数学实验——开启具身思维的金钥匙

2011年义教数学新课标要求,数学实验是种重要的学习方式。之所以这样充分肯定数学实验的重要性,成为学习策略。是因为动手操作,反复观察,独立思考,开启了具身思维(动作思维),促使表象思维、抽象思维的顺利展开。南师大教授俞平认为:由感知觉产生的形象思维,发展抽象思维这个核心素养,离不了具身思维——动作思维。具身思维也有的叫具身学习,是离不了动手操作,实验验证,实践活动的,是反复多次手脑并用、操作观察、有意义思考的结果。动作思维离不了各种感官的积极参与,协同发展,在此基础上形成的具体可感的认知想象等,离不了实际操作的活动,称为具身思维。可见,数学实验学习过程,不仅积累了数学活动体验,理解了数学思想方法,明白数学知识形成过程,为形成一定的解题技能,积淀认知情感,激发学趣,建立科学学习观,奠定基础,而且为表象思维、抽象思维的展开,开了好头。下面结合具体实例阐述,求教更多读者思考学习。

一、数学实验,有意义理解概念、性质、定理   

数学实验,一般因地制宜,简便易行,不怎么受条件的制约,只要善于做有心人,用心准备,充分利用身边条件,动手操作,动脑思考,非常利于理解数学概念、性质、定理。比如,古典概率概念的建立,简单计算一学就会,概率的内涵却不是那么简单理解,需要通过数学实验活动。每人一枚硬币,桌上扑件毛巾,每人抛掷20、40次,画“正”字记录抛掷结果,然后小组合作,汇总研究,再全班交流,最后统计成百上千次的抛掷结果数据,那么抛掷硬币正面朝上的可能性越来越逼近一半。由此,对概率近似准确地表达了某事件变化发展的规律,有了深刻的理解,充分体会变中蕴涵不变的思想方法。

再如,勾股定理的推演有400种,面积证法最多,指导学生用四个全等三角形拼摆“弦图”,利用不同的面积计算方法,构建恒等式,运用乘法公式,展开化简,不难得到“勾股定理”。自己动手操作,推导出的关系式,心情舒畅,应用自如,不自觉地记住,自然地运用勾股定理定理解决问题,掌握学习效果非常好。

数学实验,助推理解概念性质定理,是实现要教到不要教的捷径,是理解数学热爱数学的必然,是激发学趣,学会数学,会学数学的路径。

二、数学实验,有意义掌握数学思想方法   

学习数学的目的,达到“四基”要求,理解掌握基本知识、基本技能,理解掌握数学基本思想方法,和基本活动体验。空洞说教,简单重复,显然无济于事,不须想法设法创造实验。实验活动经历了,老师不要苦口婆心,学生自然心领神会。

如,苏科版七下,用方程解决实际问题,有这么个问题,小红与爷爷,沿着400米的环形跑道,从同一个地点,同一个时间,朝着同一个方向跑步,二人的速度关系知道了,第一次追及时间也知道,求二人速度。这里列出方程关键构建等量关系式,孙女跑步的路程比爷爷跑的路程多一个全程。这个数量关系式,很让一部分同学迷茫, 于是,四人一组,分组到操场上,指导学生做追及运动实验,千万记住各自跑的圈数。结果大家兴趣盎然,反复实验,不怕失败重复,乐此不疲。实际上有走的、有跑的,有沿圆形跑的,有沿长方形跑的,有沿半圆形跑的,结果结论相同,快跑的比跑得慢的多了整整一圈。

再如盈亏问题,一般讲解方法,套公式计算,会做是会做了,却索然无味,不理解解题原理,让人很不舒服。笔者将问题改编成两次分东西,一套完整的方案,结果浅显易懂,一想就会。像,一包糖分给几个小朋友,每人3块剩3块;每人5块还差5块。几个小朋友几块糖?这样来想:开始这样分糖果,每人3块剩3块,剩下的糖继续分,每人多分(5-3)2个,就符合第二次分配要求了。我们先把剩下的3块分了,可分1人。但我们知道还要买5块,与分三块还剩一块合起来,就是再要分的6块,正好分玩。

学生学习热情高涨,对数学有意味的认识,类比,转化,逻辑推里,数学结合思想方法改变了数学学习认识,他们喜欢数学学习,热爱数学学习了。

三、数学实验,有意义学习发现问题、解决问题

数学实验,手脑并用,反复观察,情感铺垫,往往生出很多意想不到的教学智慧,让人感喟不已。如有理数乘法法则,“负负得正”的理解掌握,引导学生动手操作,还原问题情境,数学问题生活化,一下子调动学生求知的欲望,和学好数学的信心。每人站立,相当于水位标杆直立,双手的上下平移,相当于水位的升降变化。每天水位上升(下降)变化 4㎝,3天前(后)水位多少?根据每天变化厘米数,每天上升记作+4㎝,-4则表示每天下降厘米数;3天前后水位变化结果,不难列式计算出关系式了。

以此类推,学生以组为单位,构建了很多负数×负数=正数,负数×正数=负数的算式。然后分类归纳,推导出有理数乘法法则,特别是理解“负负得正”的法则。学生被自己的发现研究,高兴得眼睛发光,神采飞扬。课堂有效学习效率很高。

实施数学实验,让具身思维落地生根,改变灌输式教学实施方案,经过动手操作,动脑思考,感知觉协同发展,持之以恒 可以有效改变数学学习方式,理解数学,掌握数学,从而实现用数学的眼光观察世界,用数学思维思考世界,用数学语言表达世界,最终实现立德树人的核心素养目标。

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