小学数学实验教学特点及方法研究

陈进春

摘 要：新课标下，小学数学教学应重视学生数学核心素养的培养，根据教材特征设计“综合与实践”活动，组织学生进行“数学实验”，丰富学生的学习形式，促进学生能力及素养的发展。众多实践研究证明，小学数学实验教学的开展能够有效提升学生的认知水平，充分锻炼学生的逻辑思维能力。因此，文章简要分析了小学数学实验教学的特点、意义及常见类型，结合教学实例阐述了在小学数学课堂中应用数学实验的原则及策略，旨在以高质量的实验教学解放学生的身心，激活其思维，推动学生数学核心素养的发展。

关键词：小学数学；实验教学；特点；策略

【中图分类号】G623.5          【文献标识码】A             【文章编号】2097-2539（2023）07-0181-04

小学数学实验教学的主要目的是锻炼学生的逻辑思维能力与数学学习能力。教师需要为学生提供良好的实验条件，让学生独立或合作完成实验操作，经历观察、假设、实践、验证等过程，形成科学的实验结论，进而提高学生的多项能力。在实验教学过程中，教师要避免直接演示实验过程，不要过多干预学生的实验操作，让学生自主探究涉及生活课题的数学实验，逐步提高学生的数学核心素养。同时，让学生认识到数学是一门科学严谨的学科，教师要突出实验教学的科学性与趣味性。

1.小学数学实验教学的特点

（1）探索起点低

实际实验教学过程中，教师常会为学生提供一些实物或工具，让学生尝试动手操作，在实验操作过程中找到解决数学问题的方法，逐步了解数学知识的本质。可以说，这些实物及工具为学生理解数学知识、解决数学问题提供了较低的起点。例如，在苏教版五年级数学上册“解决问题的策略”一课教学中，教师可引入实验教学法，让学生借助实验解决“王大叔用22根1米长的木条围一个长方形花圃，怎样围面积最大？”这一问题。首先，教师将学生划分为若干学习小组，为各小组分发22根小棒。接着教师指导各小组使用小棒代替题目中的“木条”，尝试围出长方形花圃，并计算出花圃的面积。经过多次实验，得出面积最大的一种围法。实验活动的开展能够帮助学生理清思路，一边操作一边有条理地分析数学问题，通过合作探讨得出正确的答案，进而获得探究能力的提高。

（2）思维“可视化”

思维可视化原本指的是运用一系列图示技术将思考方法与思考路径清晰呈现出来。此处借用了“可视化”的字面意思，思维本是一种不可视的内在活动，在日常教学中，教师需要借助直观材料启动学生的思维，并以某种方式呈现学生的思维过程，这样才能了解学生对知识的理解掌握情况，提供科学的教学指导。在小学数学实验教学中，学生需要自己动手操作实验，通过观察学生的实验表现，教师就能了解学生的思考方式与思考路径，以此为依据进行教学决策。比如，教师可通过观察学生的表情、语言、动作、实验记录等了解学生是否对问题进行了深入思考，进而对学生的思维进行有效引导。同样以“解决问题的策略”一课教学为例，在学生使用小棒围长方形花圃的过程中，笔者观察到，某学生先是随机摆出了一个长7米、宽4米的长方形，又摆出一个长8米、宽3米的长方形。然后，学生分别计算两个长方形的面积，得出长7米、宽4米的长方形面积更大。此时学生大胆猜测，长更短、宽更长的长方形面积更大。于是，学生分别摆出了长6米、宽5米的长方形以及长9米、宽2米的长方形，验证了自己的猜想并得出面积最大的围法。在操作过程中，学生根据现有结论及时调整了思考方向，高效完成实验任务。教师通过观察学生的实验表现，推测出学生的思维过程，灵活调整后续的教学活动。

（3）实验过程完整

数学实验的基本流程为从某一问题出发思考相关要素、分析实验变量、设计实验方案、动作操作实验、得出实验结论、分析反思结论、撰写实验报告等。在小学数学实验教学中，教师不需要完整呈现实验的规范流程，只需要体现出实验过程的完整性。换言之，在小学阶段的实验教学中，教师需要重视问题、过程及结果三要素，并以过程为核心。具体实践中，教师应先确保学生了解实验要求及实验步骤，再让学生动手操作实验。比如，教师可给出实验要求及实验步骤，进行详细的解读，或是师生共同设计实验要求及实验步骤，调动学生的学习积极性。

2.小学数学实验教学的意义

（1）促成学生学习方式的转变

“学生自己动手做”是小学数学实验教学的核心。在参与实验探究的过程中，学生能够充分调动自身已有知识与生活经验，发挥想象力与创造力，灵活运用大脑和手，逐步深入数学问题，掌握数学知识。在此过程中，学生会及时调整自身思维方式，更加高效地完成实验任务。由此，学生将会从被动学习数学变为主动探索数学知识，实现学习方式的转變。

（2）提高教师研发能力

要确保实验教学的有效性，教师需要充分激发学生参与实验的热情与动力，而学生实验热情的激发离不开良好实验环境的营造。鉴于此，小学数学教师应不断提高自身专业素养及研发能力，为学生提供丰富多样、创意性强的实验空间，让学生发散思维，发挥想象力与创造力，自主参与实验探究。笔者认为，教师应扮演好创客导师的角色，创设良好的实验条件，科学引导学生展开实验。

（3）构筑数学创想空间

数学实验是一座连接理论知识与学生经验认知的桥梁。在实验过程中，学生需要经历观察、思考、分析、假设、操作、总结、反思等一系列活动，调动自身知识经验与数学思维推动实验的有序开展，借助实验验证自己的猜想，从而对数学知识形成深刻的认知，将其内化为自身的经验与能力。在以往，学生对数学知识的理解大多为关系性理解，通过参与数学实验，学生将会形成创新性理解，获得逻辑思维能力的提高。

3.小学数学实验教学的常见类型

在划分实验类型时，不同的划分角度往往会得出不同的结论。比如，结合实验工具来看，可将数学实验划分为传统数学实验与现代数学实验；根据实验地点来看，可将数学实验划分为随堂实验、课外实验以及实验室实验；结合实验目的来看，可将数学实验划分为验证性实验、探究性实验。笔者认为，小学阶段的数学实验可从以下两个维度展开分类。

（1）根据实验的重要性进行划分

按照实验在一节课中的分量轻重，可将数学实验划分为片段型实验及完整型实验两类。其中，片段型实验意味着实验活动仅为本节课中的一个环节，其余教学环节并不涉及实验操作。完整型实验则意味着一节课就是一个完整的实验过程。不论是片段型实验还是完整型实验，教师都应该充分调动学生的主动性与积极性，让学生通过实验获得自我提升。

（2）根据教学任务划分实验

根据教学任务，可将数学实验划分为操作体验型实验、探索验证型实验、拓展思考型实验三类。其中，操作体验型实验具体指的是根据教师根据教学内容为学生提供实物与工具，指导学生科学操作实物或工具，优化学生的学习体验，使其正确认识数学知识。探索验证型实验指的是以实验探索数学结论或是验证实验猜想。拓展思考型实验是对教学内容的拓展与延伸，主要是借助实验深入思考数学问题，进一步发展学生的数学能力。

4.小学数学课堂中应用数学实验的原则

（1）目标性原则

在各个学科的教学中，教学目标都起着统领教学活动的作用，能够为教学活动的开展提供依据与指导。之所以在小学数学实验教学中强调教学目标的重要性，是因为现阶段的小学数学实验教学存在形式化倾向，许多教师“为了做实验而做实验”，没有精心设计教学目标，也没有依据教学目标设计教学方案。小学阶段，不同类型的实验活动往往有着不同的开展目的，比如有的实验是为了验证数学猜想，有的实验是为了得出数学结论，还有的实验是为了深化学生对数学知识的认识。在实际教学中，教师需要明确实验目的，思考如何设计实验才能达到预期效果，以明确的教学目标提高实验教学的针对性及有效性。

（2）量力性原则

根据皮亚杰的认知发展理论，学生之间存在着差异性，不同学生的认知水平也有所不同，一些学生需要在一定的年龄阶段后才能完成相应的认知任务。鉴于此，在实验教学中，教师应遵循量力性原则，结合学生的现有发展水平设计实验活动，让学生能够通过努力完成实验任务，获得自我提升。比如，数学问题是实验的起始点，教师应将问题难度设置为略高于学生实际认知水平，让学生借助实验操作深入问题，掌握其中蕴含的数学知识。其次，不论是教师提供实验步骤还是师生共同设计实验步骤，教师都要确保实验步骤的简洁清晰，便于不同学习层次的学生参与到实验活动中。最后，在分析、总结实验结论时，教师应作出符合学生认知水平的解释，不过分拔高结论背后的科学原理，给学生带来不必要的学习负担。

（3）反思性原则

反思是一个重要的学习环节，通过反思，学生能够回顾学习方法、总结活动经验、提炼数学思想。在小学数学实验教学中，操作实验、归纳数学结论都是不可或缺的环节，需要教师设置反思环节，引导学生回顾实验过程，总结实验结论，从中梳理探究方法及数学思想，形成深刻的认知与理解，从而积累下宝贵的实验活动经验。比如，教师可提出一连串问题引导学生进行反思总结：“在今天的实验中，我们解决了哪一数学问题？得出了怎样的结论？你还记得实验步骤有哪些吗？你认为哪些步骤是非常重要的？实验的注意事项有哪些？你在操作实验的过程中是否遭遇了困难？你是如何克服困难的？你认为这个实验有趣吗？”

5.小学数学课堂中应用数学实验的策略

（1）明确教学目标，有序开展实验

教学目标是影响教学效果的重要因素。在小学数学实验教学中，教师应制定科学明确的教学目标，围绕着目标有序展开实验教学，优化学生的实验学习成果。一般情况下，实验教学主要包含两大方向，一为让学生依托实验，发散思维，自主探究解決问题的方法，理解掌握实验蕴含的数学知识；二为从结论出发，借助实验检验结论的合理性，判断结论能否成立。教师可根据教学内容明确实验方向，制定科学合理的教学目标，循序渐进地引导学生完成实验任务。例如，在教学“三角形的三边关系”相关内容时，教师可将教学目标设置为引导学生完成一系列实验，让学生步步推进、层层深入地了解三角形的三边关系。在实验之前，教师可为学生分发若干长度为6cm、10cm、12cm的黑色小棒，以及若干长度为10cm的红色小棒，作为实验的主要工具。其次，教师发布第一个实验任务，要求学生将6cm的黑色小棒剪成两段（长度为整数），判断这两段小棒能否与10cm红色小棒构成三角形。在学生完成操作后，教师可将6cm的黑色小棒替换为10cm的黑色小棒，让学生重复上述操作，看能否围成一个三角形。再次，教师提出问题：“为什么将6cm、10cm的黑色小棒剪开，不能与10cm红色小棒构成三角形？”引导学生得出“黑色小棒的长度不能短于红色小棒，否则剪开的2根小棒不能与其构成三角形”的结论。最后，教师发布第二个实验任务，要求学生使用12cm黑色小棒重复上述操作。经过动手操作，有的学生成功围成了三角形，验证了自己的猜想，也有的学生没能围出三角形，产生了疑惑。此时，教师可让学生进行多次实验操作，列举剪开12厘米黑色小棒可能出现的情况，逐一尝试，看怎样剪才能与红色小棒组成三角形。通过反复实验，学生发现只有剪成1cm、11cm的小棒不能与10cm小棒构成三角形。教师可与学生共同探讨，引导学生得出“任意两边之和大于第三边才能围成三角形”的结论。

（2）结合学生学情，确立实验主题

在实验教学之前，教师应通过多重渠道了解学生的实际学情，据此合理设置实验主题，并细化实验学习目标，便于学生理解实验原因、实验内容及实验方法，从而运用数学知识与数学思维解决实验问题，完成新知探索。例如，在教学“长方形与正方形面积”相关内容时，本课教学目标为引导学生掌握长方形与正方形面积计算公式，确保学生在解决问题时能灵活运用相关公式，让学生体会到实验探究的乐趣。首先，教师要明确实验主题：探究影响长方形面积的因素。在主题引领下，教师可结合学生的实际认知情况设计一系列小问题，引导学生进行探讨学习。比如，教师可提出如下问题：“怎么对比两个长方形面积的大小？可以采取哪些方法？”此时学生已经了解了单位面积，很容易联想到可以用面积为1平方厘米的小正方形铺满长方形，根据小正方形的数量得出长方形的面积。接着，教师继续提问：“若要保持小正方形数量不变，改变它们的摆放方式，变为不同的长方形，将会出现多少种情况？”然后，教师便可引导学生展开数学实验，鼓励学生自行设计并操作实验，与同桌共同交流分析实验结论。有的学生采用了在方格纸上画画的方式，逐一画出可行的方案，并将长方形的面积、长、宽记录在表格中，完成实验后整理表格数据，与同学探讨实验结论。结合学生实际学情明确并细化主题符合三年级学生的认知特点，能够引导学生依次解决问题。

（3）创设问题情境，建立基本猜想

数学问题是实验的出发点与落脚点。为确保学生了解问题的内容与要求，进而形成合理的假设与猜想，教师应将问题与情境结合，让学生在情境的辅助下发现问题并建立猜想，推动实验活动的顺利开展。例如，在“可能性”一课教学中，学生需要理解“可能性”的概念，能够判断某件事情发生的可能性。考虑到这一概念较为抽象，教师可创设问题情境，引导学生主动参与实验，在实验中理解“可能性”的概念并能够解决相关问题。笔者所创设的问题情境如下：“在生活中，我们常会用“抛硬币”的方式来做决定，许多同学也玩过“抛硬币”的游戏。在抛硬币时，我们会将硬币高高抛起，待硬币落到地上，再观察硬币哪一面朝上。同学们，你们认为是正面朝上的可能性高，还是反面朝上的可能性高？如果正反面朝上的可能性不一样，那抛硬币的游戏是不是不够公平呢？”问题引导下，学生纷纷调动生活经验及已有知识，展开合理的猜想。有的学生表示，正面朝上的可能性更高，因为他在抛硬币时经常出现正面朝上的情况；有的学生认为，应该根据前几次抛硬币的情况来判断，假如连续两三次都是正面朝上，那么下一次正面朝上的可能性就很小；也有的学生认为正反面朝上的可能性是一样大的，因为没有谁能准确判断每一次抛硬币的情况，哪一面朝上完全是随机的。硬币是生活中的常见物品，从学生熟悉的事物出发设计问题情境，能让学生快速了解问题问了什么，进而调动生活经验进行合理猜想，为后续实验活动的开展创造了良好条件。

（4）引导自主探究，归纳实验结论

上文提到，实验教学的核心是“学生自己做实验”，在实际教学中，教师要突出学生的主体地位，为学生提供更多自主设计并操作实验的机会，指导学生总结实验经验，这样才能让学生对数学知识形成深刻的印象，形成自己的一套学习方法。当然，教师也要做好教学指导，留心观察学生的实验表现，在学生遇到问题时及时提供指导与帮助，避免学生的实验结果偏离教学重点。例如，在“可能性”一课教学中，教师可在创设问题情境后让学生以小组为单位自行设计、操作实验，并在实验前给予学生一些建议。比如，由于流通过程中有磨损与氧化的情况，相同面额的硬币的材质并非完全相同，可选用多枚硬币进行多次实验；为了让实验结论更加科学可信，应适当提高实验的次数；抛硬币的力度、动作以及硬币下落的位置都會影响到实验结果，应尽可能保持上述因素不变。在教师的指导下，各小组选出了3名学生抛硬币，每名学生分到2枚硬币，每个硬币需要抛100次。在三名学生抛硬币的同时，小组其他三名学生负责记录数据，抛硬币的同学只需保持动作、力度不变，确保实验过程的科学性及严谨性。经过实验操作，某小组3名学生的抛硬币结果各不相同。学生1为：A硬币正面朝上45次，反面朝上55次；B硬币正面朝上38次，反面朝上62次。学生2为：A硬币正面朝上51次，反面朝上49次；B硬币正面朝上48次，反面朝上52次。学生3为：A硬币正面朝上58次，反面朝上42次；B硬币正面朝上66次，反面朝上34次。最后，小组内出现了不同的结论，面对这种情况，教师可引导学生整合数据，将“三名学生用两枚硬币分别投掷100次”转化为“一名学生用两枚硬币分别投掷300次”，这样得出的实验结论会更加科学。

综上所述，小学数学实验教学有着探索起点低、思维“可视化”、实验过程完整的特点，能够促成学生学习方式的转变，提高教师的研发能力并构筑数学创想空间。教师应重视实验教学的开展，遵循目标性、量力性及反思性原则开展实验教学活动，通过明确教学目标、确立并细化实验主题、创设问题情境、引导学生自主探究实验等策略发挥实验教学的价值，推动学生数学素养的发展。

参考文献

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