高中數(shù)學(xué)實驗研究綜述

【摘 要】通過對相關(guān)文獻的研究以及自身的實踐探索，從高中數(shù)學(xué)實驗研究的背景、現(xiàn)狀以及亟待解決的問題與對策等方面進行分析和研究，并提出處理高中數(shù)學(xué)實驗教學(xué)中問題的對策。

【關(guān)鍵詞】高中數(shù)學(xué)實驗；文獻綜述；研究現(xiàn)狀

【中圖分類號】G633.6 【文獻標(biāo)志碼】A 【文章編號】1005-6009（2017）27-0007-02

【作者簡介】宋健，江蘇省泰州中學(xué)（江蘇泰州，225300）教師，高級教師，泰州市學(xué)科帶頭人。

進入21世紀(jì)以來，世界各國紛紛將信息技術(shù)引入數(shù)學(xué)課程。數(shù)學(xué)軟件平臺的出現(xiàn)更是給傳統(tǒng)的以講授為主的數(shù)學(xué)教學(xué)模式注入了活力，使數(shù)學(xué)教學(xué)由傳統(tǒng)的粉筆、尺規(guī)模式進入到可操作的實驗?zāi)Ｊ健Ｎ覈钚滦抻喌摹镀胀ǜ咧袛?shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》進入了業(yè)內(nèi)征求意見階段。該意見稿強調(diào)在高中階段的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)抽象、邏輯推理、數(shù)學(xué)建模、數(shù)學(xué)運算、直觀想象、數(shù)據(jù)分析六大核心素養(yǎng)；其中數(shù)學(xué)建模、數(shù)學(xué)運算、直觀想象、數(shù)據(jù)分析本質(zhì)上就是技術(shù)素養(yǎng)；另兩個素養(yǎng)也與技術(shù)密切相關(guān)。這些無一不表明在高中階段開展數(shù)學(xué)實驗研究，符合國家教育需求，符合新課標(biāo)要求，它在學(xué)生對概念的理解和學(xué)習(xí)方面有非常大的幫助作用。

一、概念界定

對于高中數(shù)學(xué)實驗的定義，許多學(xué)者給出了不盡相同的定義。通過梳理文獻并結(jié)合高中數(shù)學(xué)學(xué)科的特點，我們把“高中數(shù)學(xué)實驗”表述為：學(xué)生通過動手動腦，在“做中學(xué)，學(xué)中悟”的一種數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)活動，是學(xué)生運用一定的物質(zhì)儀器或技術(shù)手段（如模型、測量工具、數(shù)學(xué)軟件等），在數(shù)學(xué)思維活動的參與下進行的一種驗證數(shù)學(xué)結(jié)論、理解數(shù)學(xué)知識、探究數(shù)學(xué)問題的一種數(shù)學(xué)實踐活動。它著力于學(xué)生的學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自己動手去觀察、操作、體驗、探索、領(lǐng)悟，是從“做”中學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。它通過科學(xué)實驗的模式，經(jīng)過主動探究的過程積累基本活動經(jīng)驗，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實踐能力和創(chuàng)新精神，進而轉(zhuǎn)變高中數(shù)學(xué)教與學(xué)的方式。

二、高中數(shù)學(xué)實驗的研究現(xiàn)狀

1.文獻分析。

截至2017年2月底，在中國知網(wǎng)中以“數(shù)學(xué)實驗”為關(guān)鍵詞檢索到相關(guān)研究成果3215篇，以“數(shù)學(xué)實驗”為主題并含“高中”檢索得到與高中數(shù)學(xué)實驗相關(guān)的研究成果50篇，分析這些文獻可以看出大部分研究源于大學(xué)，因為數(shù)學(xué)實驗首先是在高校開展實踐研究的。這50篇文獻中篇名含“高中數(shù)學(xué)實驗”的研究成果9篇，時間跨度從2004年到2016年，其中2015年2篇、2016年3篇，說明數(shù)學(xué)實驗在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中真正開展和實施的并不多。

通過對這50篇文獻的梳理，可以發(fā)現(xiàn)：在實踐層面，現(xiàn)有研究成果基本停留在經(jīng)驗的總結(jié)和介紹，主要是作者本人對教學(xué)過程的一些思考，以及基于對數(shù)學(xué)實驗教學(xué)的感性認識所撰寫的教學(xué)方案等；有些在表層上探討運用個別教學(xué)軟件，主要是幾何畫板、圖形計算器等，沒有從更深層面上演繹和實踐數(shù)學(xué)實驗教學(xué)模式，缺乏理論依據(jù)和支持。理論研究方面，對高中數(shù)學(xué)實驗的相關(guān)研究大多集中在其教育意義與作用，再用相應(yīng)的例子來驗證，很少從教學(xué)設(shè)計的層面系統(tǒng)地對數(shù)學(xué)實驗進行研究；有些文獻則探討了數(shù)學(xué)實驗的內(nèi)涵、特征、價值、可行性以及存在的問題等。

2.江蘇高中數(shù)學(xué)實驗室建設(shè)現(xiàn)狀。

江蘇省在2011年以前，中學(xué)基本沒有專門的數(shù)學(xué)實驗室。2011年，江蘇省啟動了普通高中課程基地建設(shè)項目，到2016年底，有近20個學(xué)校成功申報高中數(shù)學(xué)課程基地，大約占總數(shù)的7%。這些數(shù)學(xué)課程基地研究方向主要涉及數(shù)學(xué)實驗、數(shù)學(xué)文化、數(shù)學(xué)校本課程的開發(fā)、自主學(xué)習(xí)方式等，且大多建立了數(shù)學(xué)實驗室。但相比全省普通高中總數(shù)，數(shù)學(xué)實驗室明顯不足。經(jīng)過5年的建設(shè)，數(shù)學(xué)課程基地雖然在高中數(shù)學(xué)實驗教學(xué)、數(shù)學(xué)文化教學(xué)、數(shù)學(xué)校本課程開發(fā)、資源庫的建設(shè)等方面取得了很大的進展，但主要集中在少數(shù)學(xué)校和少數(shù)教師身上，廣大高中數(shù)學(xué)教師對數(shù)學(xué)實驗教學(xué)的認識還有待提高。

三、需要解決的問題與建議

從上面的分析來看，我國高中數(shù)學(xué)實驗教學(xué)還存在著以下幾個亟待解決的問題。

1.應(yīng)試教育對數(shù)學(xué)實驗教學(xué)的影響。

雖然實施新課改十多年了，但由于高中數(shù)學(xué)課程內(nèi)容多，學(xué)時少，且高考備受社會關(guān)注，時間寶貴，許多高中數(shù)學(xué)教師不得不放棄用時較多的數(shù)學(xué)實驗，轉(zhuǎn)而希望通過“題海戰(zhàn)術(shù)”來提高學(xué)生的成績。高中數(shù)學(xué)教材中的操作題、探究拓展與數(shù)學(xué)實驗等內(nèi)容只是形同虛設(shè)，沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用。

為解決這一問題，首先，高中數(shù)學(xué)教師要更新觀念，正確認識高中數(shù)學(xué)實驗的價值。高中數(shù)學(xué)實驗教學(xué)，不是取代傳統(tǒng)教學(xué)，而是一種補充。高中數(shù)學(xué)實驗從問題出發(fā)，讓學(xué)生帶著一顆強烈的好奇心，通過“做”數(shù)學(xué)實驗，學(xué)生觀察、猜想、體驗、領(lǐng)悟，使學(xué)生真正理解數(shù)學(xué)，學(xué)會“用數(shù)學(xué)的眼光觀察世界，用數(shù)學(xué)的思維分析世界，用數(shù)學(xué)的語言表達世界”，促進學(xué)生數(shù)學(xué)思維品質(zhì)、實踐能力與創(chuàng)新精神的形成，進而促進學(xué)生的全面發(fā)展。其次，要加強對高中數(shù)學(xué)實驗素材的研究，事先開發(fā)出適合學(xué)生進行實驗操作的半成品課件，降低數(shù)學(xué)實驗課課堂容量，減少課時用時，同時將相關(guān)數(shù)學(xué)實驗課以研究性課題或校本課程數(shù)學(xué)選修課的形式讓學(xué)生完成。

2.開展數(shù)學(xué)實驗對師生都是挑戰(zhàn)。

從教師的角度來看：一方面，不少中學(xué)數(shù)學(xué)教師對高中數(shù)學(xué)實驗中常用的幾何畫板、Matlab、Mathematica等軟件使用不熟練，對圖形計算器等工具接觸很少；另一方面，開展數(shù)學(xué)實驗，需要教師本身具有較高的數(shù)學(xué)素養(yǎng)和很強的科研能力，這就對教師自身的素質(zhì)提出了更高的要求。

從學(xué)生的維度來看：學(xué)生很少有機會接觸幾何畫板、Matlab、Mathematica等數(shù)學(xué)實驗軟件，更不要談熟練操作了。學(xué)生接觸的數(shù)學(xué)實驗很多都是教師設(shè)計的程序性實驗，學(xué)生只是按照教師規(guī)定的程序進行操作，不會動腦思考如何自主設(shè)計實驗，有什么問題需要解決。

對于這些問題，首先教育部門要加強使用相關(guān)數(shù)學(xué)實驗軟件的培訓(xùn)，盡可能使每一位教師都能熟練使用這些軟件；其次，加強教師之間的合作，開發(fā)數(shù)學(xué)實驗的教學(xué)設(shè)計；最后，學(xué)校要安排相關(guān)數(shù)學(xué)實驗軟件的選修課，供學(xué)生選修，使學(xué)生初步掌握軟件的使用。

3.開展數(shù)學(xué)實驗的硬件不足。

開展數(shù)學(xué)實驗教學(xué)需要計算機硬件的支持，美國、加拿大、新加坡、澳大利亞、英國等國家很重視數(shù)學(xué)實驗，很多中學(xué)建立了專門的數(shù)學(xué)實驗室，而我國建立的數(shù)學(xué)實驗室主要在大學(xué)，中學(xué)明顯偏少。為此，期昐政府不斷加大對教育硬件的投入，為學(xué)校創(chuàng)建數(shù)學(xué)實驗室提供便利條件。學(xué)校應(yīng)克服困難逐步建立數(shù)學(xué)實驗室，開展數(shù)學(xué)實驗，讓學(xué)生“做”數(shù)學(xué)。

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