“具身認知”視野下的小學(xué)數(shù)學(xué)實驗教學(xué)

莊曾曾

[摘 ?要] 數(shù)學(xué)實驗是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的重要組成。在“具身認知”視野下，數(shù)學(xué)實驗教學(xué)能有效地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)力，發(fā)展他們的數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。如何開展數(shù)學(xué)實驗是文章主要探討的內(nèi)容：研發(fā)“實驗內(nèi)容”，讓數(shù)學(xué)實驗從零散走向統(tǒng)整;優(yōu)化“學(xué)習(xí)方式”，讓數(shù)學(xué)實驗從外促走向建構(gòu);促進“學(xué)習(xí)互動”，讓數(shù)學(xué)實驗從單向走向多維。

[關(guān)鍵詞] 小學(xué)數(shù)學(xué);具身認知;實驗教學(xué)

數(shù)學(xué)實驗是一種兼具演繹性和歸納性、理論性和實驗性的學(xué)習(xí)方式。在“具身認知”視野下，數(shù)學(xué)實驗教學(xué)能有效地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)力，發(fā)展學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。對于學(xué)生來說，數(shù)學(xué)實驗不僅僅是學(xué)習(xí)的一種手段、方法，更是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的重要組成。學(xué)生需要認識、理解、操作、反思數(shù)學(xué)實驗等。在實驗的過程中，教師要激發(fā)學(xué)生的實驗動機，精準開發(fā)實驗內(nèi)容、引導(dǎo)學(xué)生展開積極的實驗互動。在整個數(shù)學(xué)實驗的過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生多感官協(xié)同活動，讓學(xué)生的實驗過程成為一種全身心感受、體驗的過程。在數(shù)學(xué)實驗中，學(xué)生積累了豐富的數(shù)學(xué)基本活動經(jīng)驗，感悟到相關(guān)的數(shù)學(xué)思想方法。

[?] 一、研發(fā)“實驗內(nèi)容”，讓數(shù)學(xué)實驗從零散走向統(tǒng)整

當(dāng)下的數(shù)學(xué)實驗，存在著一些問題。其中，最為明顯的一個問題就是數(shù)學(xué)實驗內(nèi)容的零散化、隨意化。很多數(shù)學(xué)實驗，往往是附屬于某些數(shù)學(xué)知識而探索的，缺乏獨立存在的依據(jù)。師生的數(shù)學(xué)實驗往往有著一種“腳踩西瓜皮，滑到哪里是哪里”傾向。今天這一個數(shù)學(xué)知識點，想實驗就實驗，不想實驗就不實驗。研發(fā)“實驗內(nèi)容”，就是要讓數(shù)學(xué)實驗從零散走向統(tǒng)整、從粗放走向集約。

相較于過去零散型、粗放型的數(shù)學(xué)實驗，具有統(tǒng)整性、結(jié)構(gòu)性、系統(tǒng)性的數(shù)學(xué)實驗，其實驗?zāi)康母鞔_，實驗內(nèi)容更精細，實驗方式更精準。實驗不是隨意的，而是有計劃、有目的、有組織的。數(shù)學(xué)實驗的功能，也不僅僅停留在操作的層面上，而是包括數(shù)學(xué)思維、想象在內(nèi)的綜合考量。在實驗立意上，教師要高點定位;在實驗內(nèi)容上，教師要有效聚焦;在實驗方式上，教師要引導(dǎo)學(xué)生深度建構(gòu)。比如教學(xué)“多邊形的面積”時，教師在備課中就要清楚知道每一個知識點需要展開的數(shù)學(xué)實驗，同時要引導(dǎo)學(xué)生把握數(shù)學(xué)實驗的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。在對教材中的平行四邊形、三角形以及梯形的面積推導(dǎo)過程進行深入研究之后，我們建構(gòu)了序列化、結(jié)構(gòu)化的實驗內(nèi)容。具體而言，就是引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用“剪拼”實驗方法推導(dǎo)“平行四邊形的面積”;用“剪拼”“倍拼”實驗方法推導(dǎo)“三角形的面積”;用“剪拼”“倍拼”“分割”實驗方法推導(dǎo)“梯形的面積”。顯然，這一部分實驗內(nèi)容以及實驗方式各具特色。教師通過對這一部分內(nèi)容的實驗教學(xué)，不僅能讓學(xué)生經(jīng)歷“平行四邊形的面積”“三角形的面積”“梯形的面積”的推導(dǎo)過程，讓學(xué)生掌握了相關(guān)知識，更為重要的是，讓學(xué)生形成了系列性的操作技能，積累了豐富的操作經(jīng)驗。同時能讓學(xué)生感受、體驗到數(shù)學(xué)的轉(zhuǎn)化思想，即新知轉(zhuǎn)化為舊知、復(fù)雜轉(zhuǎn)化為簡單、陌生轉(zhuǎn)化為熟悉。

研發(fā)實驗內(nèi)容，就是要杜絕實驗設(shè)計、規(guī)劃的隨意性和無目的性，就是要讓學(xué)生的數(shù)學(xué)實驗成為數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的重要組成。在教學(xué)中，教師不僅要研究相關(guān)的實驗內(nèi)容，更要研究學(xué)生的具體學(xué)情，從而能讓學(xué)生的數(shù)學(xué)實驗具有科學(xué)性、合理性、適切性。

[?] 二、優(yōu)化“學(xué)習(xí)方式”，讓數(shù)學(xué)實驗從外促走向建構(gòu)

傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)實驗，往往是教師要求學(xué)生做的實驗。實驗內(nèi)容由教師決定，實驗方式由教師規(guī)定，實驗?zāi)繕?biāo)由教師厘定，這樣的實驗是一種“被動實驗”。如何讓學(xué)生做實驗從被動走向主動、從淺層走向深層？筆者認為，最為重要的就是要優(yōu)化學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)方式，進而讓學(xué)生的數(shù)學(xué)實驗從外促走向建構(gòu)。建構(gòu)性的數(shù)學(xué)實驗是一種積極的、主動的數(shù)學(xué)實驗，是能有效地提升學(xué)生學(xué)習(xí)力、發(fā)展學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的實驗。

優(yōu)化數(shù)學(xué)實驗方式，能激活學(xué)生的“實驗之情”，能引發(fā)學(xué)生的“實驗之意”，能催生學(xué)生的“實驗之志”。在實驗的過程中，要關(guān)注學(xué)生的情感、學(xué)習(xí)的氛圍等。比如教學(xué)“圓柱和圓錐”時，學(xué)生遇到了這樣的問題：一個玻璃瓶的內(nèi)直徑是6厘米，如果在里面裝入8厘米高的水，然后將瓶子倒過來，空余部分的高是2厘米。這個玻璃瓶的容積是多少毫升？（見圖1）

很多學(xué)生在思考問題時，都不同程度地受到了玻璃瓶不規(guī)則的上端容積的影響，固化的思維鉗制著學(xué)生，讓學(xué)生難以形成正確的解決問題的思路，難以將左右兩幅圖聯(lián)系起來思考。為此，筆者特地找來了一個玻璃瓶，讓學(xué)生動手做“演示實驗”。在學(xué)生操作實驗的過程中，筆者啟迪學(xué)生思考：將玻璃瓶正反放置，什么有變化，什么沒有變化？這樣的提示，讓學(xué)生在觀摩實驗時，不再僅僅感受到“好玩”，更為重要的是引發(fā)他們對玻璃瓶容積、水的體積等深度思考。學(xué)生發(fā)現(xiàn)，不管怎樣放置玻璃瓶，有兩個量是不會發(fā)生變化的：一是玻璃瓶的容積（體積）;二是玻璃瓶中水的體積。同時，有學(xué)生還發(fā)現(xiàn)，盡管玻璃瓶中注入的水在顛來倒去之后，形態(tài)發(fā)生了變化，瓶中空置部分的形態(tài)也發(fā)生了變化，但空置部分的體積總量沒有發(fā)生變化。根據(jù)這樣的實驗操作和推理，學(xué)生能有效地突破玻璃瓶不規(guī)則的認知難點，從而找到相關(guān)的數(shù)量關(guān)系。借助這樣的數(shù)量關(guān)系，學(xué)生有效地解決了之前提出的問題。在這個過程中，學(xué)生把握了“變與不變”的關(guān)系，對“量的恒定思想”等相關(guān)內(nèi)容也有了更深層次的理解。

優(yōu)化學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)方式，不僅要關(guān)注實驗的工具、內(nèi)容、操作及對相關(guān)知識的探究和理解，更要關(guān)注實驗過程中師生在心理、情感等方面的表現(xiàn)。在小學(xué)數(shù)學(xué)實驗教學(xué)中，教師要有效地建構(gòu)實驗情境，從而將學(xué)生引入情境，以情激智，以智生情，進而讓學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)情智交融。通過數(shù)學(xué)實驗，培養(yǎng)學(xué)生的理性品質(zhì)，錘煉他們的理性精神。

[?] 三、促進“學(xué)習(xí)互動”，讓數(shù)學(xué)實驗從單向走向多維

數(shù)學(xué)實驗不僅是學(xué)生個體的活動，而且是學(xué)生群體的活動。在實驗過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生進行實驗互動，讓學(xué)生的數(shù)學(xué)實驗從單向走向多維。從某種意義上說，數(shù)學(xué)實驗就是教師、學(xué)生之間通過實驗文本，利用實驗器具進行活動的過程。在這個過程中，各個主體之間要相互協(xié)商、合作，要暢快地表達自己的實驗見解、主張等。實驗性的活動能引發(fā)學(xué)生相互吸納、相互滋養(yǎng)，從而促進學(xué)生達成共識，推動學(xué)生的全面發(fā)展。

比如教學(xué)“圓的面積”時，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)實驗教學(xué)往往是遵循教材的要求，僅引導(dǎo)學(xué)生將圓轉(zhuǎn)化成近似的長方形。至于“為什么這樣轉(zhuǎn)化”等相關(guān)的問題，學(xué)生在實驗中沒有觸及。筆者在教學(xué)中大膽地放權(quán)、賦權(quán)，讓學(xué)生展開自主性、自能性的數(shù)學(xué)思考與探究。在學(xué)生進行實驗探究之前，筆者首先和學(xué)生一起復(fù)習(xí)了相關(guān)的平行四邊形面積、三角形面積以及梯形面積的推導(dǎo)過程。通過回顧這些圖形面積的推導(dǎo)過程，來啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生積極的數(shù)學(xué)猜想和驗證。在分組探究的過程中，不同的小組形成了不同的探究方案。如有小組學(xué)生將圓分割拼接成近似的長方形;有小組學(xué)生將圓分割拼接成近似的三角形;還有小組學(xué)生將圓分割拼接成近似的梯形等。在積極的互動中，學(xué)生能有效地進行對比，進而發(fā)現(xiàn)“圓的面積”這一數(shù)學(xué)實驗的共性，都是將曲線圖形轉(zhuǎn)化成直線圖形，都是將未知的、復(fù)雜的、陌生的圖形轉(zhuǎn)化成已知的、簡單的、熟悉的圖形。在這個過程中，學(xué)生能感受、體驗到化曲為直的數(shù)學(xué)思想，感受、體驗到極限思想，感受、體驗到轉(zhuǎn)化與化歸的數(shù)學(xué)思想和方法。學(xué)生在數(shù)學(xué)實驗中體驗、互動，從而促進其對圓的面積公式的推導(dǎo)以及對整體性意義的理解和把握。

數(shù)學(xué)家歐拉認為，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)這門學(xué)科，不僅需要觀察，而且需要實驗。“具身認知”視野下的數(shù)學(xué)實驗教學(xué)，要激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，調(diào)動學(xué)生的實驗積極性。在實驗過程中，要根據(jù)數(shù)學(xué)知識的特點以及學(xué)生的具體學(xué)情，從實驗的內(nèi)容、實驗的驅(qū)動力以及實驗的方式、實驗的互動等方面進行綜合性考量。通過數(shù)學(xué)具身性的實驗，集聚學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)感受、體驗，促進學(xué)生對相關(guān)數(shù)學(xué)知識的理解、把握，從而不斷地提升學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)力、實踐力，發(fā)展學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)、綜合素養(yǎng)等。