-04

【作者簡介】馬曉明，江蘇省常州市新北區(qū)三井實驗小學(xué)（江蘇常州，213022）副校長，高級教師。

常態(tài)化實施小學(xué)數(shù)學(xué)實驗教學(xué)，工具的開發(fā)與應(yīng)用是重要環(huán)節(jié)。在教學(xué)中，由于實驗的內(nèi)容和類型不同，實驗工具的配備和使用也較為復(fù)雜，教師經(jīng)常會由于缺少實驗工具而降低開展數(shù)學(xué)實驗的積極性。如何更多元而合理地開發(fā)與應(yīng)用實驗工具成為我們亟待解決的問題。在實踐研究中，教師可以系統(tǒng)地梳理相關(guān)實驗教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合教學(xué)目標(biāo)與數(shù)學(xué)實驗，從可用、好用、實用的視角開發(fā)并積累鮮活、新穎、科學(xué)、高效的實驗工具，有效地開展實驗教學(xué)。下面，筆者以蘇教版四上《怎樣滾得遠(yuǎn)》一課的教學(xué)為例，談?wù)勅绾伍_發(fā)數(shù)學(xué)實驗工具，有效開展實驗教學(xué)。

一、設(shè)計實驗活動，在研究中研制

《怎樣滾得遠(yuǎn)》是第八單元“垂線與平行線”中的“綜合與實踐”內(nèi)容，教材設(shè)計了提出問題、實驗討論、回顧反思等三個環(huán)節(jié)，組織學(xué)生開展實驗活動，指導(dǎo)學(xué)生進行測量和計算，并利用獲得的數(shù)據(jù)分析“怎樣滾得遠(yuǎn)”這一問題?！霸鯓訚L得遠(yuǎn)”是一個相當(dāng)復(fù)雜的問題：與斜坡的坡度（斜坡與地面的夾角）有關(guān)，與斜坡的長度有關(guān)，與物體在斜坡上以及地面上滾動受到的阻力有關(guān)……教學(xué)時，教師要積極引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗活動，開展活動探究。

師（出示油桶在卡車上的情境圖）：要把油桶從車上拿下來，你有什么省力的辦法？

生：可以將一塊木板搭在車上，讓油桶滾下來。

師：是個好辦法，像這樣搭一個斜坡，把油桶從車上滾下來。這節(jié)課我們就來研究“怎樣滾得遠(yuǎn)”。

師：同學(xué)們，物體怎樣滾得遠(yuǎn)，可能和哪些因素有關(guān)呢？

生1：我覺得和物體的重量有關(guān)。

生2：可能和斜坡的角度有關(guān)。

生3：我認(rèn)為也有可能與斜坡的長度有關(guān)。

生4：我覺得還可能和斜坡的光滑程度有關(guān)。

師：為了聚焦問題，方便研究，這節(jié)課，我們只研究在斜坡的長度相同、角度不同的情況下，物體怎樣滾得遠(yuǎn)。猜一猜，斜坡與地面成什么角度時，物體滾得遠(yuǎn)一些？

生1：斜坡的角度越大物體滾得越遠(yuǎn)。

生2：斜坡的角度越小物體滾得越遠(yuǎn)。

師：這些都是大家的猜想，要驗證猜想，我們還需要做做實驗。

師：你們打算怎樣做實驗？小組討論一下。

生1：搭幾個不同角度的斜坡，把物體放在上面滾一滾，再量一量就好了。

生2：把物體放在斜坡的最上面，讓它滾下來，等物體停下來，再量出距離。

…………

為了比較規(guī)范、科學(xué)地開展數(shù)學(xué)實驗，需要控制一定的變量，使實驗更嚴(yán)謹(jǐn)、有針對性。學(xué)生提出用長度相同的斜坡搭出不同角度的斜坡，再用相同的小球滾一滾，測量滾動的距離。結(jié)合實驗設(shè)計，實驗工具的開發(fā)就非常關(guān)鍵，遇到的問題如下：如果斜坡過于光滑，會導(dǎo)致物體滾得很遠(yuǎn)，測量數(shù)據(jù)困難;因為要進行不同角度的斜坡上小球滾動距離的對比，所以就需要提供多種不同傾斜角度的斜坡，如果每次用量角器測量，然后搭出不同角度，實際操作中既存在難度，也會出現(xiàn)不同的誤差;小球的材質(zhì)、大小也是關(guān)鍵要素，要盡可能保持相近，以保證不同組的實驗數(shù)據(jù)的科學(xué)性……針對以上問題，我們通過反復(fù)實踐，開發(fā)設(shè)計了實驗工具（如圖1）：首先，采用木質(zhì)斜坡，在斜坡上鋪一層帶刻度的桌布，方便學(xué)生讀數(shù);其次，統(tǒng)一采用木質(zhì)的小球;然后，在學(xué)生放小球時，由于每個人的力度或放的高度不同會造成數(shù)據(jù)誤差，所以設(shè)計了閘板，拉動閘板讓小球用相同的力進行滾動;最后，設(shè)計角度調(diào)節(jié)器，用活動螺帽調(diào)節(jié)斜坡的高度，可以快速得到不同角度的斜坡。這樣的工具開發(fā)和設(shè)計既符合學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，易于操作、性能穩(wěn)定、安全可靠、使用方便，又具有科學(xué)性，能準(zhǔn)確結(jié)合學(xué)生的實驗設(shè)計進行“怎樣滾得遠(yuǎn)”的數(shù)學(xué)實驗活動。

二、探究實驗活動，在活動中妙用

“怎樣滾得遠(yuǎn)”的數(shù)學(xué)實驗設(shè)計，注重引導(dǎo)學(xué)生從生活問題情境入手，經(jīng)歷“提出猜想—實驗操作—分析數(shù)據(jù)”的過程，結(jié)合三個串聯(lián)遞進的研究問題，讓學(xué)生基于強烈的探究需求自主設(shè)計數(shù)學(xué)實驗，規(guī)范地動手操作，科學(xué)地分析實驗數(shù)據(jù)，進而獲得結(jié)論。

研究問題1：斜坡與地面成30°角時，物體滾動的距離有多遠(yuǎn)？

實驗器材：30°角斜坡、小球、計算器。

學(xué)生在組長的帶領(lǐng)下進行實驗，教師巡視并指導(dǎo)。

師：老師收集了兩個小組的實驗記錄單，觀察兩組數(shù)據(jù)，你覺得哪一組數(shù)據(jù)更可靠？有什么發(fā)現(xiàn)？小組內(nèi)交流。

生1：我認(rèn)為，測量3次的數(shù)據(jù)更可靠，進行了多次實驗，測量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

生2：我發(fā)現(xiàn)，同樣用30°角的斜坡滾一滾，數(shù)據(jù)卻不一樣。

生3：我覺得，要想反映出30°角的斜坡小球滾多遠(yuǎn)的整體水平，可以求3次測量數(shù)據(jù)的平均數(shù)。

師：因為時間關(guān)系，我們每一小組都滾3次并求出平均數(shù)，開始吧。

學(xué)生滾動3次，計算出30°角的斜坡上小球滾動距離的平均數(shù)。

師：剛才，我們測量了30°角斜坡上小球滾動的距離，小球到底在哪個角度的斜坡滾得遠(yuǎn)呢？還得繼續(xù)來試試不同角度的斜坡，我們來做第二個實驗。

研究問題2：斜坡與地面成45°角、60°角時，小球滾動的距離分別有多遠(yuǎn)？

實驗器材：45°角斜坡、60°角斜坡、小球、計算器。

學(xué)生先猜一猜小球滾動的距離，再在小組內(nèi)開展實驗，看看實際距離與猜想是否相同。

師：老師收集了這樣的四組數(shù)據(jù)，同學(xué)們仔細(xì)觀察，比一比，并和同桌議一議，從這些數(shù)據(jù)中能發(fā)現(xiàn)怎樣的規(guī)律？

生1：我們小組發(fā)現(xiàn)，雖然每一組小球在30°角、45°角、60°角的斜坡上滾動的距離都不一樣，但都是45°角斜坡上的小球滾得最遠(yuǎn)。

師：是這樣嗎？大家來觀察觀察每一組數(shù)據(jù)。

生2：第4組的實驗結(jié)果是60°角斜坡上的小球滾得最遠(yuǎn)。

生3：我認(rèn)為，實驗過程中影響實驗結(jié)果的因素有很多，有一些實驗誤差是正常的。

師：實驗中有多種因素會影響實驗結(jié)果，但整體來看，45°角斜坡上的小球滾得比較遠(yuǎn)。

兩次實驗活動，從30°角的斜坡開始，四人一小組，合理分工，一人滾動，一人測量，一人記錄，一人計算。學(xué)生不僅學(xué)會了實驗的操作，更通過數(shù)學(xué)實驗進一步掌握了搭、滾、量的方法及要點，積累了一定的數(shù)學(xué)活動經(jīng)驗，增強了實驗?zāi)芰Γ@能為他們以后開展其他數(shù)學(xué)實驗提供經(jīng)驗支撐。接著，學(xué)生使用角度調(diào)節(jié)器，分別調(diào)到45°角、60°角斜坡分別進行3次實驗，算出平均數(shù)，并通過比較，發(fā)現(xiàn)45°角斜坡上的小球滾得遠(yuǎn)一些。我們經(jīng)過多次改進，將斜坡與滾動的測量坡道用鉸鏈連接，便于調(diào)節(jié)角度，同時不斷改進斜坡材質(zhì)，讓小球每次在不同角度的斜坡上滾動時距離都能在120厘米以內(nèi)，方便學(xué)生快速得到測量數(shù)據(jù)，給多次實驗提供時間保障，確保每個學(xué)生都能親歷探究活動。

三、豐盈實驗過程，在交流中感悟

蘇聯(lián)教育家斯托利亞爾認(rèn)為，“數(shù)學(xué)教學(xué)是數(shù)學(xué)活動的教學(xué)”，是學(xué)生根據(jù)自己的體驗，用自己的思維方式去“再創(chuàng)造”數(shù)學(xué)知識的活動。在教學(xué)中，教師要注意引領(lǐng)學(xué)生主動進行創(chuàng)造活動，引導(dǎo)他們學(xué)會用數(shù)學(xué)的思維方式去發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題，經(jīng)歷數(shù)學(xué)“再發(fā)現(xiàn)”的過程。基于前兩次實驗，學(xué)生又提出了新的思考。

師：剛才，我們試了3個不同角度的斜坡，現(xiàn)在能得出結(jié)論了嗎？

生：不能，其他角度會不會出現(xiàn)不一樣的情況呢？還得再用不同角度的斜坡試一試。

師：接下來，請同學(xué)們自己選擇一個角度來試一試，然后對比四個不同角度斜坡上的小球滾動距離的平均數(shù)，在組內(nèi)說一說你們的發(fā)現(xiàn)。

學(xué)生完成實驗三，教師收集數(shù)據(jù)，組織交流。

生：我們小組對比了四次數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)還是45°角斜坡上的小球滾得遠(yuǎn)一些。

師：哪些小組的發(fā)現(xiàn)也是這樣的？瞧！老師也收集了你們的角度，并且制作了統(tǒng)計圖。一起來看一看，你發(fā)現(xiàn)了什么？

生1：我發(fā)現(xiàn)斜坡與地面成80°角時，角度很大，小球滾的距離卻很近。當(dāng)斜坡與地面成20°角時，物體滾的距離也很近。

生2：我發(fā)現(xiàn)這些角度中，接近45°角的斜坡滾得比較遠(yuǎn)。

生3：在45°角斜坡上的小球滾得遠(yuǎn)。

師：通過多次實驗，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)斜坡長度相同，45°角斜坡上的小球滾得最遠(yuǎn)。

在教學(xué)研究中，我們開始嘗試時想用不同大小的木質(zhì)小球滾動，但從能量轉(zhuǎn)化的角度分析，滾動距離與小球的質(zhì)量無關(guān)，所以不同大小的小球在水平面上滾動距離相同。學(xué)生在探究這個問題時不能涉及太多因素，所以決定聚焦“斜坡與地面成什么角度時，物體滾得遠(yuǎn)一些？”這一問題，讓學(xué)生充分經(jīng)歷“斜坡與地面成怎樣的角度時，物體滾得比較遠(yuǎn)”的實驗過程。實驗工具的操作體驗，為學(xué)生的數(shù)學(xué)思考提供了豐富的支撐，他們樂于用數(shù)學(xué)語言表達(dá)自己看到的現(xiàn)象，順利解決了“怎樣滾得遠(yuǎn)”的問題。

總之，常態(tài)化實施小學(xué)數(shù)學(xué)實驗教學(xué)，數(shù)學(xué)實驗工具的開發(fā)是前提和保障。正如喻平教授所說：“數(shù)學(xué)實驗材料的開發(fā)需要教師有敏銳的洞察力和創(chuàng)造力?！币虼?，教師要注重培養(yǎng)自己的洞察力和創(chuàng)造力。