立足四个维度培养学生自主实验探究能力

甘肃省张掖市甘州区教育局(734000) 马婧怡 王幼华

1 前言

据调查显示,中国留学生学习成绩往往比一起学习的外国学生好得多,然而数年以后,取得的科研成果却比人家少得多,原因就在于外国学生思维活跃,动手实践能力和创新思维能力特别强。数学是一门抽象的基础学科,而小学生的思维又是以具体形象思维为主的,显然,数学学科的特点与小学生的思维特点是矛盾的。要解决这个矛盾,在数学教学中,就要加强教师的直观演示和学生的动手操作教学,以帮助学生获得清晰的表象,为学生的创新思维发展做好铺垫。《数学课程标准》更是指出：“有效的数学学习活动不能单纯地依赖模仿与记忆,动手实践、自主探索与合作交流是学习数学的重要方式。”因此,动手操作实验教学对培养学生的核心素养具有重要的意义。

2 “讲、做、思、创”相融：数学实验的价值追求

数学实验是指学生为解决某个数学问题、检验某个数学结论或思想而进行的探究、发现、思考、分析、归纳等思维活动。这种实验操作教学,表面上看是教师在“讲”、学生在“做”,但这种“讲”和“做”,不是机械地根据教师或学生的预设方案按部就班地走流程,也不只是如何教学生把抽象的、深奥的数学问题通过实验的形式还原成直观的、简单的问题,从而促使学生理解某种数学概念、解决某个数学问题。在这个过程中蕴含着学生思维的生长点,积聚着学生数学素养自然生长的力量,是“讲、做、思、创”4个维度相伴相生的、自主探究的具体认知过程。

2.1 “讲”与“做”相伴

数学实验教学离不开教师的“讲”和“导”,更离不开学生的“做”,否则实验教学就会沦为无源之水、无本之木。然而观察发现,有些教师在数学实验教学中为了节省时间或追求所谓的“完美”,而将“做实验”异化为“演实验”“或“讲实验”,学生对为什么要实验、怎样进行实验以及实验所达到的预期效果等都缺乏深度的思考,更谈不上“使学生获得切实的情感体验和发展学生动手能力和创新能力”了。这种剥夺学生主观能动地位,流于形式的数学实验教学贻害无穷。数学实验教学离不开教师的“讲”和学生的“讲”。教师讲,就是要讲清实验目的、实验要求、注意事项等,从而启发诱导学生发现问题、提出问题、寻求解决问题的途径,为顺利实施实验过程作好铺垫。数学实验教学中的“讲”,还包括学生的“讲”,在教师循循善诱的启发诱导之下,学生发现了什么,提出了哪些有价值的问题,通过小组合作探究,制定了哪些实验方案,以及实验的结果如何等,这些都需要学生“讲”出来,在交流分享中不断修正自己的实验方案和实验结果,发展学生的创新思维。

当然,数学实验教学更离不开学生的“做”,学生通过“做”,将实验内容中蕴含的数学知识、数学思想等本质内涵发掘出来,这种发现需要学生在教师指引下的积极思维。不难看出,数学深度实验教学,需要教师“讲”与学生“做”相伴而行,学生在数学实验活动中不断积累经验,在教师的启发“讲”解中思维得以持续升华。

2.2 “做”与“思”相融

“做”泛指数学实验探究过程中的一切动手实践活动；“思”则是指学生实验过程中的一切思维活动。根据发生时间和任务的不同可分为3个阶段,分别是探究前的发现问题与猜想假设,探究中的主动建构与分析综合,探究后的总结交流与反思提升。霍姆林斯基指出：“手和脑之间有着千丝万缕的联系,手使脑得到发展,使它明智；脑使手得到发展,使它变成思维的工具和镜子。”可见动手与动脑是相互促进、共同发展的。虽然当前飞速发展的信息技术为虚拟实验教学提供了强大的技术支持和极大的便利,但依然代替不了学生手脑并用的意义建构过程。因此,只有“做”与“思”相互融合,才能让小学数学实验探究教学更有价值。

2.3 “思”与“创”相长

创新是思考的积淀。当下数学实验教学过程中,依然存在诸如死记硬背实验结果、简单模仿操作规程等不重视学生思维训练的陈旧学习方式。因此,数学实验教学中调动学生思维的有效参与是我们必须遵循的基本原则。即从传统的、纯粹的知识认知转向全身心投入的体验感悟学习,使学有所“思”,“思”有所“创”,“思”与“创”相生相长,才能促进学生心智健康发展。小学生经过几年的学习,已经具有了初步创新的知识、技能和方法,教学中要留给学生广阔的自主探索时空,让学生把自己学到的东西自由表达或创造出来。只要这样,学生才能始终保持激情、坚持自信、勇于创新,才能敢想、敢说、敢做,勇于求真。

3 学生自主探究的实验课堂教学策略

3.1 让学生自主发现问题

美国著名学者布鲁巴克指出：“最精湛的教学艺术,遵循的最高准则就是让学生自己提问题。”发现问题是学生自主探究的起点和动力,也是思维活动中最重要的环节,没有问题的思维是肤浅的、被动的。那么,数学实验课堂教学中怎样让学生自己发现和提出问题呢?

3.1.1 在教材中发现问题

小学生思想活跃、求知欲强,对教材充满着天然的好奇心,这就是问题意识的种子。小学数学教材在编排时充分考虑了儿童的这一特点,设计了图文并茂、形象直观的教学内容情境图和“兔博士”“淘气”“奇思”“笑笑”(北师大版)4个卡通形象,引导学生自主提问和学习。因此,在实验教学中,我们要鼓励学生大胆提问、质疑,“多一些允许,少一些责难”,让问题意识的种子在民主和谐的氛围中生根发芽、开花结果。例如学习“圆的面积”实验探究时,教师只需稍加引导,学生很自然地就想到了“什么是圆的面积、圆的面积和周长一样吗、圆的面积跟什么有关、怎样求圆的面积”等有价值的数学问题,并激励学生开动脑筋去探求答案。

3.1.2 在生活中发现问题

数学源于生活又高于生活,生活是学生发现问题的源泉,学生能从生活实践中发现问题,恰恰反映了学生对生活的体验和感受,以及对当前数学知识产生、发展过程的理解和应用程度。例如,学生通过现场操作探究,理解了“三角形具有稳定性、平行四边形容易变形”的特点后,还要引导学生从数学的角度来观察生活中的常见现象并提出问题：“为什么通信用的铁塔、自行车的支架等都要做成三角形,而校门口的移动伸缩门出现了许多平行四边形?”学生正是带着这样的问题意识在学习,才会成为一个善于思考、独具个性的学习者。

3.1.3 在求解中发现问题

每个学生都是一个可爱的“小问号”：“为什么夜晚向着路灯移动,人的影子会越变越短? 为什么圆锥的体积只有等底等高圆柱体积的1/3? 为什么大小不同的圆的周长与直径的商是一个固定的数?”实践证明,学生只有带着问题去动手实验、自主探究,得来的知识结论才会理解的更深刻,掌握的才会更牢固。因此,在数学实验教学中必须加强对学生问题意识的培养。

3.2 让学生自主提出猜想

猜想是建立在事实和已有经验基础之上的一种假定性推测和解释,是科学探究的重要步骤。从某种意义上说,猜想是一种难度较大、跳跃式的创造性思维。

3.2.1 根据已有经验进行猜想

学生进行有效的猜想与假设往往是他们根据已有的知识和生活经验对要研究的问题进行缜密思考后做出的尝试性推测。一个学生一旦对某个问题或结论作出某种猜想,他就把自己与该问题紧紧连在一起,他会迫不及待地想通过观察、实验、演算、分析、求助等多种手段来知道他的猜想正确与否。因此,实验教学中我们应引导学生充分利用学生自己的生活经验进行猜想。

3.2.2 根据实验情境进行猜想

有效猜想的产生与存在依赖于具体的情境,伴随着课堂各要素相互联系、相互作用而产生或消失。因此,在数学探究教学中,教师要借助现代教育技术的强大功能,面向全体学生创设真实的、富有挑战性的、开放的问题情境,努力激活学生强烈的求知愿望,让他们在直观形象的实验情境中得到启发和暗示,从而促使他们在观察中大胆提出自己的猜想与假设,诱导学生深度思维,积极主动发现。

3.2.3 利用科学分析法进行猜想

小学数学教学中常用的科学分析方法有：类比法、观察分析法、反向推理法、因果判断法等,教师利用这些方法引导学生进行猜想假设,能起到化难为易、化抽象为具体的神奇效果,并能使学生获得科学的研究方法,养成科学探究的态度,猜想假设的水平也会得到相应提高。例如,学生根据2的倍数的特征类比猜想出5的倍数的特征；学生根据平行四边形面积计算公式的推导方法类比猜想圆的面积计算公式的推导方法等。学生运用类比法进行猜想,关键在于教师要让学生能通过观察比较、分析综合、归纳概括等思维方法,发现探究问题之间的相似点,形成清晰的思维脉络,猜想假设才能顺利进行。

3.3 让学生自主设计实验

学生自主设计实验方案是实验教学的重要环节,一个正确、详细、周密的实验方案,决定着实验的成败和学生三维目标的达成程度。因此,在教学中教师要善于引导学生通过小组合作自主设计实验方案。这既是实现教学活动由“教”向“学”转变的重要手段,又是培养学生独立开展实验探究能力的重要途径。

3.3.1 实验构思要以落实猜想假设为要点

小学数学实验方案设计的目的是用来验证猜想假设的。因此,教师在引导学生自主进行实验方案预设时,要以学生课前提出的主要猜想为中心,进行大胆缜密思考与设计。教师此时的主要职责就是为学生设计实验方案提供即时的指导、示范、帮助和解疑答惑。科学就是在不断地进行猜想、验证、修正猜想,再验证、再修正如此往复的过程中得以发展的。

3.3.2 实验步骤要以实现研究目标为要点

无论是简单的验证实验,还是稍复杂的探究性实验,教师在实验前所创设的实验探究情境、学生所发现的问题、提出的各种猜想假设,以及熟悉各种实验材料等,都是为学生自主制定切实可行的实施方案做准备的。再加上学生为弄清实验原理和需要的实验器材进行的小组讨论交流,一般来说,学生头脑中都会浮现出清晰的实验方案和实验步骤。如果学生还有疑惑,那么教师就要用通俗易懂的语言给学生讲解,让学生将实验目标、实验步骤和安全事项等有机结合起来,以取得良好的实验效果。

3.3.3 实验表格要以准确收集信息为要点

表格是实验数据呈现的一种重要方式,记录表格的形式多种多样,如数据对比表、实验过程记录表、实验报告表格等。为了提高实验效果,教师需要指导学生编制实验表格或课前教师自己编制好简洁明了、方便实用、便于统计和分析的实验记录表格供学生使用。

3.4 让学生自主进行实验

一个好的教师不是向学生奉送真理,而是教学生怎样去发现真理。学生自主动手实验是自主学习的重要方式,有利于培养学生的创新精神和实践能力。

3.4.1 操作的规范性

“没有规矩,不成方圆”。在实验探究中,教育学生不能随意更改操作程序或要求,轻则导致实验失败,重则可能给自己或他人带来伤害。

3.4.2 观察的准确性

观察的准确是确保观察质量的重要条件。因此,无论是观察实验现象,还是测量数据,都要做到正确无误。例如,在“圆的面积”公式的推导实验教学中,将圆平均分成若干份,无论是拼成一个近似的平行四边形、长方形、还是三角形,学生都需要仔细观察出变化前后什么变了,什么没变,怎样变的?只有观察准确,学生才能真正理解圆面积计算公式的来龙去脉,才能融会贯通。

3.4.3 记录的真实性

这里讲的实验记录主要指实验结果和分析与讨论等内容的记录。实验记录是学生探究的足迹,也是教师客观评价小组学习的重要依据。因此,实验记录必须做到真实、及时、准确、完整,防止遗漏、张冠李戴和随意涂改。如果出现实验结果和自己的猜想不一致的情况,教师要潜移默化地向学生渗透情感、态度、价值观教育,严禁学生伪造和编改数据,使学生明白客观真实记录实验数据在科学研究中的重要意义。

3.5 让学生自主分析总结

从学习提升的角度讲,实验结束后,教师还要引导学生充分利用实验所取得的数据或相关事实材料自主进行分析总结。

3.5.1 对相关数据进行分析归纳

实验收集来的数据,大多是原始的甚至是杂乱无章的,教师要善于引导学生从这一大堆杂乱无章的数据中提炼有用的数学信息进行分析,直至找出数据中的规律。例如,长方体的体积教学,学生分组用棱长1cm 的小正方体摆出不同的长方体,最后通过对比分析,学生发现长方体的体积与长方体的长、宽、高之间的关系,验证了自己猜想的正确性。

3.5.2 用数学语言对规律进行表述

学生通过小组讨论交流发现了规律,还要引导学生用数学语言对其进行表述。例如,梯形的面积用文字表述为：梯形的面积＝(上底＋下底)×高÷2；字母式的规律可表述为：梯形面积用S表示,上底用a表示,下底用b表示,高用h表示,其公式为：S＝(a＋b)h/2。无论哪种表述方法,只要能客观准确地概括所发现的实验结果就行,切勿提高难度打击学生学习的积极性。

3.5.3 对实验猜想假设的验证提升

分析总结既是对实验猜想假设的验证提升,又是学生对自己经历猜测、观察、实验、推理、演算等科学研究活动过程的一次大总结、大发现,其间渗透着学生思维碰撞的火花,对培养创造性人才具有深远的意义和不可估量的作用。

4 结语

综上所述,小学数学实验探究教学的价值在于立足“讲、做、思、创”4个维度,引导学生自己发现问题、自主提出猜想、自主设计实验、自主开展实验、自主分析总结,让学生学会自主探究,促进学生自主探究能力和数学素养不断提升。