☉江蘇省連云港市贛榆區(qū)歡墩中學(xué) 朱林
數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)課在教學(xué)中有效運(yùn)用的策略*
☉江蘇省連云港市贛榆區(qū)歡墩中學(xué) 朱林
2014年秋季,《數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)》作為一種輔助教材在江蘇省各個(gè)中學(xué)普遍推行,這也是省教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃重點(diǎn)資助課題“動(dòng)手‘做’數(shù)學(xué)——初中‘?dāng)?shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)’的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)研究”成果的體現(xiàn).
數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是一種以數(shù)學(xué)知識(shí)素材形成、發(fā)展和應(yīng)用為任務(wù),利用算具(或空間模型實(shí)物)作為實(shí)驗(yàn)工具來(lái)推演(或模擬),并且以一定的數(shù)學(xué)思想方法作為實(shí)驗(yàn)原理的一種實(shí)驗(yàn)形式.它必須以某一層面的數(shù)學(xué)知識(shí)素材作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,在一般意義下的某種運(yùn)算程序里,以數(shù)值計(jì)算、符號(hào)演算或圖形演示等作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的操作(或心智活動(dòng));達(dá)到驗(yàn)證數(shù)學(xué)命題,廣泛開(kāi)展猜想創(chuàng)新的目的.數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)教學(xué)所關(guān)心的不是活動(dòng)的結(jié)果,而是活動(dòng)的過(guò)程,讓不同思維水平的學(xué)生去研究不同水平的問(wèn)題,從而發(fā)展學(xué)生的思維能力,開(kāi)發(fā)智力.
通過(guò)對(duì)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教材的實(shí)施與研究,要使數(shù)學(xué)教學(xué)成為數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的教學(xué),主要應(yīng)考慮哪幾個(gè)問(wèn)題呢?數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)課有哪幾種有效的授課途徑、這些途徑如何操作?下面談?wù)劰P者一些粗淺的想法.
很多數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)課的教學(xué)素材需要學(xué)生課前進(jìn)行準(zhǔn)備,學(xué)生在準(zhǔn)備的過(guò)程中,他們已經(jīng)進(jìn)行了嘗試和初步的學(xué)習(xí).
例如:在學(xué)習(xí)蘇科版(以下均為蘇科版)八年級(jí)上冊(cè)一節(jié)“剪紙與軸對(duì)稱(chēng)”的閱讀材料時(shí),教師提前一天提出要求:(1)準(zhǔn)備好剪刀、圓規(guī)、量角器、紙;(2)自學(xué)教材,試做幾個(gè)剪紙作品;(3)設(shè)計(jì)、制作評(píng)價(jià)表.學(xué)生按照教師布置的任務(wù)回家自學(xué),閱讀教材,進(jìn)行了初步嘗試,在動(dòng)手過(guò)程中,學(xué)生會(huì)想,如何才能剪出美麗的圖形呢?我用什么樣的紙片比較好呢?我可以剪出有多少個(gè)角的圖形呢?生活中,有沒(méi)有現(xiàn)成圖形呢?如此,學(xué)生在思索和操作中,鍛煉了數(shù)學(xué)思維.下面是學(xué)生課前做的圖案.
學(xué)習(xí)興趣是學(xué)習(xí)中最活躍的、最現(xiàn)實(shí)的、帶有強(qiáng)烈的情緒色彩的因素,是形成有效學(xué)習(xí)方式的最實(shí)際的內(nèi)部動(dòng)力,它是求知欲的外在表現(xiàn),能促進(jìn)學(xué)生積極思考、勇于探索.學(xué)生通過(guò)參加數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)可以極大地提高學(xué)習(xí)興趣,使他們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中獲得成功的體驗(yàn).
如在講“有理數(shù)的乘方”時(shí),把后面的閱讀材料“折紙問(wèn)題”作為情景教學(xué),提出問(wèn)題:“有一張厚度為0.1mm的紙,將它對(duì)折一次,厚度為0.1×2mm,對(duì)折10次,厚度是多少毫米?對(duì)折20次厚度是多少?能有10層樓房高嗎?”在學(xué)生動(dòng)手折疊紙張計(jì)算厚度的過(guò)程中,大部分學(xué)生計(jì)算對(duì)折10次時(shí)的厚度顯得很為難,他們表現(xiàn)出渴求尋找一種簡(jiǎn)便的或新的運(yùn)算途徑的欲望,此時(shí)教師適時(shí)引出“乘方”的概念,用乘方表示算式0.1×220比用20個(gè)連乘簡(jiǎn)潔明了得多,其值為104.8576m,比30層樓(每層3m)還要高.通過(guò)同學(xué)們的動(dòng)手操作,既活躍了課堂氣氛,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,又使抽象的數(shù)學(xué)知識(shí)蘊(yùn)于簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)之中,使學(xué)生加深了對(duì)“乘方”概念的理解,從而提高了教學(xué)效果.
數(shù)學(xué)探究式學(xué)習(xí)是指學(xué)生在數(shù)學(xué)教師的指導(dǎo)下,以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)過(guò)程,是親身發(fā)現(xiàn)、提出、探究和解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的學(xué)習(xí)方式.小組活動(dòng)作為探究式學(xué)習(xí)的主要活動(dòng)形式,恰好為探究式學(xué)習(xí)多元化教育價(jià)值的實(shí)現(xiàn)提供了適當(dāng)?shù)姆绞胶屯緩?小組活動(dòng)首先要把學(xué)生分成若干小組,每個(gè)小組可由3-6名不同能力、性別的學(xué)生組成異質(zhì)小組一起從事學(xué)習(xí)活動(dòng),在教師的指導(dǎo)下,共同完成教師分配的學(xué)習(xí)任務(wù).根據(jù)學(xué)習(xí)的需要,小組間可以進(jìn)行互助交流,甚至走出課堂,走出校園.活動(dòng)的開(kāi)展可以分三步進(jìn)行.
(1)分配任務(wù)階段.學(xué)生感知問(wèn)題情境,明確活動(dòng)意義.教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境,定向指導(dǎo)說(shuō)明.
(2)合作探究階段.學(xué)生開(kāi)展合作活動(dòng),嘗試解決問(wèn)題.教師巡視活動(dòng)過(guò)程,點(diǎn)撥引導(dǎo)質(zhì)疑.
(3)交流結(jié)論階段.學(xué)生交流合作收獲,總結(jié)匯報(bào)成果.教師啟發(fā)相互補(bǔ)充,修正完善表達(dá).
例如,在學(xué)習(xí)八年級(jí)上冊(cè)“三角形紙板拼圖”的閱讀材料時(shí),教師設(shè)計(jì)了活動(dòng):各學(xué)習(xí)小組參加比賽,比賽分初賽、決賽兩輪進(jìn)行.比賽規(guī)則如下所示.(1)拼出下列圖形為合格圖形:等腰三角形、直角三角形、等邊三角形、平行四邊形、矩形、菱形、正方形和梯形(非上述圖形為不合格).(2)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn):用2塊三角形紙板拼成一種合格圖形得2分,用3塊三角形紙板拼成一種合格圖形得3分,以此類(lèi)推,拼出不合格圖形不給分,同一參賽隊(duì)的選手重復(fù)拼出一種圖形不得分.(3)拼圖時(shí)間為1min,由裁判根據(jù)拼圖情況評(píng)分,然后計(jì)算各隊(duì)總分,評(píng)出名次.如此設(shè)計(jì),每個(gè)小組的同學(xué)一定會(huì)各抒己見(jiàn),思維的碰撞是相當(dāng)激烈的,學(xué)生的創(chuàng)新思維得到了鍛煉,動(dòng)手做數(shù)學(xué)的意識(shí)是很強(qiáng)烈的,小組協(xié)同作戰(zhàn)的能力得到了加強(qiáng).
數(shù)學(xué)性質(zhì)、判定定理等具有高度的抽象性和概括性,如果讓學(xué)生直接理解,肯定會(huì)存在很大困難,所以在數(shù)學(xué)教學(xué)中,教師可以為學(xué)生提供一些實(shí)物、模型、教具、教學(xué)軟件等豐富的學(xué)習(xí)材料,或者讓學(xué)生自己準(zhǔn)備一些用具并讓學(xué)生有充分的時(shí)間對(duì)具體事物進(jìn)行操作,使他們獲得學(xué)習(xí)新知識(shí)所需要的具體經(jīng)驗(yàn).
例如,在講授判定三角形全等的“邊角邊”定理時(shí),筆者先讓每個(gè)學(xué)生利用直尺和量角器在白紙上作一個(gè)△ABC,使∠B=40°,AB=3cm,BC=5cm,并用剪刀剪下此三角形,然后與其他同學(xué)所作的三角形進(jìn)行對(duì)照,看看能否重合,這時(shí)學(xué)生們會(huì)發(fā)現(xiàn)是能夠重合的.接下來(lái)讓學(xué)生改變角度和長(zhǎng)度大小再作三角形,剪三角形并對(duì)照,這樣學(xué)生自然會(huì)發(fā)現(xiàn)每次所作三角形都能夠完全重合,此時(shí)教師啟發(fā)學(xué)生總結(jié)出:如果兩個(gè)三角形有兩邊和夾角對(duì)應(yīng)相等,那么這兩個(gè)三角形全等,即“邊角邊”定理.如果筆者再讓每個(gè)學(xué)生利用直尺和量角器在白紙上作一個(gè)△ABC,使∠B=45°,AB=3cm,AC=2.2cm,進(jìn)行同樣的操作,這時(shí)學(xué)生們會(huì)發(fā)現(xiàn)這次所作的三角形不一定重合.通過(guò)同學(xué)們的動(dòng)手操作,不但強(qiáng)調(diào)了“邊角邊”定理中的角是指夾角,使學(xué)生易于接受新知識(shí),促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知理解,而且化解了學(xué)生在運(yùn)用邊角邊定理時(shí)誤把所謂的“SSA”當(dāng)作“SAS”來(lái)用這個(gè)難點(diǎn).通過(guò)這樣的活動(dòng)設(shè)計(jì),可以把思維和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)有機(jī)結(jié)合起來(lái),使學(xué)生的思維得到發(fā)展,同時(shí)也可以培養(yǎng)他們的合作意識(shí).
與傳統(tǒng)教學(xué)手段相比,多媒體主要有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì):(1)多媒體課件容量大;(2)多媒體課件直觀形象;(3)多媒體課件形式多樣.如在講解平面直角坐標(biāo)系時(shí),可以以“馬踏棋盤(pán)”這個(gè)閱讀材料為突破口,為了讓學(xué)生熟悉馬的行走規(guī)則,筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)游戲,如下所示.
問(wèn)題:請(qǐng)同學(xué)們按照右邊的坐標(biāo)找出對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句.
從圖上我們可以看出,本題的容量很大,形象直觀,視覺(jué)沖擊力強(qiáng),而且命題靈活,學(xué)生既可以按照左邊的順序去找,也可以自己編寫(xiě)類(lèi)似的坐標(biāo),去考其他同學(xué).寓教于樂(lè),其樂(lè)無(wú)窮.這樣不僅鍛煉了學(xué)生的觀察能力,也提升了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣.
《全日制義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)稿)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“標(biāo)準(zhǔn)”)指出數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng)必須激發(fā)學(xué)生的興趣,調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,引發(fā)學(xué)生思考;學(xué)生學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)生動(dòng)活潑的、主動(dòng)的和富有個(gè)性的過(guò)程,學(xué)生應(yīng)當(dāng)有足夠的時(shí)間和空間經(jīng)歷觀察、實(shí)驗(yàn)、猜測(cè)、驗(yàn)證、推理、計(jì)算、證明等活動(dòng)過(guò)程.
動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)苤苯哟碳ご竽X進(jìn)行積極思維,它不但能幫助學(xué)生理解所學(xué)的概念,還能讓學(xué)生通過(guò)親身實(shí)踐真切感受到發(fā)現(xiàn)的快樂(lè).例如,在教材“剪、拼、折中的無(wú)理數(shù)”一課的閱讀材料中,先要求學(xué)生在數(shù)軸上畫(huà)出表示的點(diǎn),再做活動(dòng)一:有兩個(gè)邊長(zhǎng)都為1的小正方形,請(qǐng)你剪一剪,拼成一個(gè)大正方形.如何剪拼呢?學(xué)生的思維馬上活躍起來(lái),從而積極地投入到這一問(wèn)題的思考之中.學(xué)生通過(guò)觀察及前面的問(wèn)題情境,形成猜想或假設(shè),并積極投入到活動(dòng)中.此時(shí),筆者又不失時(shí)機(jī)地進(jìn)一步提出問(wèn)題:“拼成后的大正方形邊長(zhǎng)是多少?”再一次創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境,激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探究說(shuō)理的方法,從而形成正確的剪拼方法.學(xué)生通過(guò)參加教學(xué)實(shí)踐活動(dòng),可以將思維和實(shí)踐活動(dòng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái),使他們的思維得到發(fā)展.
在“翻轉(zhuǎn)茶杯”這節(jié)課中,教師提問(wèn):有3只杯口都朝上的茶杯,每次翻轉(zhuǎn)2只茶杯,改變它們杯口的朝向,經(jīng)過(guò)若干次操作,能否使3只茶杯的杯口都朝下?對(duì)于這種問(wèn)題,如果不動(dòng)手去操作,學(xué)生難以找到規(guī)律,教師進(jìn)行了如下設(shè)計(jì):下面請(qǐng)1位同學(xué)上臺(tái)演示(引導(dǎo)學(xué)生注意觀察臉的朝向,體會(huì)轉(zhuǎn)的前后這兩個(gè)方向是相反的).本課從學(xué)生熟悉的“向后轉(zhuǎn)”活動(dòng)引入,一開(kāi)始就激發(fā)起學(xué)生參與活動(dòng)的積極性,而隨著游戲規(guī)則的改變,學(xué)生也逐漸感知到活動(dòng)中所蘊(yùn)含的數(shù)學(xué)問(wèn)題,引起他們的關(guān)注并進(jìn)行初步思考.
發(fā)展:再請(qǐng)2位同學(xué)上來(lái),3個(gè)同學(xué)來(lái)做一個(gè)小游戲.開(kāi)始時(shí),他們都面向大家,要求若干次“向后轉(zhuǎn)”后,使得3人同時(shí)背向大家.適時(shí)改變游戲的規(guī)則:(1)3人一起向后轉(zhuǎn);(2)每次1人向后轉(zhuǎn);(3)每次2個(gè)同學(xué)一起向后轉(zhuǎn).(在活動(dòng)過(guò)程中,及時(shí)讓學(xué)生發(fā)表感想,引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)需要研究的問(wèn)題,并提出猜想)
變化:3位同學(xué)都轉(zhuǎn)累了,能否用茶杯(紙牌)等為道具進(jìn)行上面的游戲?如何制定規(guī)則?(學(xué)生個(gè)人或小組配合進(jìn)行游戲,讓認(rèn)為能完成“3翻2”的學(xué)生為同學(xué)們演示,學(xué)生的認(rèn)識(shí)逐漸達(dá)成一致)
我們完全可以把很多數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)放到課后進(jìn)行,或者讓學(xué)生帶著一節(jié)課的收獲,去解決生活中的問(wèn)題,從而產(chǎn)生一種新的觀念、新的意識(shí).
在“翻轉(zhuǎn)茶杯”這節(jié)課中,學(xué)生們總結(jié)出了:(1)如果每次翻轉(zhuǎn)茶杯的個(gè)數(shù)是奇數(shù),那么不論茶杯的總數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù),經(jīng)過(guò)若干次操作都能使杯口全部朝下;(2)如果每次翻轉(zhuǎn)茶杯的個(gè)數(shù)是偶數(shù),那么只有當(dāng)茶杯的總數(shù)是偶數(shù)時(shí),才有可能使杯口全部朝下,否則無(wú)論經(jīng)過(guò)多少次操作,都不可能使杯口全部朝下.最后,教師讓學(xué)生們思考,這個(gè)問(wèn)題的答案是否可以用數(shù)學(xué)符號(hào)來(lái)表示呢?下面是一個(gè)學(xué)生課后找到的規(guī)律.
在生活中,“杯口朝上”與“杯口朝下”意義相反,數(shù)學(xué)上常用正負(fù)數(shù)表示具有相反意義的量.如用“+1”表示“杯口朝上”,那么“杯口朝下”就可以表示為“-1”.翻轉(zhuǎn)茶杯的問(wèn)題就變?yōu)椋航?jīng)過(guò)若干次操作,使表示各個(gè)杯子狀態(tài)的數(shù)字從“+1”變?yōu)椤?1”.下面我們用各個(gè)數(shù)字的積來(lái)代表茶杯的整體狀況.翻轉(zhuǎn)1只茶杯,就是改變1只茶杯的杯口朝向,即相當(dāng)于改變1個(gè)因數(shù)的符號(hào).同時(shí)翻轉(zhuǎn)3只茶杯,就是同時(shí)改變3個(gè)因數(shù)的符號(hào),這時(shí)若干茶杯的整體狀況改變;同時(shí)翻轉(zhuǎn)2只茶杯,就是同時(shí)改變2個(gè)因數(shù)的符號(hào),這時(shí)若干茶杯的整體狀況不改變.
這樣,我們就可以用有理數(shù)乘法運(yùn)算的“符號(hào)法則”來(lái)解決“翻轉(zhuǎn)茶杯”的問(wèn)題了,也就把“翻轉(zhuǎn)茶杯”的問(wèn)題“數(shù)學(xué)化”了.以“3翻2”為例.
整體狀(積)初始狀態(tài)+1 +1 +1 +1第一次操作-1 -1 +1 +1……………目標(biāo)狀態(tài):-1 -1 -1 -1
由于每次翻轉(zhuǎn)兩個(gè)紙杯,整體狀態(tài)不發(fā)生改變,始終為“+1”,不可能變?yōu)槟繕?biāo)狀態(tài)的“-1”,所以“3翻2”是不可能實(shí)現(xiàn)的.試用這種方法解釋其他情形.
從上面幾個(gè)方面來(lái)比較,數(shù)學(xué)活動(dòng)教學(xué)的核心是教學(xué)方法,因此教學(xué)方法的采用,直接影響活動(dòng)教學(xué)的效果.為使數(shù)學(xué)活動(dòng)教學(xué)收到良好效果,目前沒(méi)有一個(gè)成熟的模式,具體做法也少見(jiàn).江蘇省南通市啟秀中學(xué)李庾南老師在總結(jié)過(guò)去經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出幾種有效的方法.
首先,重視結(jié)論的探求過(guò)程.數(shù)學(xué)中的結(jié)論教師一般不直接給出,而是引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)、練習(xí)、歸納等方法發(fā)現(xiàn)命題,而后深入研究探求的過(guò)程和論證的方法,進(jìn)而剖析結(jié)論的內(nèi)容,舉實(shí)例將結(jié)論內(nèi)容具體化.
其次,是溝通知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系.她認(rèn)為:數(shù)學(xué)有著嚴(yán)密的體系,學(xué)生揭示數(shù)學(xué)知識(shí)之間縱橫交錯(cuò)的內(nèi)在聯(lián)系,是學(xué)生主動(dòng)思維活動(dòng)的過(guò)程,可引導(dǎo)學(xué)生按知識(shí)的發(fā)生、發(fā)展、變化關(guān)系或邏輯關(guān)系整理出一個(gè)單元的知識(shí)結(jié)構(gòu)和基本的研究方法,進(jìn)行知識(shí)的引申、串變,提高學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力.
綜上所述,“數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程對(duì)教師是一種挑戰(zhàn),這是許多教師的感受,“數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)”是以一類(lèi)問(wèn)題為載體,學(xué)生主動(dòng)參與的學(xué)習(xí)活動(dòng),是幫助學(xué)生積累數(shù)學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)的重要途徑.教師要注意授課的方式和教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)的方式,教師也應(yīng)注意幫助學(xué)生整理清楚他們的思路,指導(dǎo)學(xué)生以不同的形式展示自己的成果.合理地設(shè)計(jì)“數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程內(nèi)容及教學(xué)方法是達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵,從具體教學(xué)中可以看出,這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的抽象能力和邏輯思維能力,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和應(yīng)用能力,還有利于培養(yǎng)學(xué)生的合作精神.通過(guò)合理的“數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程設(shè)計(jì),能使學(xué)生感受到快樂(lè)的學(xué)習(xí)過(guò)程,使學(xué)生感受到數(shù)學(xué)的無(wú)窮魅力,從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng).
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*本文系市教育科學(xué)研究所“十二五”規(guī)劃課題2013年度“初中數(shù)學(xué)教材中閱讀材料文化價(jià)值的研究”(編號(hào):C/2013/197)的階段性研究成果之一.