【摘要】小學(xué)數(shù)學(xué)實驗教學(xué)應(yīng)著力于開展以學(xué)生的“學(xué)”與實際操作為特征的數(shù)學(xué)驗證和探究活動,以此提升學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。文章從“STEM”的教育價值的視角來剖析影響小學(xué)數(shù)學(xué)實驗教學(xué)的因素并進行小學(xué)數(shù)學(xué)實驗教學(xué)的探索,提出深入實驗、化零為整等策略,以期提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)。
【關(guān)鍵詞】 “STEM”教育;數(shù)學(xué)實驗;教學(xué)探索
作者簡介:陳歡(1981—),男,江蘇省常熟市實驗小學(xué)。
目前小學(xué)的數(shù)學(xué)課堂教學(xué)遵循著“講解教學(xué)例題—掌握知識點—鞏固強化知識點—解決問題”的流程,這在一定程度上影響了學(xué)生的思考能力、學(xué)習(xí)能力和思維視野的發(fā)展和延伸。《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標準(2011年版)》提出,通過數(shù)學(xué)學(xué)習(xí),學(xué)生能獲得適應(yīng)未來社會生活和進一步發(fā)展所必需的數(shù)學(xué)的基本知識、基本技能、基本思想、基本活動經(jīng)驗。小學(xué)數(shù)學(xué)教師應(yīng)該把教學(xué)的重心放在發(fā)展學(xué)生的基本思想和基本活動經(jīng)驗上,更新以往固有的教學(xué)觀念,不僅要向?qū)W生傳授數(shù)學(xué)知識,還要注重傳授經(jīng)驗和方法。本著為了學(xué)生的發(fā)展的初心,教師要著手探索數(shù)學(xué)實驗教學(xué)來改變數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的現(xiàn)狀,為學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)打開一扇窗,而“STEM”教育體系能把數(shù)學(xué)實驗教學(xué)這扇窗變成一扇幫助學(xué)生通向未來的門。
一、“門”的框架,“STEM”的視域
“STEM”是融合科學(xué)(Science)、技術(shù)(Tech-nology)、工程(Engineering)和數(shù)學(xué)(Mathematics)四門學(xué)科的教育。
(一)提倡整體性發(fā)展,增強綜合能力
“STEM”教育中融合了多種學(xué)科學(xué)習(xí)方法,它通過對不同方法的探索和總結(jié),逐漸形成一個完整的體系,對培養(yǎng)復(fù)合型人才有很大的幫助。這就意味著小學(xué)數(shù)學(xué)實驗教學(xué)不應(yīng)該只限于數(shù)學(xué)課程這個范圍,它同樣可以涉及科學(xué)、信息技術(shù)、工程等領(lǐng)域,讓借助數(shù)學(xué)實驗拓寬學(xué)生的思維空間成為一種可能。
(二)提倡開放性,拓寬創(chuàng)新空間
“STEM”教育所體現(xiàn)的核心是創(chuàng)新,創(chuàng)新的前提是師生需要有足夠的創(chuàng)新空間。小學(xué)階段的學(xué)生更多的是從生活中發(fā)現(xiàn)問題,同時用數(shù)學(xué)實驗的方式,調(diào)動自身的創(chuàng)造性思維去解決問題。數(shù)學(xué)實驗教學(xué)本身就為學(xué)生創(chuàng)造了實踐的機會,拓寬了學(xué)生自身、課堂教學(xué)和生活實踐的創(chuàng)新空間。
(三)提倡素質(zhì)培養(yǎng),轉(zhuǎn)變知識本位
“STEM”教育側(cè)重對學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)。素質(zhì)教育涵蓋了很多方面,包括創(chuàng)造性能力的培養(yǎng)、自學(xué)能力的培養(yǎng)以及終身學(xué)習(xí)教育等,數(shù)學(xué)思想教育也包含了這幾方面的要求。小學(xué)數(shù)學(xué)實驗教學(xué)與“STEM”的理念是一致的,它們都是為了培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、表達想法、解釋現(xiàn)象、解決多種情境下的數(shù)學(xué)問題并能從中進行分析、思考、有效交流以及升華數(shù)學(xué)思想的
能力。
(四)提倡科學(xué)融合,培養(yǎng)綜合素養(yǎng)
與其他教育方式不同的一點是,“STEM”教育主要以主題項目體驗來進行教學(xué)。在實驗的過程中,學(xué)生可以通過實驗的過程和結(jié)果來建立自身的數(shù)學(xué)知識體系,也可以通過反復(fù)地計算推理和檢驗,理解數(shù)學(xué)的核心內(nèi)涵?!癝TEM”教育通過多學(xué)科的交叉融合,有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和綜合能力,促進學(xué)生智力因素和非智力因素的相互融合。它在科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)之間形成了一種相互支撐、相互補充、共同發(fā)展的關(guān)系。這就為小學(xué)數(shù)學(xué)實驗教學(xué)發(fā)展創(chuàng)造了條件,學(xué)生與教師、師生與實驗材料、實驗過程與結(jié)果等都能相互交融、相互碰撞,由此幫助學(xué)生進行深層次學(xué)習(xí)和理解性學(xué)習(xí),從而真正培養(yǎng)學(xué)生各方面的學(xué)習(xí)素養(yǎng),并為學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)打下堅實的
基礎(chǔ)。
二、“窗”的局限性,剖析影響小學(xué)數(shù)學(xué)實驗教學(xué)的因素
數(shù)學(xué)實驗,是指為了探索數(shù)學(xué)規(guī)律、構(gòu)建數(shù)學(xué)概念或解決問題,借助數(shù)學(xué)思維活動與操作,基于所創(chuàng)設(shè)的特定物質(zhì)條件進行的數(shù)學(xué)探索和研究活動。教師讓學(xué)生置身于生活化、問題思考、思維碰撞相結(jié)合的實驗教學(xué)情境中,有利于充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望,從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。學(xué)生通過動手實驗、體悟思考以及合作交流構(gòu)建數(shù)學(xué)知識體系,能夠獲得學(xué)習(xí)的成就感。但在目前的數(shù)學(xué)實驗課堂教學(xué)中,“STEM”教育的作用還沒有被充分發(fā)揮出來,筆者認為主要存在以下幾點問題。
(一)實驗器材不足,不利于實驗的開展
數(shù)學(xué)實驗的教學(xué)用具準備得越充分,教學(xué)的效果才可能越有效。如筆者在聽評市級“優(yōu)課”蘇教版四年級上冊“認識升”一課時,看到教師準備的教具和學(xué)具有量杯、量筒、水桶、臉盆等七八種容器。雖然教材中要求準備大量實驗素材與各種各樣的實驗器材,但是在實際中實驗預(yù)設(shè)與課堂實踐往往會形成反差。而在“STEM”視域下,教師可以進行小學(xué)數(shù)學(xué)實驗室項目的建設(shè),為數(shù)學(xué)實驗教學(xué)提供充分的支持。
(二)教學(xué)涉及范圍有限
小學(xué)數(shù)學(xué)實驗教學(xué)范圍的局限性,主要體現(xiàn)在兩個方面。一是小學(xué)數(shù)學(xué)實驗主要是為了探索某個數(shù)學(xué)問題而開展的數(shù)學(xué)研究活動,涉及的范圍比較有限。教師如果能夠結(jié)合其他學(xué)科的相關(guān)內(nèi)容,把數(shù)學(xué)課堂教學(xué)內(nèi)容加以拓展,構(gòu)建學(xué)科之間的橋梁,就有利于實現(xiàn)數(shù)學(xué)課程的延伸。二是教師把數(shù)學(xué)實驗看作一種特殊的、暫時性的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)活動,實驗過程隨著問題的解決而結(jié)束,忽視了數(shù)學(xué)實驗背后的經(jīng)驗和思想的延續(xù)。
(三)實驗過程缺乏系統(tǒng)性
小學(xué)數(shù)學(xué)實驗教學(xué)的過程有兩種極端的表現(xiàn)。一種是以大主題、大問題來呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容,卻不細化教學(xué)環(huán)節(jié),這容易讓學(xué)生無從下手。另一種則是教學(xué)環(huán)節(jié)過于碎片化,教師為了避免預(yù)設(shè)的實驗過程與實際不一致,會設(shè)計許多零碎的小問題,控制實驗的走向和節(jié)奏,并頻繁介入,這使得學(xué)生研究探索的空間過于狹窄,缺乏深入的思考。
三、從“窗”到“門”,深入探索數(shù)學(xué)實驗的意義
“STEM”視域下的數(shù)學(xué)實驗需要教師經(jīng)過多層次的思考和分析,以便學(xué)生可以改變思考方式或行為實踐方式,應(yīng)用所思所得。實驗應(yīng)該與學(xué)生的生活密切相關(guān),激發(fā)學(xué)生解決問題的興趣,把科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)系統(tǒng)地、創(chuàng)造性地聯(lián)系起來。
(一)觸及本質(zhì)
當(dāng)深入探索實驗內(nèi)容時,學(xué)生的大腦處于高度活躍的狀態(tài),更容易觸及知識的本質(zhì)與內(nèi)核,有利于認知層面的系統(tǒng)建構(gòu)。教師要讓學(xué)生通過實驗達到“知其然”,更要讓學(xué)生達到“知其所以然”。
(二)順應(yīng)特點
深入探索實驗教學(xué),需要基于學(xué)生的基本實踐能力和生活背景,才能符合小學(xué)生形象思維的基本特點,順應(yīng)小學(xué)生動態(tài)學(xué)習(xí)的天性。
(三)引發(fā)深入思考
深入探索數(shù)學(xué)實驗,需要教師融入抽象性思考、發(fā)散性思考、創(chuàng)造性思考和批判性思考的綜合思維,使學(xué)生做到“大膽假設(shè)”,甚至做到“去偽存真”。即使實驗失敗,學(xué)生也要在失敗中尋找原因,實現(xiàn)對知識的動態(tài)掌握。
四、“門窗”視角下小學(xué)數(shù)學(xué)實驗教學(xué)的探索
基于對“STEM”教育的思考以及對影響數(shù)學(xué)實驗教學(xué)的不利因素的分析,要求教師不能像傳統(tǒng)的課堂那樣,先預(yù)設(shè)結(jié)果,再用按圖索驥的方式進行探索,而是要讓學(xué)生能夠?qū)嶒炁c思維結(jié)合起來。如美國教育家布魯納所說:“教學(xué)某些知識領(lǐng)域,并不是帶著學(xué)生去銘記已有的結(jié)果,而是要教他如何去參與知識獲取的過程?!?/p>
(一)深入實驗,串聯(lián)知識
數(shù)學(xué)實驗教學(xué)應(yīng)以實驗內(nèi)容為核心,根據(jù)學(xué)生的實際情況構(gòu)建符合其認知需要的、具有思考價值的核心思維體系。教師讓學(xué)生在不斷學(xué)習(xí)的過程中了解數(shù)學(xué)實驗的具體內(nèi)容,是促進學(xué)生掌握數(shù)學(xué)知識的重要學(xué)習(xí)方法。數(shù)學(xué)實驗是有縱向結(jié)構(gòu)的,即實驗問題與已有知識以及其他學(xué)科的知識存在密切的聯(lián)系。學(xué)生借助數(shù)學(xué)實驗可以理解知識、發(fā)展智慧和應(yīng)用智慧。
比如在教學(xué)“三角形的穩(wěn)定性”時,為了讓學(xué)生充分理解“三角形具有穩(wěn)定性,四邊形具有易變性”的本質(zhì),教師可以設(shè)計以下實驗活動。首先,教師讓學(xué)生利用相同的磁鐵小棒擺出三角形和四邊形(任意),通過實際操作初步理解三角形的穩(wěn)定性的含義,并思考三角形和四邊形各有什么特點,引導(dǎo)學(xué)生得出“三角形具有穩(wěn)定性,四邊形具有易變性”的結(jié)論。然后,教師展示焊接而成的四邊形,讓學(xué)生拉一拉,并思考“這樣的四邊形是無法拉動的,是不是四邊形也具有穩(wěn)定性呢?”最后,教師讓學(xué)生進行小組合作,在日常生活中尋找有關(guān)圖形穩(wěn)定性和易變性的應(yīng)用實例,并利用木條自由創(chuàng)作簡易的橋梁。
上述實驗圍繞三角形的性質(zhì)進行,教師可以利用實驗操作串聯(lián)知識,活躍學(xué)生的數(shù)學(xué)實驗思維,使學(xué)生對數(shù)學(xué)實驗的操作形成動態(tài)思考,從而挖掘數(shù)學(xué)知識的本質(zhì)。
(二)化零為整,開展靈活的實驗活動
為了深入數(shù)學(xué)實驗教學(xué),教師要根據(jù)對實驗效果的預(yù)判進行教學(xué)的調(diào)整與整合,從整體出發(fā),開展實驗活動。適時、適當(dāng)?shù)丶ぐl(fā)學(xué)生的想象力,培養(yǎng)學(xué)生的問題意識,能夠更好地提升他們的數(shù)學(xué)素養(yǎng),為他們今后的成長奠定堅實的基礎(chǔ)。促進學(xué)生對問題的思考是引入和推進實驗教學(xué)的內(nèi)在動力。教師為了設(shè)計有價值的、具有導(dǎo)向作用的問題,需要知悉學(xué)生已經(jīng)了解了什么,分析他們了解的程度,找準舊知和新知之間的銜接點,才能做到有的放矢,增加學(xué)生思考的深度。教師讓學(xué)生通過數(shù)學(xué)實驗體會數(shù)學(xué)知識形成與發(fā)展的過程。只有經(jīng)歷了思維發(fā)展中的那些關(guān)鍵步驟,學(xué)生才能進行深度的學(xué)習(xí),積累自身的經(jīng)驗。
比如在教學(xué)蘇教版六年級下冊“確定位置”一課時,教師可以讓學(xué)生經(jīng)歷如下的實驗過程(如圖1)。
1.第一次打球失敗
師:“失敗的原因是什么?”
生:“擊打的方向不對,還要考慮打擊的角度?!?/p>
2.第二次打球失敗
師:“這次失敗的原因又是什么?”
生:“擊打的力道不夠,距離不夠?!?/p>
3.第三次打球成功
師:“打球成功的因素有哪些?我們應(yīng)該如何描述物體的位置呢?”
生:“描述物體的位置時不僅需要有方向和角度,還需要測量距離?!?/p>
4.問題思考
師:“你能解釋一下雷達屏幕為什么這樣設(shè)計嗎(如圖2)?生活中還有哪些利用方向和距離確定位置的例子呢?”
學(xué)生經(jīng)歷了多次數(shù)學(xué)實踐和思考辨析,加深了對概念的理解,能準確地將概念提煉出來,使數(shù)學(xué)實驗與自己的體驗深度連接,并歸納到自己的知識體系中,由此將實驗思維深深地扎根于自己的腦海中。
五、總結(jié)
“STEM”視域下的數(shù)學(xué)實驗教學(xué)不僅將學(xué)生的“學(xué)”、教師的“教”在數(shù)學(xué)實驗中有機地結(jié)合起來,還融合了多門學(xué)科的知識,并通過實驗的過程,讓學(xué)生探索其中的數(shù)學(xué)知識,提高科學(xué)的素養(yǎng),以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和探索研究的動力。教師通過“STEM”視域下的數(shù)學(xué)實驗,讓學(xué)生的思維不斷地發(fā)展,讓每一個學(xué)生都能領(lǐng)悟到質(zhì)疑、提問、發(fā)現(xiàn)、實驗和探究的無窮魅力,讓數(shù)學(xué)實驗課堂成為學(xué)生發(fā)展思維、提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)的場所。
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