基于腦科學(xué)的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計工具

鐘婷婷 李玲

《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》確立了以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的課程目標(biāo)，對教師的教學(xué)提出了更高的要求，教師只有在尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律基礎(chǔ)上，制定指向核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)，通過整體設(shè)計，分步實施，才能逐步提升學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。

腦科學(xué)為數(shù)學(xué)教學(xué)提供支持

學(xué)習(xí)是大腦活動的結(jié)果，腦科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)是通過生物學(xué)基礎(chǔ)和經(jīng)驗的協(xié)同作用在腦中創(chuàng)造出來的。

數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)是大腦對信息進(jìn)行加工的過程。學(xué)習(xí)是腦進(jìn)行信息加工的過程，是腦對刺激產(chǎn)生的反應(yīng)，它包括腦對信息的感知、處理和整合，學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程也同樣如此。在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生接受的一切外部刺激都被看作是可以編碼和加工處理的信息，而學(xué)生與環(huán)境互動的過程則被視為學(xué)生內(nèi)部信息與外部刺激交互作用的過程，即信息的輸入、加工處理、儲存、輸出等過程。數(shù)學(xué)知識最終的遷移，實際上就是在原有知識能力基礎(chǔ)上獲得新的知識能力、各種知識能力累積的過程。

腦的可塑性是學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的必要條件。大腦的可塑性為數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)提供了物質(zhì)支撐，是學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的必要條件。事實上，數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)行為和大腦是一種相互依存和反哺的關(guān)系，在數(shù)學(xué)課堂中，學(xué)生的大腦會受到新情境、新知識等的刺激，進(jìn)而完成數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)，而不同的數(shù)學(xué)知識會調(diào)動不同的大腦區(qū)域，由此學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)行為也刺激了大腦，促進(jìn)了大腦發(fā)育。

可見，腦科學(xué)可以為數(shù)學(xué)教學(xué)的建構(gòu)提供支持：首先，理解生物學(xué)因素的影響有助于教師設(shè)計與生物學(xué)因素和先天傾向作用相一致的數(shù)學(xué)教學(xué)法。其次，腦科學(xué)描繪出數(shù)學(xué)知識的內(nèi)在學(xué)習(xí)通路，教師就可以有策略地提高教學(xué)，設(shè)計適應(yīng)個體差異的教學(xué)方法。因此，腦科學(xué)可以使教師設(shè)計出更有效、更全面的數(shù)學(xué)教學(xué)，科學(xué)地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。

基于腦科學(xué)的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計原則

基于腦科學(xué)的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計的三個原則分別是：基于腦、適于腦、促進(jìn)腦。

基于腦。基于腦，也就是小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計要基于學(xué)生的現(xiàn)狀。包括學(xué)生大腦發(fā)育所處的階段、學(xué)生前期知識和經(jīng)驗的積累等。教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時要關(guān)注小學(xué)生正處于對思維和觀念的操作階段，數(shù)學(xué)思維開始初步建立這一現(xiàn)狀。此外，教師要分析學(xué)生的前概念，以學(xué)生已有知識為基礎(chǔ)，與學(xué)生的前概念結(jié)合起來。

適于腦。學(xué)生理解數(shù)學(xué)需要事實性知識和概念框架，教師在課堂上所使用的不同教學(xué)方法能夠?qū)W(xué)生大腦的結(jié)構(gòu)與功能發(fā)揮重要的可塑性。所以教師在教學(xué)設(shè)計時要遵循學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程，抓住合適的教學(xué)契機，設(shè)計適合的學(xué)習(xí)內(nèi)容和教學(xué)活動。在教學(xué)設(shè)計時可以構(gòu)建結(jié)構(gòu)化教學(xué)內(nèi)容，采用多元化的學(xué)習(xí)方式，盡量讓每一個學(xué)生的能力得到發(fā)展。

促進(jìn)腦。學(xué)生經(jīng)歷完整的學(xué)習(xí)過程和體驗，建構(gòu)全面的數(shù)學(xué)知識體系有利于刺激大腦的多個區(qū)域，有助于學(xué)生的大腦發(fā)育。因此教師在教學(xué)設(shè)計時應(yīng)讓學(xué)生經(jīng)歷完整的學(xué)習(xí)過程和體驗，以沉浸其中、多種途徑并行的方式開展學(xué)習(xí)，把學(xué)生組織到對所學(xué)內(nèi)容的分析和綜合、比較和對照、抽象和概括、判斷和推理等思維的過程中來。

基于腦科學(xué)的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計工具

基于腦科學(xué)的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計工具是指以腦科學(xué)的理論為指導(dǎo)，遵循腦的認(rèn)知規(guī)律和工作機制，適合大腦的學(xué)習(xí)方式，優(yōu)化數(shù)學(xué)教學(xué)而開發(fā)的，可供老師使用的一套數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計工具。主要包括：學(xué)情分析工具、內(nèi)容結(jié)構(gòu)解析工具、學(xué)習(xí)過程設(shè)計工具和教學(xué)評估工具。

學(xué)情分析工具?；谀X，是從學(xué)生的需求出發(fā)，所以教學(xué)設(shè)計必須進(jìn)行學(xué)情分析，在學(xué)生的前概念基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)，而小學(xué)生在數(shù)學(xué)課堂的學(xué)習(xí)應(yīng)考慮學(xué)生已有學(xué)習(xí)經(jīng)驗和學(xué)習(xí)興奮點。

教師在教學(xué)設(shè)計時就應(yīng)當(dāng)注意幫助學(xué)生從已有知識的基礎(chǔ)上進(jìn)行延展、擴充知識范圍、在新的背景下對知識進(jìn)行重構(gòu)和呈現(xiàn)等安排學(xué)習(xí)與教學(xué)，這是以學(xué)生為中心并適于學(xué)生且易于被學(xué)生掌握的方式。

教師首先要明確該學(xué)情分析可以用于單元整體分析，也可以針對單課時使用。在分析時，對學(xué)生已有學(xué)習(xí)經(jīng)驗，可以從知識儲備和學(xué)習(xí)能力兩個方面進(jìn)行分析，再結(jié)合新內(nèi)容分析學(xué)生可能存在的學(xué)習(xí)困難點或興奮點。在分析過程中也可以借助數(shù)據(jù)。

內(nèi)容結(jié)構(gòu)解析工具。適于腦，就是要設(shè)計合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容和方法。學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)必須具有事實性知識的深入基礎(chǔ)，在概念框架的情景中理解事實和觀念，促進(jìn)數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)時，總是會利用極其豐富的結(jié)構(gòu)化信息內(nèi)容。所以教師在教學(xué)設(shè)計時，要根據(jù)知識間的內(nèi)在聯(lián)系重組、整合形成結(jié)構(gòu)化的教學(xué)內(nèi)容，變“教材內(nèi)容”為“教學(xué)內(nèi)容”，以此幫助學(xué)生整體化、結(jié)構(gòu)化的數(shù)學(xué)知識的建構(gòu)。

教師在設(shè)計教學(xué)內(nèi)容時，應(yīng)根據(jù)教學(xué)主題，細(xì)化教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)整合教學(xué)內(nèi)容，形成符合教學(xué)主題，能達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的結(jié)構(gòu)化內(nèi)容，過程中有側(cè)重地發(fā)展學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。以《分?jǐn)?shù)混合運算》這一單元為例，通過畫圖策略直觀呈現(xiàn)數(shù)量關(guān)系，結(jié)合具體情景體會分?jǐn)?shù)混合運算的順序與整數(shù)混合運算一樣，發(fā)展學(xué)生的運算能力，并發(fā)展分析問題和解決問題的能力。逐步養(yǎng)成觀察現(xiàn)實世界的意識與習(xí)慣，發(fā)展好奇心、想象力和創(chuàng)新能力。以培養(yǎng)孩子的幾何直觀能力，運算能力和應(yīng)用意識。

學(xué)習(xí)過程設(shè)計工具。促進(jìn)腦，就是讓學(xué)生經(jīng)歷完整的學(xué)習(xí)過程和體驗，教師采用多元化的教學(xué)方式，激活學(xué)生大腦中不同的神經(jīng)通路，以促進(jìn)學(xué)生更好地學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，提升學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。所以基于腦科學(xué)的教學(xué)設(shè)計要求教師在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中，采用不同的方式給予學(xué)生不同的支持，做到科學(xué)地教與學(xué)，讓教師的教和學(xué)生的學(xué)更有意義。

學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程主要包括明確問題、活動探究、反思建模、應(yīng)用遷移幾個環(huán)節(jié)，教師在教學(xué)設(shè)計時要尋找學(xué)生的興奮點，誘發(fā)學(xué)生的探知欲望，在學(xué)生活動探究后要設(shè)計啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生猜想、驗證結(jié)果、歸納反思等活動，幫助學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型，最后還要引發(fā)學(xué)生知識的遷移，促進(jìn)其高階思維的發(fā)展。針對學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的每個環(huán)節(jié)，教師在教學(xué)設(shè)計時要明確自己的教學(xué)任務(wù)，采用不同的教學(xué)方法幫助或引導(dǎo)學(xué)生達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

以北師大版六年級上冊《圓的面積》一課為例，在學(xué)生開展小組合作動手操作的環(huán)節(jié)，對于有困難的小組，教師要適時指導(dǎo)，以順利完成這一環(huán)節(jié)所要達(dá)到的學(xué)習(xí)目標(biāo)；當(dāng)學(xué)生完成了新舊知識的轉(zhuǎn)換，對于圓和近似平行四邊形之間的聯(lián)系需要教師提出問題，引發(fā)學(xué)生的思考，發(fā)現(xiàn)什么變了，什么沒變，為面積推導(dǎo)做好鋪墊。通過學(xué)生學(xué)習(xí)過程的有效達(dá)成和教師支持的適時點撥，發(fā)展學(xué)生的幾何直觀、空間觀念等數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。

教學(xué)評估工具。在完成教學(xué)設(shè)計后，進(jìn)入課堂教學(xué)階段，課堂教學(xué)能否落實教學(xué)設(shè)計，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，真正發(fā)展學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)，以及教學(xué)設(shè)計的修改完善，都需要進(jìn)行評估和反饋。因此，教師應(yīng)該使用教學(xué)評估工具，記錄在各個教學(xué)環(huán)節(jié)與任務(wù)中，學(xué)生的活動情況，包括持續(xù)時間、參與人數(shù)、表情、行為、語言、學(xué)習(xí)時長、發(fā)言情況等方面。根據(jù)詳細(xì)的課堂觀察和記錄，進(jìn)行分析與建議。

教學(xué)評估工具主要是通過其他教師的課堂觀察和學(xué)生的自我評價來進(jìn)行，同時還可以設(shè)計相應(yīng)的作業(yè)或試題進(jìn)行檢測，從過程性和終結(jié)性兩方面進(jìn)行評估反饋。教師根據(jù)反饋對教學(xué)設(shè)計進(jìn)行反思和改進(jìn)，修改教學(xué)設(shè)計，并進(jìn)行課堂教學(xué)實踐。

基于腦科學(xué)的數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計改善了課堂的教與學(xué)，使教師由以前的單純關(guān)注知識教學(xué)、考試教學(xué)轉(zhuǎn)向現(xiàn)在的關(guān)注學(xué)科能力教學(xué)，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)教學(xué)。運用了腦科學(xué)的數(shù)學(xué)課堂，更好地尊重了學(xué)生的生理和心理需求，從而使數(shù)學(xué)課堂的教學(xué)更加科學(xué)、高效。數(shù)學(xué)課堂內(nèi)容設(shè)計也更豐富，更加符合學(xué)生大腦的認(rèn)知和發(fā)展，使課堂呈現(xiàn)主動積極、生機勃勃的樣態(tài)，使越來越多的學(xué)生愛上數(shù)學(xué)課。