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1初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一般步驟
多年來,我國的數(shù)學(xué)教學(xué)始終遵循著演繹推理的模式,從公理出發(fā)-定義-假設(shè)-定理-證明——推論。這種教學(xué)方法雖然可以在短時(shí)間內(nèi)獲得較多的知識(shí)信息,但學(xué)生只知結(jié)果,不知道過程,或熱衷于一些小技巧,長期使用不利于學(xué)生的創(chuàng)造思維和學(xué)習(xí)主動(dòng)性的培養(yǎng)。而用數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行數(shù)學(xué)教育的思想方法是,從若干實(shí)例出發(fā)-手工操作或在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)-發(fā)現(xiàn)其中可能存在的規(guī)律-提出猜想-進(jìn)行證明。根據(jù)這一思想方法,初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一般步驟如下:
1.1創(chuàng)設(shè)情境提出問題
根據(jù)維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)”理論,只有難易程度在“最近發(fā)展區(qū)”內(nèi)的問題才能激發(fā)學(xué)生的思考,推動(dòng)探究活動(dòng)的進(jìn)行。阿特金森在他1958年的一項(xiàng)試驗(yàn)中也已經(jīng)得出結(jié)論:問題情境的適宜度是50%左右,即實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的可能性是50%時(shí),主體的反應(yīng)強(qiáng)度最大。學(xué)習(xí)情境無論太易或太難都不會(huì)使學(xué)習(xí)者達(dá)到最好的動(dòng)機(jī)激起水平。這就要求教師在初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)中,要以學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)為依托設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)問題,或是根據(jù)學(xué)生提出的問題,為學(xué)生設(shè)置實(shí)驗(yàn)課題,創(chuàng)設(shè)具有挑戰(zhàn)性的數(shù)學(xué)問題情境,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生積極參與知識(shí)建構(gòu)的過程。創(chuàng)設(shè)情境是初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的第一環(huán)節(jié),也是實(shí)施其他環(huán)節(jié)的首要條件。
1.2實(shí)驗(yàn)活動(dòng)動(dòng)手操作
實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是指教師給學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)要求,學(xué)生按照教師的要求,親自用手工或計(jì)算機(jī)完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn),努力去發(fā)現(xiàn)與所研究問題相關(guān)的一些數(shù)據(jù)中反映出的規(guī)律性,對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果做出清楚的描述。實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是整個(gè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中的核心環(huán)節(jié),它是在第一環(huán)節(jié)所創(chuàng)設(shè)的情境中展開的,在第一環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)情境和第三環(huán)節(jié)提出猜想兩大環(huán)節(jié)起到承上啟下的作用。學(xué)生通過“做數(shù)學(xué)”來學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),在完成任務(wù)過程中,使抽象的數(shù)學(xué)知識(shí)具體化、復(fù)雜的問題簡單化、一般的問題特殊化、膚淺的問題深刻化,這樣做有利于學(xué)生以一個(gè)研究者的姿態(tài)在“實(shí)驗(yàn)空間"中觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。此外,實(shí)驗(yàn)活動(dòng)能夠使學(xué)生直觀地理解其內(nèi)在規(guī)律,在教師的指導(dǎo)下,通過觀察實(shí)驗(yàn)去獲得感性認(rèn)識(shí),培養(yǎng)數(shù)學(xué)情感和想象力,解決實(shí)際問題的能力,及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。
1.3提出猜想討論交流
提出猜想是指學(xué)生在理解了學(xué)習(xí)課題后,通過實(shí)物模型、虛擬模型、直觀觀察、實(shí)驗(yàn)分析、數(shù)學(xué)靈感等各種途徑和方式,根據(jù)已有的信息或新得到的信息,提出解決課題的假說。本環(huán)節(jié)是整個(gè)初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的高潮階段,它是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的,是學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和規(guī)律提出的,是初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)程度的體現(xiàn),同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生合情推理能力的過程。波利亞曾經(jīng)這樣高度評(píng)價(jià)過猜想的作用:“僅僅把數(shù)學(xué)視為一門論證科學(xué)的看法是偏頗的,論證推理是數(shù)學(xué)家的創(chuàng)造性工作成果,而要得到這個(gè)成果則必須通過猜想”。討論交流是現(xiàn)代數(shù)學(xué)教學(xué)中一個(gè)新的課題,數(shù)學(xué)已作為一種文化成為人們生活中的一個(gè)重要組成部分,走向交流理解的數(shù)學(xué)教育是面向未來、面向國際化教育所需。在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,一方面,我們要讓學(xué)生自己獨(dú)立思考,產(chǎn)生猜想;另一方面,讓學(xué)生之間通過討論,使學(xué)生在爭論中更進(jìn)一步的深入的修改、補(bǔ)充甚至是糾正猜想,從而形成正確的猜想。同時(shí)在討論交流中也培養(yǎng)了學(xué)生的口頭表達(dá)能力,可以使學(xué)生的表達(dá)更具有條理性和邏輯性,而這正是新課標(biāo)對(duì)學(xué)生提出的要求。
1.4驗(yàn)證猜想得出結(jié)論
驗(yàn)證猜想是指在提出猜想后,一般要用實(shí)驗(yàn)的方法、演繹的方法或舉反例的方法來檢驗(yàn)猜想的正確性。驗(yàn)證猜想是初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不可缺少的一個(gè)環(huán)節(jié),它是我們獲得正確結(jié)論的關(guān)鍵步驟,是對(duì)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)成功與否的判斷。猜想有可能正確,也有可能錯(cuò)誤,教師要啟發(fā)誘導(dǎo)學(xué)生證明猜想或舉反例否定猜想。得出結(jié)論即將學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中獲得的知識(shí)進(jìn)行整合,使之條理化、系統(tǒng)化;使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的疑難豁然開朗,茅塞頓開;使學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中獲得更為廣泛和全面的體驗(yàn),促成感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí),具體的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)得到“升華”。以上教學(xué)步驟不是一成不變的,它隨著實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)的目的、實(shí)驗(yàn)的手段的改變而有所改變。
2統(tǒng)計(jì)與概率的教學(xué)案例分析
(1)創(chuàng)設(shè)情境提出問題
今天,陳老師和周老師都想去看電影,但只有一張電影票,大家能否替我們想個(gè)辦法,來決定誰去看電影?(學(xué)生紛紛獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策)。若采取擲硬幣的方法(甲同學(xué)的建議),任意擲一枚質(zhì)地均勻的硬幣,如果正面朝上,那么陳老師去:如果反面朝上,那么周老師去。大家想一想:擲硬幣的辦法對(duì)雙方公平嗎?(在學(xué)生簡單的理性思考后,確定實(shí)驗(yàn)方法。)
(2)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)動(dòng)手操作
同桌兩人合作,做20次擲硬幣的游戲。要求:一人負(fù)責(zé)擲硬幣(以舉手的姿勢拋硬幣);一人負(fù)責(zé)記錄數(shù)據(jù),并借助計(jì)算器計(jì)算正面朝上的頻率(正面朝上的次數(shù)與總次數(shù)的比值)。
(3)提出猜想討論交流
匯總各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),分別計(jì)算實(shí)驗(yàn)累計(jì)進(jìn)行到20次、40次、80次、120次、⋯⋯400次時(shí)正面朝上的頻率,你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律?(學(xué)生在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集和分析過程中,實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同范圍的合作互動(dòng)。首先,在與同桌合作過程中,達(dá)到小范圍的學(xué)生間的互動(dòng),初步建立隨機(jī)觀念;然后,在累計(jì)全班的試驗(yàn)結(jié)果的過程中,實(shí)現(xiàn)互動(dòng)的范圍擴(kuò)大,體會(huì)隨著試驗(yàn)次數(shù)的逐漸增加,正面朝上的頻率變化幅度逐漸變小,差不多穩(wěn)定在頻率為0.5處。)
(4)驗(yàn)證猜想得出結(jié)論
通過對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及歷史上數(shù)學(xué)家的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,我們體會(huì)N-任意擲一枚均勻的硬幣,在大量的重復(fù)實(shí)驗(yàn)中,正面朝上的可能性就比較穩(wěn)定,趨向于0.5。如果正面朝上的可能性大小用P(正面朝上)來表示,則P(正面朝上)=1/2,這也稱為一枚硬幣正面朝上的概率。(利用生活中的概率,學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、自主探究和合作交流的學(xué)習(xí)方式,形成概念。在初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生由于親自動(dòng)手操作,從一個(gè)旁觀者和聽眾變成了一個(gè)參與者,因此對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、產(chǎn)生結(jié)果的原因、新的知識(shí)、方法等等產(chǎn)生強(qiáng)烈的探索欲望,利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。)
3結(jié)語
在數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中,教師設(shè)置實(shí)驗(yàn)問題,組織學(xué)生個(gè)人或小組學(xué)習(xí),引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn),猜想實(shí)驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行歸納證明。此時(shí),教師變成數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)的組織者和教學(xué)情境的引導(dǎo)者、合作者,從個(gè)體的手工業(yè)勞動(dòng)者變成信息社會(huì)教師團(tuán)隊(duì)中的一員,大量的重復(fù)性工作被更富創(chuàng)造性的勞動(dòng)所替代,需更多地利用教育資源,并努力在此基礎(chǔ)上進(jìn)行再創(chuàng)造。這些都使教師失去了對(duì)教學(xué)內(nèi)容的權(quán)威和壟斷,教師工作必將從個(gè)體走向合作,從分科走向跨學(xué)科綜合,從而最終取得數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的最高水平和課堂教學(xué)效益的最佳狀態(tài)。
開展初中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于激發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣,促進(jìn)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí);有利于轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的方式,從“聽”數(shù)學(xué)改變成在教師的指導(dǎo)下“做"數(shù)學(xué);有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和合作精神;有利于培養(yǎng)學(xué)生的直覺思維能力,但不利于邏輯思維能力的培養(yǎng);有利于加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的記憶和理解,掌握解決問題的方法和策略,提高解決問題的能力。