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教学实验指的是引导学生通个操作实践、试验来进行操作学习的数学教学的形式。《数学课程标准》明确提出"动手实践"是学生学习数学的重要方式之一。因此,数学实验进入数学课堂是一种十分值得重视的教学方法。
1.数学课堂中开展实验教学的作用。
1.1 能激发学生的好奇心和求知欲
小学生天性活泼好动,他们对任何事物都具有好奇心,要让每一个小学生,特别是低年级的小同学安安静静地听老师滔滔不绝地演讲是不可能的,也不符合他们的成长规律,更违背了他们的天性。课堂上多让他们动手"摸一摸"、"量一量"、"剪一剪",这样不仅能满足他们的好奇心,更能体会学习给他们带来的快乐。
1.2 可以培养学生的自主创新能力
在教学课堂上开展实验教学,从而使课堂已经不再是老师或个别优秀学生表演的场所。由于学生认知的不定性,从而导致结论的不确定性。让学生充满着好奇之心,不同程度地参与到活动中去,在老师有效的引导下,通过观察、实验去获得感性认识。这样,学生以一个研究者的姿态,通过"做实验"来学习数学,在"实验室"中观察到"数学现象",发现问题、解决问题,从而培养学生的想象力和创造力。
1.3 可以激励学生的分析应用能力
在数学课堂中开展实验教学,重在强调学生自己动手操作能力,以实验设计到操作,到得出结论与反思都要求学生亲自去参与,在这一系列的实验操作过程中学生不可避免地会遇到困难,教师在这些环节中可以加强引导,让学生在分析中操作,在操作中分析,让理论的数学成为实践的学习,从而加强学生的分析应用能力。
1.4 加强学生的合作交流,培养集体主义精神
与一般科学实验一样,数学实验教学也经常要以小组来完成,通过小组的猜想、操作、试验、观察、发现、交流、讨论,从而得到结论,这样通过小组活动与实验锻炼了每个学生的协作能力,形成互信互重的良好品质,同时感悟集体力量的作用。
2.如何在教学课堂中开展实验教学
《新的课程标准》强调,数学教学要与生活实际相联系,让学生体会到生活中处处有数学,数学来源于生活,又服务于生活,又有用于生活。数学具有丰富的内涵,它具体表现在灵活运用之中,特别的小学数学,它作为一门基础性学科,有着其特殊的应用价值,能活学还在活用。教师要致力于设计实验教学,贴近生活,应用于生活,以符合小学生的成长历史特点和认知规律。
2.1 借用学生熟悉的现象进行实验
小学生,特别是低年级的学生,他们的理论知识不是很丰富,因此,教师要充分把握学生的成长历史,充分利用他们熟悉的现象,通过实践让学生掌握知识。例如:在教学生书写"4"字时,因为"4字象红旗"让学生观看、发言,之后各组沿着红旗边沿画,看得到的是不是"4"字,最后再交流怎么写"4"字。
2.2 贴近生活实际,以活动的方式进行实验
在学习"米、厘米"以及"如何进行测量"的课程中,教师在上课中, 并没有在课堂之前堆叠似的让学生认识这些单位,而是把学生分成小组用刻度尺分别对课堂教室门、窗、课桌等进行测量,最后各组交流反思,得出测量的方法和绝论,从而认识"米、厘米"以及"如何进行测量"这样的课程,这样的教学,不仅让学生在快乐轻松的环境之中学习,更是在不断的实践、分折讨论之中得出结论,从而加深了对"米、厘米"的理解,更重要的是在反复的实验中把握了用刻度尺测量物体长度的方法,同时在反思领悟了测量时的注意事项。
2.3 由浅入深,逐步深入
一、加强数学实验教学,激发学生的数学学习兴趣。
学习兴趣是学生渴求获得知识、探索某种事物或某种活动的积极倾向,是学习动机中最现实、最活跃的心理因素。学生一旦对学习活动产生浓厚的兴趣,注意力就会优先集中,认识就会敏捷而深入,情绪就会愉快而高涨,思维就会活跃而有创造性,行为就会持久而永恒。数学实验教学是学生参与操作的探索过程,在很大程度上能够使小学生的好奇、好玩、好动的天性得到满足,进而激发学生的数学学习兴趣,激励学生主动学习。如我在教学《数据的收集和整理》时,我设想在道北开一家“学生书店”,请同学们帮助老师设计书店,调查学生喜欢课外书的情况。在情境中让学生展开实验操作,现场写下自己喜欢的书籍的名称,小组合作统计出喜欢各类书的人数,并在实验操作的过程中,很自然地比较出数据的收集和整理最常用的一种方法是:画“正”字的方法。然后,让学生自己制作统计表和条形统计图,进行比较,从而清晰地知道其各自的特点。这样,使教学活动在动态中进行,使儿童把外显的动作与内隐的思维活动和谐地结合在一起,顺应儿童好奇、好动的特点,集中了儿童的注意力,激发了儿童学习的兴趣。再如,我在教学《面积和面积单位》——面积的含义时,首先让学生动手摸一摸文具盒的盖面,数学课本的封面,课桌的桌面。然后比较文具盒的面与数学课本封面的大小,数学课本封面与课桌桌面的大小。再动口说一说面积的含义。在教学“面积单位”时,让学生动手摸,感知“1平方厘米”“1平方分米”“1平方米”的大小。充分动手的同时,学会比较和测量面积。这样,通过数学实验教学,让学生在玩中学、在学中玩,充分调动学生学习数学的兴趣,不但使学生深刻理解了所学的知识,而且促使学生智力活动的潜力得到充分的启迪、挖掘和发挥。
二、加强数学实验教学,调动学生全员参与。
教育的本质在于参与,即充分调动学生的积极性、主动性和创造性,让学生最大限度的参与到教学中去,让学生用自己的思维方式,主动的获取知识。而使所有的少年儿童的智能得到充分发展,是每个家庭的期盼,老师的希望,社会的需要。数学实验教学则能够提供使每个学生达到他们可能达到的最高学习水平的学习条件。在数学实验教学中,让每个学生玩自己手中的学具,看你有什么发现,提到玩,每个学生都感兴趣,无论他发现的结论是浅显,还是深刻,都是他最真实的体验和感受,都已充分调动了他的参与性和探究性。再者,有的学生理论知识不足,但动手能力较强。在实验过程中,他能充分发挥自己的长处,得到鼓励而增强学习的信心,消除“数学难、学不好”的恐惧心理,萌发要学好数学的愿望,引发学习动机,使他们以学为乐,主动进取,提高学习效果。
三、加强数学实验教学,培养学生的良好习惯。
良好的学习习惯是培养学生综合素质,全面提高教学质量的前提。数学实验教学的趣味性、直观性、新颖性,切合学生的心理特点,符合他们的认知规律,容易使学生在愉悦的情绪下实现由喜欢数学到努力学数学,再到刻苦钻研数学的良性过渡。在每个层次的学习活动中,取得成功的喜悦,进一步激发他们强烈的求知欲,形成不断进取、主动学习的良好习惯。在实验准备阶段,指导学生自制教具、学具,能激发学生的数学学习兴趣,发挥学生的创造才能,培养学生的科学美感。如我在教学《平行四边形的面积计算》时,让学生准备一个长6厘米、宽3厘米的长方形和一个底6厘米、高3厘米的平行四边形,从制作的情况看,有的学生是用废弃的硬纸被做的,有的是用做手工剩下的色卡纸做的等等。选用的材料,制作的方法多种多样,但都做的精致、美观,把学习的热情延伸到课外,又为实验教学提供了物质保证。课堂上又通过自己的动手剪、拼,得出结论,使学生经历获得知识的全过程,感受自己智慧的力量和创造的快乐,掌握科学的认知方法。同时,还可以充分利用废物废料,变“废”为“宝”,使学生养成勤俭节约的好习惯。实验过程中良好的实验常规,教师的严谨态度,正确示范,巧妙点拨,质疑解难等,对学生良好习惯的形成都起着潜移默化的作用。首先使学生明确教具、学具不是玩具,懂得其在数学学习中的作用。其次,对学具的准备要认真,运用要准确,收拾要及时,管理要妥善。培养学生自觉守纪,认真主动,勤于动手、动脑、动眼、动口的良好习惯,真正实现“省时、高效、低负”的教学目标。
四、加强数学实验教学,培养学生的协作精神。
随着科学技术的迅猛发展,未来社会已越来越注重能否与他人协作共事,能否有效地表达自己的看法和见解,能否认真倾听他人的意见,能否概括和吸收他人意见等。因此,在小学阶段培养学生之间团结、协调、合作、共事的群体协作精神,日益显示出其重要的地位。加强数学实验教学,尤其是分组实验,有利于培养学生的协作精神。如我在教学《分数的大小比较》时,我没有把结论直接告诉学生,而是把全班学生分成了4人小组,每组商议选择自己喜欢的学具,小组长分工,有的动手折,有的动笔记录折出的分数,然后共同探究商议分数的大小比较的方法。再全班交流,教师加以纠正和指导。最后形成规范的数学术语。在这样的实验过程中,教师进行宏观调空,耐心指导,对学生的实验成果及时评比表扬。创设积极竞争的实验情境,小组成员互相帮助,互相交流,共同进步,充分发挥师生之间、生生之间的交往、交流与合作,营造一个民主、平等、和谐的学习氛围,使学生在掌握知识的过程中,逐步培养协作精神,树立关心他人,关心集体的人生态度,克服独生子女的高傲独尊和对家长的依赖性强的弱点。
五、加强数学实验教学,培养学生的创新精神。
21世纪是人类依靠知识和可持续发展的新世纪。总书记指出:“创新是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力。”所以,我们必须在课堂教学中注重培养学生的创新意识和创新能力。而学生智力技能的形成,常常在外部动作技能的基础上发生、发展,是一个由外部的物质活动向内部的认知心理活动转化的过程。重视儿童解决问题的创造性,教师就要通过实验教学,给学生提供更多实践的机会、更大的思维空间,引导学生把实验操作与思维联系起来,就可让实验操作成为培养学生创新意识的源泉,就可通过实验操作使学生对新知识"再发现",就可通过实验操作来培养学生的创新意识和创新能力。如:我在教学《认识正方形》时,让学生充分利用课前准备好的正方形纸,想办法知道正方形的特点,看谁的方法多。有的学生通过测量发现正方形四条边一样长;有的学生通过沿对角线对折、再对折,发现四条边一样长;有的学生用一条边与其他三条边分别相比,发现四条边一样长;有的学生将相对的两条边重合,再将相邻的两条边重合,说明四条边一样长……这样学生通过实验操作,发现了正方形四条边一样长,既发现了新知,又培养了学生的创新意识和创新能力
一、数学实验与其他学科实验的区别
物理、化学实验是以具体的实物操作为基础,每个实验都有一个完整的操作程序,其目的不但是为了培养学生的观察力以及对实验方法、步骤和器材使用的掌握。而数学学习实验是以抽象的概念思维为基础,它并不需要刻意安排解决问题的步骤,其主要目的是为充分调动学生思维,增强学生思维的开放性和参与的主动性,实验内容本身并不一定是学生所要掌握的知识。
二、初中数学教材中数学实验的主要类型
1.问题探究型实验
例如,苏教版数学七年级下册:7.2探索直线平行的性质。
通过剪拼活动,探索平行线的性质。
2.结论验证型实验
例如,苏教版数学八年级上册:3.1勾股定理。利用“弦图”验证勾股定理,学生已经探究出了“勾股定理”。在此基础上,通过拼图再去验证“勾股定理”的正确性。
3.实物理解型实验
例如,苏教版数学八年级下册:8.2可能性的大小。旋转转盘,指针落在哪种颜色区域上的可能性最大?先猜想,再重复实验去验证猜想。通过实验,学生很容易理解“随机事件发生的可能性是不同的。
4.知识应用型实验
例如,苏教版数学七年级上册:11.5用一元一次不等式解决问题(1)。用少于50根火柴棒最多可以搭多少个正方形?通过实验教学,引导学生学会用数学的眼光认识世界,意识到用“一元一次不等式解决问题”的优势。
三、数学实验的意义
1.落实数学实验地位
数学实验在初中数学教材中占有重要地位,是数学教学的重要部分。在苏教版初中数学教材中,安排了很多数学实验室环节。统计如下:
另外,对于综合与实践模块,还专门有配套的教材《初中数学综合与实践课程》。同时,教师在教育教学过程中,根据实际需要,也可以有目的地设计数学实验活动,以达到更好的教学效果。
2.数学实验让学生亲历操作过程,有利于积累数学基本活动经验
数学学习是一个动态的过程,这个过程不是一个通过灌输实现的被动过程,而是个人积极主动参与共同活动的过程,从而获得基本数学活动经验。
3.数学实验使抽象数学问题变为具体的操作活动,有利于对知识的理解
数学实验把抽象的道理具体化、形象化,从而帮助学生发现、理解数学知识,使数学变得易学。由过去被动接受知识,变成现在自己去发现探索知识。由于学生亲身参与实验、猜想、验证、归纳等活动,他们不仅形成对数学新的理解,还使学习能力、信息化时代的信息化生存能力得到提高。
4.利用几何画板等软件,有利于学生在短时间内多次去验证探究
合理使用多媒体和几何画板等软件,有利于提高数学实验的效益。几何画板可以比较方便地改变实验条件,有利于学生在短时间内进行多次实验,以此来验证结果的正确性,为今后在学习过程中形成举一反三的能力打下基础。
四、数学实验教学中存在的问题
只关注实验结果,轻视操作过程,影响数学基本活动经验的积累《义务教育数学课程标准》(2011年版)强调,在数学学习的过程中,要让学生经历知识与技能形成与巩固的过程,经历数学思维的发展过程,经历应用数学能力解决问题的过程。
1.目标不明确,片面追求“趣味性”却忽视“数学性”
相对于传统的数学教学,初中数学实验具有较强的趣味性。但是,数学实验是数学教学中的一种形式,要明确数学实验的“数学性”。“实验”是“数学”的载体,数学实验要让学生感悟数学、体验数学、应用数学。在教学中,教师不能只关注怎样把实验顺利完成,怎样有趣,而对数学实验的教学目的不明确。有的教师往往把数学实验课上成单纯的活动或手工制作,影响了数学实验教学意图的落实。
2.重视程度不够,用‘讲实验”代替“做实验”
部分教师对数学实验的重要性认识不到位,担心数学实验教学花时很多,怕影响其教学的进度与质量,往往对教材中“数学实验”的内容一带而过,甚至不上数学实验课,觉得上数学实验是浪费时间。也有的教师用讲实验代替做实验,用教师演示实验代替学生做实验,或者只是被动验证,机械重复,严重阻碍了教学质量与水平的提高,这些做法影响学生创新意识的培养。
【关键词】数学实验教学 观察 实验 动手实践 自主探索
【中图分类号】G633.6 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)01-0138-01
随着科学技术的发展,新的教学手段、教学理念、教 学模式不断出现,数学实验就是近年来数学教育新兴研究课题,作为数学猜想、探究、验证性思想方法,数学实验教学法越来越显示出它在素质教育与创新教育中的独特作用,越来越受到人们的重视。
一、数学实验教学的概念及特征
赵绪昌在《利用数学实验,加深对知识的理解》一文中定义数学实验为:为获得某种数学理论,探究或验证某个数学猜想,解决某类数学问题,运用一定的物质技术手段,经由数学思维活动的参与,在典型的环境中或特定的条件下进行的一种数学实践活动。
所谓数学实验教学,是指教师引导学生从生活经验和已有的知识背景出发,自行观察、实验,动手实践,通过自主探索和合作交流等方式学习、发现数学新知的教学活动。
与物理、化学、生物实验相比,数学实验不仅需要动手操作,更需要动脑思维。因此,思维性强是数学实验教学的基本特点。活跃的数学思维和信息传递成效反映了实验教学效果。另外,数学实验教学还具有活动性、操作性、开放性和时代性等特征。
二、数学实验教学的基本形式
1.常规性数学实验教学
常规性数学实验教学,即传统意义上的数学实验教学,是通过对一些工具、材料的动手操作,引导学生自主探索,发现并获得数学结论,验证数学结论,加深对数学知识的理解的教学活动。这种实验教学,常用于与几何图形相关的概念、定理的探究或验证,往往仅借一根铁丝、一张纸就可使抽象的数学概念和基本性质简单明了,大大提高了课堂效益。
实验设计案例1 探究线面垂直的定义。
实验目的:在实验操作过程中,体会直线和平面垂直的定义。
实验材料:单一光源电简、一根均匀直棒、一张白色厚纸。
实验过程:以同桌2人为一个小组,检验实验材料是否可用,取白色厚纸平铺于桌面,组内一名成员将均匀直棒直立于纸面之上,手扶顶端以保证稳定性,组内另一名成员高举单一光源电简于直棒斜上方,电筒围绕直棒在不同方向移动。在教师的引导下组织学生观察直棒与影子的关系。改变直棒与纸面的位置关系,观察直棒与影子的关系。
实验结果:学生通过动手操作,观察到当直棒直立于纸面之上时,尽管影子在移动,但是直棒所在直线与影子所在直线垂直;当直棒倾斜于桌面之上时,直棒所在直线与影子所在直线不垂直。由此引出线面垂直的定义:如果一条直线与一个平面内任何一条直线都垂直,我们 就说这条直线与这个平面相互垂直,它们的交点叫垂足。
实验分析:通过小组合作,让学生在数学实验的操作中经历观察、分析,然后归纳出其中的规律“直棒所在直线与影子所在直线垂直”, 从而猜想出线面垂直的定义应该具有的形式。随着实验过程的展开,加深了学生对定义的认识。
2.现代数学实验教学
现代数学实验教学,是借助现代先进的信息技术开展数学实验教学。一般而言,主要是指借助计算机的快速运算功能和图形处理能力,再现问题情境,引导学生自主探索数学知识,检验数学结论的教学活动。这种数学实验教学常用于一些动态的数学问题的探究或验证。
实验设计案例2 验证初中数学学习的二次函数的图像抛物线,是否满足高中数学抛物线的新定义。
实验目的:加深对抛物线定义的理解。
实验用具:几何画板。
实验过程:(1)利用几何画板软件作出二次函数y=- x2的图像,变换为抛物线方程是x2=-4y,且它的焦点坐标是(0,-2),准线方程是y=1。
(2)提问:要检验是否符合新定义,需要验证什么?(抛物线上的任一点到焦点和准线的距离是否相等)
(3)学生回答后,在作出的抛物线上任取一点M,拖动点M在抛物线上移动,观察点M在移动过程中,到准线距离与到焦点距离的数据是否相等。
实验结果:点M在抛物线上移动过程中,观察变化的数据,发现两个距离始终相等,验证了二次函数图像抛物线完全满足抛物线的新定义。
实验延伸:实验验证完成后,教师如果作进一步分析、启发、引导,还可以得到已知焦点和准线方程,作抛物线的方法。使学生对抛物线定义的理解上升到一个新的水平,更显数学实验的价值。
在初中的数学中,常常会涉及几何规律的问题,很多学生对此感到头疼,苦于找不到探究的突破口。然而,在探寻几何问题变化规律的过程中,往往需要多次尝试,对图形进行变化、操作等。思维性教学需要进行复杂的思维活动,在实验中将图形变化的不同形态进行充分的展示,这样能够让学生的思维一点一点地发生变化。比如在进行三角形内接矩形的变化规律的实验教学当中,提出问题:在三角形中,三条边分别是AB、BC、AC,在AB边上有一动点P,它是三角形的内接矩形的一个顶点,该矩形的一条边在三角形的一条边上,当点P在AB边上运动时,矩形的面积会发生变化。学生往往对这样的问题毫无办法,不知道该如何入手,教师应该予以引导,设立合适的未知量,通过未知量的变化让学生发现问题。
首先可以设B到P的距离为x,矩形的面积设为y,这样可以根据矩形的面积推出一个等式,然后再观察两个未知数之间的关系,让学生思考当x变化的过程中,y的值是如何变化的,是否存在最大值?将当点P在三角形的边上运动时,对应点(x,y)轨迹画出,让学生猜测图形的模型,并且进行验证。这样,学生在得出一个函数关系的时候,对其进行观察,能够观察出它们是一个抛物线的形式,进而进行验证。最后,教师还可以进行发散,将条件改为当三角形底边AB上的高变化时,对抛物线的形状会有什么样的影响。在这里例子中,看到学生参与到了思维性的实验当中,能够感受到知识的形成过程,在今后的解题过程中有了一定的思路。
2通过数学实验教学化抽象为直观,让学生发现数学规律
在数学当中,规律往往都是抽象的存在,因此学生不容易发现。传统的教学方法往往不注重对于学生思维的培养,课堂留给学生进行思维的时间越来越少,这样也就造成课堂的教学效率较低,学生的思维能力得不到锻炼。为了让学生能够更好地理解知识,就必须让他们了解到知识的生成规律,通过动手的方式发现数学中存在的规律。比如:一张纸的厚度为0.1毫米,那么与你的身高相比,你们之间的高度差了多少倍?通过对折的方式,对折多少次之后,纸的厚度才能够跟你的身高相等?如果这张纸能够进行无限次的折叠,那么试总结出折叠的次数与总厚度之间的关系。
这三个问题是从简单到难的设置。通过第一问,学生通过简单地计算轻而易举地得到答案。由于在进行对折的过程中,要求学生记录每一层的对折次数和厚度,这样学生能够发现其中的规律,因此能够在第三问时迅速做出解答。然而教师在最后可以再次提问:第三问这样的猜想是否能够实现?由于学生已经亲手进行了折叠,能够发现纸张在折叠过程中随着折叠次数的增加折叠越来越困难,能够感受到无限次的折叠是不可能实现的。这样,通过简单地叠纸的数学实验,学生能够通过亲自动手操作发现其中的规律,对于抽象的规律能够有直观的感知。
3通过数学实验教学,加强学生数学的应用意识
在初中数学教学过程当中,教师应该重视培养学生对数学的应用能力。因此,创造出适合学生对知识进行运用的情境在实验教学中至关重要。如这样一个实验教学,在实验中主要用到了多媒体投影仪、多个正多边形的模型,让学生探讨利用一种正多边形进行拼图,拼成一个平面,探究到底正多边形拥有几条边时能够完成平面的拼图。然后将学生分成多个小组,每一个小组成员拿出已经准备好的多边形模型与小组内的其他学生进行配合,并且不同的小组之间进行比赛,看哪一个小组能够在最短的时间内利用一种多边形模型拼出一个平面。当有小组完成之后,教师应该在投影仪上面将他们得到的结果进行展示,多个小组之间相互学习。然后需要对学生进行一定的引导,让学生将自己操作出的结果进行记录和分析,探讨当正多边形拥有几条边的时候,使用一种多边形才能够拼出完整的平面,培养学生的数学应用意识。
4通过数学实验教学,培养学生学习数学的兴趣
在初中数学学习过程中,如果能够把学生学习的积极性调动起来,让学生学习更加的主动积极,那么培养学生的学习兴趣就能够达到理想的效果。初中时期,学生正处于好奇的年龄,对于一切事物都感觉到非常新鲜。在数学中进行实验教学,就能够很好地吸引学生的注意力,引起学生的学习兴趣。然后数学中也有一些枯燥的知识需要记忆,这时候如果教师通过实验教学,让学生通过一些其他的办法将知识记下来会非常深刻。如在学冲之的圆周率的过程中,π=3.1415926535,初次见到这样的数字,学生很难将它记下来,这时候教师可以利用幽默诙谐的故事进行讲解。比如,教师可以讲这样的故事:有学生想要拜祖冲之做老师,但是前提是要记住圆周率,正当他苦恼时,他看到山上有一座寺,里面有一壶酒,结果就背下来了,因为“山上一寺一壶酒”的谐音正好是数字的前部分。学生能够感到非常的有趣,然后自行发挥,将后面的几个数字通过自己的理解记住。这样学生对于这些数字的记忆时间会非常长久,也不会感到乏味。
5总结