數學實驗在初中數學教學中的運用策略探究

【摘要】在新一輪的初中數學教學改革中，傳統的教學模式已經難以滿足學生數學核心素養的發展需求，而數學實驗具有實踐性和趣味性，將其與數學教學相互整合，不僅能夠為學生開辟全新的學習路徑，也能提高學生的操作能力和認知能力，全方位地增強數學教學實效.文章探討了數學實驗在初中數學教學中的運用價值，并從課程目標和實際學情出發，依托于具體的課堂教學案例，論述了數學實驗的有效運用策略，力求推動數學教學取得新的突破.

【關鍵詞】數學實驗；初中數學教學；運用價值；運用策略

初中數學教學領域的數學實驗，主要是指以實驗為形式，以驗證數學猜想、解決數學問題為目的，而開展的實踐研究活動.數學實驗的核心理念是“在學中做、在做中學”，將其引入數學教學，對培養學生的學習興趣、思維能力、操作能力等，都發揮著積極的作用.因此，教師在創新初中數學教學模式的過程中，要以學生為本，結合教學的實際需要，巧妙地運用數學實驗，帶領學生在實驗中探索，在探索中發現，從而實現數學知識、技能和情感的協同發展.

一、數學實驗在初中數學教學中的運用價值

（一）能夠轉變單一的數學教學方式

在新課程改革背景下，革新初中數學教學模式，是教師的首要任務.以往，教師所沿用的教學方式，普遍是“板書+口授”，這種方式過于單一，不僅難以帶給學生新鮮感，而且會導致學生長期處于被動的學習狀態，削弱學生探索數學的積極情感.而數學實驗可以為學生提供發現式、探索式學習的機會，讓學習內容和形式變得豐富多彩，通過實驗活動的開展，師生之間的互動性進一步提高，學生不再是被動地聽課，而是積極地參與實驗研究，實現課堂主體作用的充分發揮.這使數學教學方式從“單一”轉為“多元”，使學生的學習行為從“被動”變為“主動”，從而助推學生自主學習意識的形成.因此，將數學實驗引入初中數學教學，首要價值是能夠轉變教學方式.

（二）能夠鍛煉學生的實踐創新能力

數學學科具有極高的實踐性和實用性，從這個角度來看，培養學生的實踐創新能力，是初中數學教學改革的重中之重.然而，就現實情況而言，目前初中學生的實踐意識和創新思維都比較薄弱，追根溯源，是數學課堂中欠缺實踐的平臺，學生沒有參與實踐訓練的機會和空間，更遑論創新素養的發展.而在初中數學教學中運用數學實驗能夠有效鍛煉學生的實踐創新能力.一方面，數學實驗的開展形式以測量、觀察、操作、制作為主，這些形式都指向實踐，有助于學生手腦并用；另一方面，數學實驗可以讓學生擁有創新的“舞臺”，包括設計實驗方案、研究實驗結論等等，能促進學生創造性地解決問題，從而強化學生的實踐創新能力，為其奠定數學核心素養長遠發展的基礎.

（三）能夠深化學生的數學概念理解

概念學習在初中數學課程中占據著較大的比例，但是，初中學生的抽象思維尚未完善，在學習概念類的知識時，他們往往面臨著嚴峻的認知挑戰，倘若教師一味地進行理論灌輸，就不能真正地促進學生理解概念，反而會導致他們陷入死記硬背、模棱兩可的學習誤區，造成知識體系殘缺不全的局面.而數學實驗具有可操作性，體現著“理論聯系實際”的思想，與此同時，它還注重實測與直觀，有助于讓抽象的數學概念變得生動而具象，可以幫助學生經歷“猜想—實驗—交流—驗證”的過程，使學生體會到數學概念的來龍去脈，從而實現更加深刻的記憶和理解.因此，將數學實驗應用于初中數學教學能夠深化學生的數學概念理解.

二、數學實驗在初中數學教學中的運用策略

（一）運用演示實驗，優化數學新課導入

好的開始是成功的一半.對于初中數學教學來說，一個新穎而有趣的導入設計，不僅能夠喚醒學生的思維和情感，也能起到旗開得勝的效用，為后續教學的實施做好鋪墊.在以往的數學課堂上，教師通常采用口述的形式，來引出新課主題，這種形式過于平鋪直敘，學生早已感到厭倦，導學效果并不理想.而演示實驗是一種富有趣味的導入手法.教師發揮主導作用，實施直觀的實驗操作，這不僅適用于課題導入，而且能給予學生多維度的感官刺激，打造充滿活力的數學課堂.在初中數學教學中運用數學實驗進行導入，教師應該根據數學課程內容，預先做好實驗準備工作.教師借助演示實驗，為學生創設直觀、立體的學習情境，引導學生基于演示實驗的場景，開展觀察和討論活動，便于教師自然地揭示課題，以此優化數學新課導入，實現對數學實驗的妙用.

以蘇教版七年級下冊第11章11.1“生活中的不等式”一課為例，在導入環節中，教師可以借助天平這一器材來實施演示實驗.教師將天平擺放在講臺上，把一支鉛筆放在天平左側的托盤內，在右側托盤中放置一枚10g的砝碼，同時設問：同學們，請大家觀察天平指針的變化，如果把鉛筆的質量設為x，該怎樣表示鉛筆和砝碼的質量關系呢？學生：天平的指針向左傾斜，鉛筆的質量大于砝碼的質量，它們之間的質量關系是x>10.隨后，教師把砝碼從10g換成20g，繼續問：那么現在呢？鉛筆和砝碼的質量關系發生變化了嗎？學生：變了，天平的指針向右側傾斜，說明鉛筆的質量小于砝碼的質量，它們之間的關系是x<20.教師：請大家觀察這兩個式子，說一說它們有什么共同點.學生討論后反饋：這兩個式子的左右兩邊，是用“>”和“<”連接的，都表示兩個數量之間的不等關系.教師：沒錯，這就是不等式，它是刻畫現實世界中量與量之間關系的有效模型，今天我們就一起來了解生活中的不等式.如此，通過演示實驗，學生可以初步理解不等式的意義，體驗到高質量的新課導入.

（二）設計實驗問題，激發學生探索動機

數學實驗在初中數學教學中的運用，通常是以問題為載體的.“學起于思，思源于疑”，問題是學生開展實驗探究的起點，如果教師忽視問題設計，直接公布數學實驗的內容和要求，那么學生可能會感到一頭霧水，無法明確實驗的真實目的.這不僅會造成機械操作的局面，也很難有效地調動學生的探索積極性.因此，教師在運用數學實驗教學的過程中，應該堅持“以問促學”的原則，精心地設計實驗問題，為學生打造良好的思維場景，使其產生認知沖突，并引導學生根據實驗問題，結合自身的數學知識經驗，做出合理的實驗猜想，而后，教師再引出實驗活動，從而激發學生的探索動機，確保數學實驗運用的有效性.

以蘇教版七年級上冊第5章5.3“展開與折疊”一課為例，本課的教學目標是讓學生在數學實驗活動中，認識多面體與展開圖的關系.為此，教師可以拿出圓柱的實物模型，并提出實驗問題：同學們，請看這個圓柱模型，如果將它展開，使之變成一個平面圖形，它會是什么樣子？請大家發揮空間想象力，相互交流一下自己的猜想.學生交流后反饋：把圓柱體展開，應該會得到由兩個圓、一個長方形組成的平面圖形，同時這兩個圓的周長，與長方形的長相等.教師：大家的猜想很有道理，但是到底對不對呢？還需要通過實驗來加以驗證，下面請同學們使用圓規和直尺，在硬紙板上先畫出圓柱展開后的示意圖，然后把示意圖剪下來，看看能否圍成一個圓柱.學生積極主動地參與實驗操作，并在探究后匯報：只要確保兩個圓的周長與長方形的長之間是相等關系，畫出的示意圖都能圍成一個標準的圓柱，所以之前的實驗猜想是正確的.教師：大家做得非常好！那么通過剛才的實驗操作，同學們認為圓柱和它的展開圖之間存在著怎樣的聯系呢？學生討論后回答：展開圖中的兩個圓，是圓柱的底面，展開圖中的長方形，是圓柱的側面.這樣在實驗問題的帶動下，學生就能領會數學實驗的意圖，初步了解多面體與展開圖之間的關系，獲得空間觀念與操作能力的培養.

（三）開展小組實驗，促進學生參與課堂

在傳統的初中數學課堂上，由于教師面向全體進行授課，無法與每個學生開展一對一交流，導致學生對數學課堂缺乏參與感，阻礙了學生的個性化發展.因此，教師在教學中運用數學實驗，要創新組織形式，著重開展小組實驗活動，為學生營造自主、開放、互動的學習環境.教師可以圍繞具體的實驗任務，將學生劃分成若干小組，引導他們與同伴協作、分工、互助，達成實驗探究的目標，從而促進學生對數學課堂的深度參與，使每個學生都成為學習的主人.

以蘇教版七年級上冊第5章5.4“主視圖、左視圖、俯視圖”一課為例，教師可以設計一個畫圖形式的實驗任務，讓學生4～5人為一小組，先使用6個正方體的木塊，搭建出組合幾何體，然后合作畫出組合幾何體的三視圖.各小組馬上投入實驗活動，有的動手搭建幾何體，有的探討三視圖的畫法和要求，課堂氣氛十分活躍，幾分鐘后，各組先后展示畫圖作品，并匯報實驗收獲：在畫組合幾何體的三視圖時，應該先畫主視圖，左視圖位于主視圖的右邊，俯視圖畫在主視圖的下面，在作圖尺寸方面，應遵循“主俯長對正、主左高平齊、俯左寬相等”的基本要求.教師：同學們的實驗表現都非常出色，那么三視圖分別反映了組合幾何體的哪些特征？各小組進一步討論后作答：主視圖反映的是長和高，左視圖反映的是高和寬，俯視圖反映的是長和寬.這樣通過小組實驗活動，每個學生都充分地參與課堂，同時掌握了三視圖的畫法，并養成與他人溝通、合作的習慣.

（四）借助實驗過程，幫助學生突破難點

在每節數學課程中，都有相應的重點和難點，但學生的認知能力有限，在攻克課程重難點時，經常會感到吃力，此時，倘若教師進行生硬的解釋，很難有效地化解學生的困惑，甚至會影響學生學習數學的信心.而數學實驗探究的過程，可以揭示數學知識的規律，切實降低學生對復雜知識的領悟難度.因此，教師在教學中可以借助數學實驗的過程和結果，組織學生開展分析和討論活動，通過合情推理、直覺猜想、歸納總結等步驟，使學生發現規律、生成結論，從而讓課程教學難點迎刃而解.

以蘇教版七年級上冊第6章6.5“垂直”一課為例，本課的教學難點是讓學生掌握“過一點畫已知直線的垂線”的方法，并理解垂線的基本性質.因此，教師可以設計“作垂線”的數學實驗.教師在黑板上畫一條直線L，同時引出實驗內容：同學們，請大家利用手中的工具，在練習紙上給直線L作一條垂線，并說出你所采用的方法.學生探究后反饋：作已知直線的垂線，一共有兩種方法，第一種是用三角板，第二種是用量角器.教師：那么經歷作圖實驗的過程后，大家對垂線產生了哪些新的認知？學生歸納研討后回答：從實驗的過程和結果來看，與已知直線相垂直的直線有無數條，因為在一條直線上，有無數個點，但是過直線上一點的垂線，有且只有一條，因為這個點是確定的.如此，在實驗過程的輔助下，學生順利地突破了學習難點.

（五）引入實驗練習，驅動學生拓展提高

在初中數學教學中，課堂練習是一個至關重要的環節.學生經過基礎學習之后，需要參與相對應的練習活動，才能得到知識的鞏固，以及綜合運用能力的發展.然而，傳統的課堂練習模式較為陳舊，有的教師采用“題海戰術”的形式，讓學生完成大量書面類的習題.學生對此感到毫無新意，久而久之，就會失去參與練習的熱情.而數學實驗則為課堂練習打開了新的局面，它能使學生擺脫單一的練習形式，在實踐和操作之中，完成對知識的鞏固和檢測.因此，教師在運用數學實驗的過程中，應該著眼于課堂練習環節，引入實驗類的練習任務，啟發學生結合所掌握的知識技能，應用實驗研究的方法，自主、合作完成練習任務，從而使數學知識內化于心、外化于行，驅動學生的拓展提高.

以蘇教版七年級下冊第7章7.5“數學活動———利用平移設計圖案”一課為例，通過此前的學習，學生對圖形的平移已經形成較為深刻的感知.因此，教師可以引入剪紙類的實驗練習任務：同學們，請大家取一張長方形的紙片，取2厘米左右的寬度，把紙片一正一反，像“手風琴”一樣折疊起來，在折好的紙上，畫出你喜愛的簡單圖案，將圖案剪下來，拉開“手風琴”紙條，猜猜你會得到什么？學生思考后回答：可能會得到一條有圖案的花邊.教師：那就趕快動手試一試吧！學生實踐后匯報：剪出來的圖案是一條漂亮的花邊.教師：那么在你得到的花邊中，圖案之間存在什么樣的關系？學生：圖案之間的形狀、大小是完全一樣的，只是平移了一段距離.通過實驗練習的驅動，學生不僅感受到了平移圖形的獨特美感，也獲得了知識的鞏固和能力的強化.

結 語

綜上所述，在初中數學教學中運用數學實驗，能夠轉變數學教學方式，鍛煉學生的實踐創新能力，深化學生的數學概念理解，是加快學生數學核心素養發展步伐的必由之路.在實際教學中，教師應該立足于數學教學目標，依托于數學實驗的功能和優勢，運用演示實驗，優化課堂導入，做好實驗問題的設計，激發學生的探索動機，以小組實驗為形式，促進學生深度參與課堂，借助實驗探究的過程，簡化學生對課程重難點的理解方式，同時引入實驗類的練習，鞏固學生的數學學習成果，從而全面彰顯數學實驗的教學價值.

【參考文獻】

[1]王海波.數學實驗在初中課堂教學中的應用[J].數學學習與研究，2023（23）：38-40.

[2]姚玉萍.數學實驗在初中數學教學中的實踐[J].文理導航（中旬），2023（4）：91-93.

[3]馬國華.數學實驗在初中數學教學中的實踐探索[J].第二課堂（D），2022（9）：46.

[4]玄甲峰.數學實驗在初中數學教學中的運用[J].教育實踐與研究（B），2022（Z1）：57-58.

[5]陳超.數學實驗在初中數學教學中的運用研究[J].理科愛好者，2022（3）：44-46.

[1]樊春健.初中數學實驗類型及其教學范式[J].數學教學通訊，2024（2）：60-61，85.

[2]付芳芳.初中數學實驗常態化實施的原則及路徑[J].教學管理與教育研究，2024（1）：21-24.

[3]曹長貴.數學實驗促進初中數學核心素養發展探析[J].生活教育，2024（1）：85-88.

[4]莊嚴勤.新課標下開展初中數學實驗教學的實踐與思考[J].數理化解題研究，2023（35）：80-82.