運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)促進(jìn)科學(xué)教學(xué)

〔摘 要〕 小學(xué)科學(xué)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)自然界的好奇心方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。數(shù)學(xué)作為一種工具語(yǔ)言，為科學(xué)探究提供了必要支撐?？茖W(xué)與數(shù)學(xué)的融合教學(xué)在小學(xué)階段具有重要意義。小學(xué)階段是學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期?？茖W(xué)教學(xué)不只關(guān)注知識(shí)的傳授，更重視培養(yǎng)學(xué)生的觀察力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新思維。數(shù)學(xué)作為科學(xué)探究的重要工具，其在科學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的理解。本文深入探究了小學(xué)科學(xué)和數(shù)學(xué)教學(xué)之間的緊密聯(lián)系，借助多種路徑實(shí)現(xiàn)小學(xué)科學(xué)和數(shù)學(xué)的融合。

〔關(guān)鍵詞〕 小學(xué)科學(xué)；學(xué)科融合；數(shù)學(xué)

〔中圖分類號(hào)〕 G424 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕 A 〔文章編號(hào)〕 1674-6317 （2024） 19 034-036

《義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出：原則上，各門課程用不少于10%的課時(shí)設(shè)計(jì)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)。小學(xué)科學(xué)與數(shù)學(xué)的融合可以促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提升。這種教學(xué)方式能夠幫助學(xué)生形成系統(tǒng)的思維方式，培養(yǎng)其解決實(shí)際問題的能力。融合教學(xué)方式能夠?yàn)閷W(xué)生提供全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。這種體驗(yàn)突破了傳統(tǒng)教育模式的局限，為學(xué)生的全面發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

一、小學(xué)科學(xué)和數(shù)學(xué)教學(xué)的緊密聯(lián)系

科學(xué)與數(shù)學(xué)教學(xué)的緊密聯(lián)系體現(xiàn)在多個(gè)方面，體現(xiàn)在探索自然界和理解世界的過程中。美國(guó)《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》指出，科學(xué)需要運(yùn)用數(shù)學(xué)搜集、處理數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)學(xué)進(jìn)行推理，以形成概念、定律和理論。這為小學(xué)科學(xué)和數(shù)學(xué)教學(xué)的融合提供指導(dǎo)原則。數(shù)學(xué)概念，如計(jì)算、估測(cè)、測(cè)量，不僅是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的重要部分，也是科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究中不可或缺的工具。在小學(xué)階段，學(xué)生通過實(shí)際操作，學(xué)習(xí)如何量化處理真實(shí)世界中的數(shù)據(jù)。除了基礎(chǔ)的量化技能，數(shù)學(xué)可以幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律，進(jìn)而做出正確預(yù)測(cè)。學(xué)生通過對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理運(yùn)算，能夠觀察到其中的數(shù)學(xué)模式，從而形成對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的深入理解。這一過程不僅促進(jìn)了學(xué)生邏輯思維能力的提高，也激發(fā)他們對(duì)科學(xué)探究的興趣。

二、運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)推進(jìn)小學(xué)科學(xué)教學(xué)

（一）立足教學(xué)要求，確定融合內(nèi)容

教師需對(duì)科學(xué)與數(shù)學(xué)的教材進(jìn)行詳細(xì)的閱讀分析，以識(shí)別兩門學(xué)科中相互關(guān)聯(lián)的內(nèi)容。教師要關(guān)注科學(xué)與數(shù)學(xué)之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，以確保融合教學(xué)在知識(shí)層面的連貫性。教師需根據(jù)識(shí)別出的融合點(diǎn)，制訂相應(yīng)的教學(xué)計(jì)劃。在此過程中，教師可以將數(shù)學(xué)和科學(xué)的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來，形成完整的學(xué)習(xí)單元。在教學(xué)過程中，教師需運(yùn)用合理的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生探索科學(xué)現(xiàn)象背后的數(shù)學(xué)原理，同時(shí)用數(shù)學(xué)工具來解釋科學(xué)概念，增進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解。

以《一天的氣溫》一課為例，教師在課上先引出氣溫變化的科學(xué)概念，讓學(xué)生理解氣溫如何隨時(shí)間變化，并激發(fā)學(xué)生對(duì)氣候變化的興趣。接下來，教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)際的數(shù)據(jù)收集工作。學(xué)生要觀察并記錄一天中不同時(shí)間點(diǎn)的氣溫。在此過程中，學(xué)生需學(xué)習(xí)如何準(zhǔn)確地讀取溫度計(jì)的數(shù)據(jù)，并確保記錄的準(zhǔn)確性。隨后，教師將引入數(shù)學(xué)知識(shí)，教授學(xué)生如何將收集到的氣溫?cái)?shù)據(jù)整理成表格，并用折線統(tǒng)計(jì)圖來表示。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生學(xué)習(xí)如何使用數(shù)學(xué)工具來呈現(xiàn)科學(xué)數(shù)據(jù)，了解折線圖的繪制方法及其在表達(dá)數(shù)據(jù)時(shí)的有效性。教師需明確指導(dǎo)學(xué)生如何在坐標(biāo)軸上標(biāo)記時(shí)間和溫度、如何連接各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，以及如何從圖表中讀取信息。在繪制折線圖的過程中，教師需要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的可視化對(duì)于理解分析科學(xué)信息的重要性。學(xué)生在親自繪制折線圖的過程中，不僅鍛煉了數(shù)學(xué)技能，同時(shí)也能更深入地理解氣溫變化的科學(xué)原理。此外，教師還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所繪制的折線圖進(jìn)行分析，讓學(xué)生嘗試解釋圖表中呈現(xiàn)的氣溫變化趨勢(shì)，并將其與科學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來。引導(dǎo)學(xué)生探討為何上午的溫度會(huì)逐漸升高，下午又會(huì)有所下降，以及這些變化與太陽(yáng)輻射科學(xué)現(xiàn)象的關(guān)聯(lián)。教師應(yīng)有效地將科學(xué)和數(shù)學(xué)的知識(shí)結(jié)合起來，提升學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的理解，增強(qiáng)學(xué)生解決問題能力。

（二）填補(bǔ)教材斷層，豐富學(xué)習(xí)體驗(yàn)

科學(xué)和數(shù)學(xué)擁有獨(dú)立的知識(shí)體系，并在多處存在相同的知識(shí)點(diǎn)，但知識(shí)點(diǎn)的學(xué)科目標(biāo)要求、呈現(xiàn)順序以及知識(shí)結(jié)構(gòu)往往不盡相同。因此，教師在融合這兩門學(xué)科時(shí)，面臨的主要挑戰(zhàn)是如何在保留各學(xué)科特色的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的整合。教師需要對(duì)兩個(gè)學(xué)科的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)體系進(jìn)行詳細(xì)梳理，準(zhǔn)確識(shí)別兩門學(xué)科相交疊的知識(shí)點(diǎn)，考慮這些知識(shí)點(diǎn)在各自學(xué)科中的呈現(xiàn)方式和教學(xué)目標(biāo)。這一過程不僅需要教師對(duì)學(xué)科知識(shí)有深入理解，還需要具備跨學(xué)科整合的能力。教師需設(shè)計(jì)出打破學(xué)科界限的教學(xué)策略。在這一策略中，教師應(yīng)關(guān)注如何將相同的知識(shí)點(diǎn)在不同學(xué)科中以不同的方式呈現(xiàn)，以適應(yīng)各自的學(xué)科特點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)學(xué)科優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的過程中，教師還應(yīng)考慮如何將科學(xué)和數(shù)學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效整合。這需要教師在教學(xué)過程中對(duì)傳統(tǒng)的教材內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整補(bǔ)充，以確保學(xué)生在連貫、系統(tǒng)的知識(shí)框架中進(jìn)行學(xué)習(xí)。

以三年級(jí)科學(xué)課程《物體的運(yùn)動(dòng)》為例，在教學(xué)中需要用到四年級(jí)數(shù)學(xué)中“平均數(shù)”的知識(shí)點(diǎn)。面對(duì)兩個(gè)學(xué)科中知識(shí)點(diǎn)編排順序的不一致性，教師需采取創(chuàng)新的教學(xué)方法來縮小這一差距，并豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。教師需要重新組織教學(xué)內(nèi)容，將科學(xué)課程中“拉力與小車速度的關(guān)系”與數(shù)學(xué)的平均數(shù)概念相結(jié)合。在這一教學(xué)過程中，教師引入“拉動(dòng)小纜車”的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生仔細(xì)觀察外力作用下小纜車的運(yùn)動(dòng)變化。通過提出核心問題“小纜車的行進(jìn)速度受什么影響”，激發(fā)學(xué)生的好奇心，引導(dǎo)他們提出假設(shè)，并選擇具有代表性的因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生使用砝碼和小纜車作為實(shí)驗(yàn)器材，通過改變砝碼數(shù)量來改變拉力，探索拉力對(duì)小車運(yùn)動(dòng)速度的影響。每個(gè)小組進(jìn)行五次實(shí)驗(yàn)，并收集時(shí)間數(shù)據(jù)。這里就涉及了數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)——平均數(shù)的應(yīng)用。學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，不同小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間存在差異，于是引發(fā)關(guān)于如何確定最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論。教師需要通過一系列問題引導(dǎo)學(xué)生思考平均數(shù)的概念，讓學(xué)生通過比較平均數(shù)和原始數(shù)據(jù)，探討不同小組數(shù)據(jù)的差異，以及預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)變化對(duì)平均數(shù)的影響，從而深入理解平均數(shù)的含義和在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

（三）深入學(xué)習(xí)原理，推動(dòng)知識(shí)生長(zhǎng)

在小學(xué)科學(xué)和數(shù)學(xué)有效融合的教學(xué)實(shí)踐中，深入探究學(xué)習(xí)原理，探索知識(shí)生長(zhǎng)的路徑，遵循波利亞提出的學(xué)習(xí)理念，即知識(shí)的最佳學(xué)習(xí)途徑是通過自身的發(fā)現(xiàn)探究。教師要鼓勵(lì)學(xué)生在科學(xué)領(lǐng)域主動(dòng)探究，深化理解，并掌握內(nèi)在規(guī)律、性質(zhì)和聯(lián)系。教師在促進(jìn)學(xué)生自我探究的過程中，需精心設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，使其既符合科學(xué)原理，又融入數(shù)學(xué)思維。在這個(gè)過程中，教師應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生的觀察力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰头治瞿芰?。通過提出引發(fā)思考的問題，設(shè)置具有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。教師引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象，探索其背后的原理，并運(yùn)用數(shù)學(xué)工具進(jìn)行量化分析。

以科學(xué)課程《簡(jiǎn)單機(jī)械》為例，教師可以將本課與數(shù)學(xué)綜合活動(dòng)“自行車中的數(shù)學(xué)”結(jié)合。教師可以通過自行車來解釋簡(jiǎn)單機(jī)械的工作原理，讓學(xué)生探究杠桿原理在自行車剎車系統(tǒng)中的應(yīng)用，分析輪軸和滑輪如何在自行車的運(yùn)動(dòng)中起作用。在這個(gè)過程中，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了簡(jiǎn)單機(jī)械的科學(xué)原理，還能通過觀察實(shí)驗(yàn)來理解這些原理在實(shí)際生活中的應(yīng)用。教師可以引入數(shù)學(xué)綜合活動(dòng)，讓學(xué)生計(jì)算自行車輪子的周長(zhǎng)、齒輪比例或者行進(jìn)速度。在這一環(huán)節(jié)中，教師需要設(shè)計(jì)一系列問題，引導(dǎo)學(xué)生使用數(shù)學(xué)工具來解決這些問題。教師可以提問：“如果自行車輪子的直徑是65厘米，那么一次完整的旋轉(zhuǎn)將覆蓋多長(zhǎng)的距離？”之后教師需要鼓勵(lì)學(xué)生通過小組合作，共同探討解決問題的辦法。

（四）感受實(shí)踐過程，延展知識(shí)長(zhǎng)度

在小學(xué)科學(xué)和數(shù)學(xué)有效融合中感受實(shí)踐過程的教學(xué)路徑，強(qiáng)調(diào)將知識(shí)從書本轉(zhuǎn)化為生活應(yīng)用，并通過綜合實(shí)踐活動(dòng)，將課堂學(xué)習(xí)與社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合。教師需要設(shè)計(jì)組織跨學(xué)科的研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，使學(xué)生能夠在實(shí)踐中應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。在實(shí)施這一教學(xué)路徑時(shí)，教師要識(shí)別生活現(xiàn)象中可以作為研究問題的主題。這些主題應(yīng)該能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，同時(shí)能夠涉及科學(xué)和數(shù)學(xué)多個(gè)知識(shí)點(diǎn)。在這個(gè)過程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)搜集分析數(shù)據(jù)，鼓勵(lì)他們提出假設(shè)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這些活動(dòng)不僅局限于課堂內(nèi)部，還可以延伸到課外。教師可以積極組織社區(qū)訪問活動(dòng)，確保學(xué)生能夠在真實(shí)環(huán)境中觀察、記錄和分析數(shù)據(jù)。

以綜合活動(dòng)“調(diào)查校園植物”為例，教師要先引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，測(cè)量學(xué)校綠地面積。這一過程中，學(xué)生將使用各種測(cè)量工具來測(cè)量綠地的長(zhǎng)度和寬度。針對(duì)不規(guī)則的綠地面積，學(xué)生需要運(yùn)用割補(bǔ)法進(jìn)行測(cè)量。這不僅涉及科學(xué)觀察的技能，還需要學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行面積的計(jì)算。接下來，教師將引導(dǎo)學(xué)生探究不同植物的產(chǎn)氧量是否相同。學(xué)生首先需要對(duì)校園內(nèi)的植物進(jìn)行分類，如草類、常綠樹和落葉樹，并通過網(wǎng)絡(luò)查找資料、請(qǐng)教教師等方式來了解不同植物的產(chǎn)氧量。這一過程中，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了植物學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，還培養(yǎng)了研究溝通能力。在獲取植物分類和產(chǎn)氧量的初步信息后，學(xué)生將進(jìn)行光合作用產(chǎn)氧實(shí)驗(yàn)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要確定變量及定量，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)方案，證明植物通過光合作用能產(chǎn)氧，并分析影響產(chǎn)氧量的因素。這一過程不僅加深了學(xué)生對(duì)植物科學(xué)的理解，也鍛煉了他們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。此外，教師還會(huì)引導(dǎo)學(xué)生探究學(xué)校師生每天需要的氧氣量。學(xué)生將查找每人每天的需氧量等資料，并統(tǒng)計(jì)學(xué)校師生的人數(shù)。通過運(yùn)用統(tǒng)計(jì)圖整合計(jì)算數(shù)據(jù)，學(xué)生可以計(jì)算出整個(gè)學(xué)校師生每天的總需氧量，并據(jù)此分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論。教師需要確保學(xué)生在進(jìn)行測(cè)量、分類、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析的過程中，正確理解相關(guān)的科學(xué)和數(shù)學(xué)知識(shí)。同時(shí)，教師還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行小組討論，以促進(jìn)知識(shí)的共享和思維的碰撞。通過這種跨學(xué)科的綜合實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生不僅能夠?qū)⒖茖W(xué)理論應(yīng)用于實(shí)際生活中，還能夠通過數(shù)學(xué)工具進(jìn)行精確的數(shù)據(jù)分析，從而全面深入地掌握科學(xué)知識(shí)。

三、結(jié)語(yǔ)

總的來說，小學(xué)科學(xué)和數(shù)學(xué)教學(xué)有效融合有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的深入理解，還促進(jìn)了學(xué)生綜合能力的提升。科學(xué)與數(shù)學(xué)之間的緊密聯(lián)系，使兩者的融合成為提高教學(xué)效果的關(guān)鍵。本文借助具體的教學(xué)實(shí)例，生動(dòng)地展示了如何在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)科學(xué)與數(shù)學(xué)的有效結(jié)合。這些活動(dòng)不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且提高了他們?cè)趯?shí)際生活中應(yīng)用科學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)的能力。借助實(shí)際案例的教學(xué)，學(xué)生能夠更好地理解科學(xué)原理和數(shù)學(xué)概念，并將這些知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問題。在跨學(xué)科的融合教學(xué)模式下，學(xué)生不僅學(xué)到了具體的科學(xué)和數(shù)學(xué)知識(shí)，更重要的是學(xué)會(huì)了如何將這些知識(shí)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活，理解科學(xué)與數(shù)學(xué)之間的內(nèi)在聯(lián)系。這種教育模式對(duì)于培養(yǎng)未來社會(huì)所需的多元化、創(chuàng)新型人才具有重大意義。

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