追溯知識本源 實踐探尋真知

徐麗

【摘要】實驗教學是落實課程標準和國家課程方案的重要途徑，也是培養(yǎng)全面發(fā)展的人才的重要方式.教育2.0時代對互聯(lián)網(wǎng)數(shù)學實驗室支持的智慧課堂環(huán)境模型進行了系統(tǒng)研究，從完善實驗教學體系、創(chuàng)新實驗教學方式、規(guī)范實驗教學實施、提高實驗教研能力、保障實驗教學條件方面切入，推動初中數(shù)學教學從“需要解決什么問題”到“怎樣解決問題”轉(zhuǎn)變，全面提高基礎教育質(zhì)量，落實立德樹人根本任務.

【關鍵詞】初中數(shù)學；實驗教學；策略

引 言

互聯(lián)網(wǎng)數(shù)學實驗室支持的智慧課堂實驗活動研究是以學生為主體，在自主實驗中開發(fā)他們創(chuàng)造能力的一種教學模式.教育工作者應全面貫徹黨的教育方針，構建與教學目標相適應、與“五育融合”體系相適配、與課程標準相統(tǒng)一的教學體系；創(chuàng)設技術豐富的、學習者高度參與的智慧課堂實驗環(huán)境，在變革與創(chuàng)新中將先進的教學經(jīng)驗和前沿教學技術融入實驗教學中，改進教學方式，豐富教學內(nèi)容，注重教學實效，凸顯情境化、生活化教學理念，讓學生在情境感知、自主探索、體驗求知和創(chuàng)新創(chuàng)造中，不斷提高觀察能力、邏輯推理能力、創(chuàng)新能力以及團隊合作能力；讓實驗教學助力學生學科核心素養(yǎng)的生成及意志品質(zhì)的發(fā)展.

一、趨勢解讀：教育2.0時代實驗教學的必要性

（一）與時俱進，優(yōu)勢解析

信息技術在教育領域的廣泛應用主要體現(xiàn)在教學內(nèi)容拓展、結構創(chuàng)新、方式變革、教學同步等方面.將信息技術應用于初中數(shù)學課堂，教師一方面要充分發(fā)揮信息技術的優(yōu)勢，為學生提供豐富的教學資源和科學完善的教學環(huán)境，讓學生使用有利的學習探索工具，落實教學目標；另一方面以信息技術為底色創(chuàng)新教學活動，以普適性原則促進教學活動的多元融合.不同的學科特征不同、內(nèi)容不同，育人理念與手段也有所不同，因此對信息技術的功能需求也有所不同.數(shù)學教師要結合學生的個性特征和學習需求制訂具有針對性的教學計劃，為特定的教學內(nèi)容重構教學方案，以此提高教學效率，達到教學目標.現(xiàn)階段信息技術視域下智慧課堂的創(chuàng)設基本上是以培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)為目標而構建的新型交互式課堂，具有一定的自主性、探究性.根據(jù)學科特征構建的智慧課堂的實施有助于提升學生的參與感、表現(xiàn)度、體驗感等，這既是智慧課堂的優(yōu)勢所在，也是深度學習的策略之一.因此教育2.0時代智慧課堂的構建，關鍵在于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)學實驗室的建設支撐研究和學生積極參與的能動性激發(fā)，以及智慧課堂環(huán)境的營造.

（二）推陳出新，策略對比

現(xiàn)階段教學的信息化主要體現(xiàn)在教學內(nèi)容呈現(xiàn)方式上，大部分教師選擇以“投影+PPT”的形式展示教材或課件內(nèi)容，依次完成教學實際.事實上，“投影+PPT”的現(xiàn)行邏輯與初中階段學生的知識結構和認知水平是不完全相符的.學生思維傾向于抽象的網(wǎng)狀的知識結構，使用PPT串聯(lián)知識點，雖然能夠?qū)⒏嗟闹R納入教學體系中，但是學生在知識的線性排布中很難明確地梳理出知識點間的關聯(lián)，也不易通過貫通前后知識，銜接新舊知識來完成對數(shù)學知識本質(zhì)的理解.因此初中數(shù)學實驗課要想充分調(diào)動起學生的興趣，需要借助信息技術來尋求更符合學生特征、更貼近學生實際的實驗方式，為學生提供相應的學習支撐.信息技術能夠充分展示數(shù)學邏輯，在數(shù)字化實驗中展示探究的過程和結果，讓深度學習自然發(fā)生.對比一般意義的數(shù)字課堂和智慧課堂（見表1），可以發(fā)現(xiàn)教育信息2.0時代實驗教學的創(chuàng)新優(yōu)勢.

通過對比可以看出相較于以往的多媒體教學，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)學實驗室的建立在教學環(huán)境上關注資源的提供方式和學生學習體驗；實驗開展的形式也側(cè)重于活動過程的交互性和模擬性；在教學功能上實現(xiàn)數(shù)學學科的數(shù)據(jù)整合、復合計算、簡單編程、數(shù)形可視化、3D建模等，高效支持數(shù)學教學活動的開展.

二、智慧賦能：互聯(lián)網(wǎng)數(shù)學實驗室模型搭建

（一）模型解構，方向轉(zhuǎn)變

課堂依托互聯(lián)網(wǎng)技術所構建的實驗教學平臺，整合數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計、計算、圖像處理、建模等多種類型的資源，為實驗教學提供更加豐富且多元化的供給，綜合提高學生的學習體驗.在實驗過程中，師生雙方通過線上平臺進行交流、共享和互動，精準對接教師擬定的實驗期望和學生的學習需求，獲得準確的“教”與“學”成果反饋.教師通過使用在線功能支持實驗教學，確立學生的主體地位；通過智能平臺的互動，將實驗數(shù)據(jù)科學整合、系統(tǒng)分類，支撐學生深度學習；通過數(shù)據(jù)資源庫，有效推動資源流轉(zhuǎn)，構建完整的知識體系；通過交流和分享，更加直觀地展示教學情況，有針對性地構建個性化教學情境.

（二）實驗設計，原則遵循

課堂借助數(shù)學實驗讓學生在自主探索和實際操作中加深對數(shù)學知識的理解，明白數(shù)學從哪里來，到哪里去，培養(yǎng)其正確的科學探究意識.依托信息技術的支撐，學生能夠接觸到更豐富的資源，根據(jù)實驗體驗內(nèi)化知識本身.筆者通過將探究、總結、對比貫穿實驗的整個過程，結合數(shù)學核心素養(yǎng)設計了以下四類智慧課堂實驗活動.

1.原理驗證實驗

原理驗證實驗就是通過實驗驗證已有的知識論斷.原理驗證實驗強調(diào)“演示”和“證明”.在原理驗證實驗中，學生通過信息媒介和在線平臺功能驗證自己所知道的知識，探索想知道的知識，形成一般性假設和科學性判定.

2.情景再現(xiàn)實驗

情景再現(xiàn)實驗就是構建與知識內(nèi)涵相對應的實驗場景，引導學生在具體的場景中對知識進行描述、探究、預測和推論的實驗.它所對應的正是數(shù)學核心素養(yǎng)中的數(shù)學運算.情景再現(xiàn)實驗能夠動態(tài)展示函數(shù)的變化過程、參數(shù)范圍，展示數(shù)據(jù)迭代和圖像迭代，讓學生在全程參與中形成一般的數(shù)學認知.

3.動態(tài)演示實驗

動態(tài)演示實驗就是依托信息技術將實驗的過程進行動態(tài)展示，給學生提供更加清晰的、直觀的數(shù)學概念，讓學生完整了解實驗過程，歸納實驗現(xiàn)象，理解數(shù)學原理.這一實驗方式對應數(shù)學核心素養(yǎng)中的直觀想象.通過知識演示實驗來完成推論，讓學生直面數(shù)學原理，實現(xiàn)認知發(fā)展.

4.問題探究實驗

問題探究實驗就是以問題的提出和解決為導向，為學生創(chuàng)設具有探究性的實驗情境，在實驗中學生針對不理解、不知道的問題結論和數(shù)學定理進行深層次探究，實現(xiàn)課堂的有效交互.問題探究實驗對應數(shù)學核心素養(yǎng)中的數(shù)學建模.學生可使用幾何畫板等工具來進行此類實驗.

三、策略搭建：智慧課堂的設計研究

實驗課堂的創(chuàng)設關鍵在于讓學生在“做中學、做中思、做中行”，凸顯導授并行，以此激發(fā)學生的學習興趣，使學生自覺、自主、自信地學習成長與發(fā)展，驅(qū)動其獲得更多的知識、能力與素養(yǎng).筆者以蘇教版八年級下冊“8.2可能性的大小”為例，利用互聯(lián)網(wǎng)技術搭建智慧課堂.

（一）情境搭建，引思悟理

情境一：展示章節(jié)首圖及生活中常見的現(xiàn)象，初步感受隨機事件；

情景二：播放“紅藍球”概率活動，鼓勵學生淺談發(fā)現(xiàn)；

情景三：結合章首“摸球?qū)嶒灐碧岢龊诵膯栴}.

利用在線教育平臺設計“摸球?qū)嶒灐保?/p>

1.讓每一名學生進行摸球體驗，通過反復多次地摸球，感知概率原理，并進行數(shù)據(jù)計算；

2.根據(jù)“紅藍球”概率活動，鼓勵學生自主計算出“全員摸到同一顏色球”的概率；

3.結合數(shù)據(jù)分析和“摸球?qū)嶒灐?，提出問題：隨機事件發(fā)生的可能性一樣嗎？

4.回顧之前學過的不可能事件、隨機事件和必然事件，發(fā)揮想象，探究“它們發(fā)生的可能性”.

設計意圖：情境創(chuàng)設法是課堂中遵循教材編排意圖，結合學生實際認知與成長規(guī)律的一種教學方式，在此基礎上對章節(jié)的首圖、內(nèi)容、問題等加以充分利用，一方面可喚醒學生的舊知，另一方面回歸教材內(nèi)容，讓學生從教材中、生活里發(fā)現(xiàn)隨機事件，充分感悟數(shù)學知識的本質(zhì)與內(nèi)涵，并依托線上實驗活動加深對原理的理解，進而激發(fā)學習探究的興趣和動力.課堂利用信息技術搭建實驗場景，加深教材與生活、知識與實際的關聯(lián)，讓實驗教學更貼近學生實際，方便學生的知識轉(zhuǎn)化.

（二）自主探究，可觀可感

自主探究一：結合教材內(nèi)容自主體會知識內(nèi)容，一邊通過新舊知識的銜接，體會概率事件發(fā)生的可能性大小，一邊思考概率事件的特征與原理.

自主探究二：通過自主探究以小組為單位比一比誰能較完整地闡述隨機事件發(fā)生可能性大小的特征，通過師生、生生之間的交互，提高實驗質(zhì)量.

利用數(shù)字實驗設計師生活動：

1.將學生分成數(shù)個小組，請他們分別展示“拋擲立方體實驗”和“轉(zhuǎn)盤實驗”（見圖1），并在數(shù)字平臺記錄實驗過程.

設計意圖：以學生為中心的實驗課堂，將學的主動權交給學生，讓學生在實驗中充分感知隨機事件，并以實驗為載體進一步通過驗證總結知識概念，真正實現(xiàn)核心素養(yǎng)導向下尊重主體、面向全體的教學要求.在實驗中學生深切感知數(shù)學知識與實際生活之間的聯(lián)系，感知隨機事件發(fā)生的可能性大小，學會用科學來驗證猜想，激活科學思維和實驗思維.

（三）體驗生成，加深理解

（1）在教師的引導下，利用信息技術自動在立方體六個面依次生成1，2，3，4，5，6這些數(shù)字，讓學生操作平臺進行投擲并思考.

思考一：每一次朝上的點數(shù)有哪些實驗結果？

思考二：連續(xù)投擲兩次會有什么結果？通過數(shù)字表格記錄下來.

思考三：如果全班每個人都參與兩次投擲，并將投擲出的點數(shù)相加，那么這個和會是多少？如果投擲若干次，和是幾的可能性最大？

思考四：這些數(shù)字的發(fā)生概率可能性有多大？是否相同？哪個結果的可能性最大呢？

實驗驗證并填寫數(shù)據(jù)表.

設計意圖：小組合作和自主探究有助于學生理解“古典概型”中隨機事件發(fā)生的可能性大小，并通過解讀統(tǒng)計與概率事件之間的聯(lián)系，猜測隨機事件的可能性大小，從樣本數(shù)據(jù)中論證猜想.這樣比較符合初中階段學生的認識規(guī)律，讓學生在有趣的操作中體會、感知.

（2）在教師的引導下同樣對“轉(zhuǎn)盤實驗”進行深層次的體驗，利用在線平臺的“大轉(zhuǎn)盤”游戲功能，將轉(zhuǎn)盤劃分為顏色各異的八等份，讓學生一邊操作一邊思考.

思考一：將轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動一次，指針會落在哪個區(qū)域上？

思考二：轉(zhuǎn)盤指針最終指向哪個顏色的概率更大？

思考三：將綠色并入紅色后，指針最終指向哪個顏色的概率最大？

學生通過“轉(zhuǎn)盤實驗”完成實驗探究和結論總結，了解到隨機事件的可能性大小與面積大小有關聯(lián)，面積越大，概率越大.

設計意圖：實驗通過不斷變換轉(zhuǎn)盤中不同顏色的面積大小，引導學生在實驗中感知隨機事件發(fā)生的可能性大小，由簡單到復雜，由淺入深，層層遞進引發(fā)學生思考，充分體現(xiàn)活動的層次性.實驗借助智慧課堂讓學生在對比、甄別中認知、思考、再認識、再思考，實現(xiàn)知識的延伸.

（4）回歸情境，交互交流

借鑒RunningMan節(jié)目“全員一致”主題活動為學生設計“摸球?qū)嶒灐保ㄟ^實驗解答教材中提出的數(shù)學問題，并引導學生進行總結.

總結一：是否通過實驗解決了問題？

總結二：通過實驗你有哪些重要的收獲？請交流想法.

總結三：在“摸球?qū)嶒灐敝心芊裼靡粋€具體的“量”來表達這些隨機事件的可能性大??？

設計意圖：回歸教材，回歸情境，引發(fā)學生的思考和總結，讓學生在總結中重新梳理知識，深化對隨機事件的本質(zhì)認識.

1.讓學生形成問題意識

問題是數(shù)學學科的核心，通過實驗培養(yǎng)學生的問題意識是本節(jié)課的明線，學生在層層遞進的問題探究中，通過實驗獲得新知.實驗將課堂讓位于學生，將教師與學生的角色互換，營造開放、自由的實驗環(huán)境，促進學生形成“敢問”“敢想”“敢探究”的實驗意識，在問題中激發(fā)學生探究興趣，以內(nèi)驅(qū)力完成實驗過程.

2.引導學生產(chǎn)生數(shù)學思維

實驗課堂是師生、生生、教材與實踐交互的平臺，其中學生的數(shù)學思維發(fā)展尤其重要.實驗教學聚焦學生的觀察、想象、推理和解決數(shù)學問題的能力，讓學生在“做”的過程中體會數(shù)學樂趣，探尋數(shù)學真理，調(diào)動靈活思維，完成實驗目標.

3.培養(yǎng)學生的數(shù)學核心素養(yǎng)

課堂依托實驗室模型構建框架，從思想和方法等方面引導學生主動對數(shù)學問題進行理解與討論，將知識的發(fā)生、發(fā)展和應用在具體實驗中進行整合，以“做”為基礎獲得全面、持續(xù)的發(fā)展，在真探究、真思考、真實驗中提升學科核心素養(yǎng).

結 語

綜上所述，初中數(shù)學課堂依托信息技術構建實驗教學，引導學生在實踐操作中感悟數(shù)學原理，掌握數(shù)學知識，積累活動經(jīng)驗，在深度學習中發(fā)展思維.知識是學生“悟”出來的，而不是教師“教”出來的.以數(shù)學實驗為基礎構建現(xiàn)代化智慧課堂，可推動數(shù)學學科教學的高質(zhì)量發(fā)展.

【參考文獻】

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