初中數學實驗的三種類型及案例研究

黃泉波

[摘? 要] 數學實驗是數學探究學習的主要方式之一，在初中數學課堂上引導學生開展數學實驗具有積極的意義. 基于此背景，文章結合具體的案例對初中數學操作型實驗、探究型實驗、模擬化實驗這三種實驗類型進行了探索.

[關鍵詞] 數學實驗;探究學習;案例

數學實驗是數學探究學習的重要方式，在初中數學教學中，引導初中生進行數學實驗十分重要. 初中生在開展數學實驗的過程中，能夠有效地對數學知識進行內化，能夠有效地促進數學思維能力的提升，能夠有效地培養嚴謹的科學態度以及創新精神. 那么，數學實驗的類型主要有哪些，又應該如何在教學中實施呢？下面結合具體的案例來談一談.

■ 操作型實驗

在初中數學教學中，操作型實驗就是引導學生通過動手操作開展數學實驗的方式. 通過操作型實驗，能夠有效地促進學生的數學理解，推進學生對數學猜想的驗證.

（一）借助操作實驗，理解數學概念

在數學這門學科中包含了很多極其抽象的概念，僅僅依靠教師的口頭講解，很多學生難以對其進行深刻理解. 操作型實驗能夠讓數學概念形象化，從而讓學生更加容易理解數學概念.

例如，教學“實數”時，對于很多學生來說，“無理數”的概念是很難理解的，鑒于此，筆者為學生設計了以下操作實驗.

1. 實驗準備：學生課前制作兩張邊長為1分米的正方形紙片，再準備一把剪刀.

2. 實驗猜想：正方形的對角線長度為■.

3. 實驗步驟：

（1）分別將這兩個正方形沿對角線進行對折，借助剪刀將其剪成4個直角三角形;

（2）對這4個直角三角形進行拼接，由此形成一個大正方形，其面積為2平方分米;

（3）根據算術平方根，求所得到的大正方形的邊長.

學生在數軸上繪制對應的圖形時，就是將邊長為1的正方形置于數軸原點，然后繪制對角線，再借助圓規，以原點為圓心、以對角線長為半徑繪制圓弧，圓規經過數軸時，就能夠找到與其相對應的點. 通過這樣的方式，他們便能夠深入理解“數軸上的點和實數相對應”.

這樣，學生以原有的數學經驗出發，結合操作實驗深化了對“實數”相關知識的理解，同時也進一步提高了學習興趣.

（二）借助操作實驗，進行數學驗證

初中生在數學學習的過程中，會根據原有的生活經驗及認知經驗對一些數學結論進行猜想，在學生有了這一些猜想時，組織他們進行操作實驗對數學猜想進行驗證，能夠收到事半功倍的教學效果.

例如，筆者在教學“概率的初步認識”一課時，首先提問：“在乒乓球比賽中如何確定發球權？”其中一名學生回答：“比賽之前，裁判往往會拋擲一枚硬幣，兩名選手各自選擇其中的一面，以此決定發球權，只要猜對便能夠自主選擇先發球或者要場地. 如果選擇的是要場地，那么就會由對方先發球. ”筆者追問：“那么這樣的方式是不是公平呢？你有什么辦法說明這樣的方式是很公平的？”學生說：“可以進行拋擲硬幣的實驗來驗證. ”然后筆者將學生分成6個小組，每組都進行50次拋擲硬幣的實驗.

1. 實驗準備：一元硬幣.

2. 實驗猜想：每一面朝上的概率都為50%.

3. 實驗步驟：

（1）分組拋硬幣，完成實驗記錄;

（2）結合數據展開對比分析;

（3）與之前的猜測進行對比，總結結論.

這樣，學生基于上述實驗驗證了硬幣正反面朝上的概率都近似于50%. 在這個過程中，他們進行了自主化的數學學習，自主驗證了數學猜想.

■ 探究型實驗

探究學習是《數學課程標準》倡導的主要學習方式，數學實驗本身就是數學探究的一種形式. 在初中數學教學中，引導學生開展探究型數學實驗，能夠推進他們數學探究的進程.

（一）借助探究實驗，推進探究深度

現在，一些教師在初中數學課堂上引導學生開展的數學探究活動存在“表面化”的現象，從表面上看，學生雖然開展了探究活動，但這種數學探究活動往往是在教師的“指引”下機械化地進行的. 數學探究是一種高階的學習方式，應該是具有思維含量的，在初中數學教學中，引導學生開展探究型實驗，能夠有效地推進其數學探究的深度.

例如，在教學“多邊形的內角和”一課時，引導學生通過測量、割補的方法自主探究得出多邊形內角和公式是重要的教學目標. 因此，筆者給學生設計了以下探究實驗.

1. 實驗準備：A4紙、量角器、剪刀.

2. 實驗猜想：多邊形的內角和是180°的倍數.

3. 實驗步驟：

（1）分別在A4紙上畫出四邊形、五邊形、六邊形，并剪下這三個圖形;

（2）利用量角器量出剪下的四邊形、五邊形、六邊形的內角和;

（學生通過測量發現四邊形的內角和是360°，五邊形的內角和是540°，六邊形的內角和是720°，并猜想七邊形的內角和是900°，八邊形的內角和是1080°）

（3）對這些多邊形進行分割，把它們分成若干個三角形. 從中發現四邊形可以分割成2個三角形，五邊形可以分割成3個三角形，六邊形可以分割成4個三角形，七邊形可以分割成5個三角形，八邊形可以分割成6個三角形;

（4）填寫表1，寫出實驗結論.

這樣，學生在以上探究型實驗的過程中，進行了數學操作、數學猜想與數學驗證，充分體驗到了任何一個多邊形都可以分割成相應個數的三角形，并且分割成的三角形的個數與多邊形的邊數是存在關系的，在這個過程中就順利地得出了多邊形的內角和公式為（n-2）·180°. 學生在這個過程中進行的數學探究活動是具有思維含量的，是具有深度的.

（二）借助探究實驗，拓展探究廣度