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素养导向下小学数学实验教学探究

【摘要】实验教学是课程标准规定的教学内容，是培养学生核心素养的重要途径。小学数学实验是小学生借助实验材料，运用实验方法，探索数学知识、验证数学猜想、解决数学问题的过程。为提升小学数学实验教学的有效性，落实数学核心素养培养，教师可通过起点定调，把握实验教学向度；过程发力，聚焦实验教学深度；科学把控，体现实验教学精度；丰富形式，拓展实验教学广度。

【关键词】数学实验教学策略素养导向

一直以来，数学被认为是高度抽象的思维活动，数学学习的抽象性、间接性使其成为一门“教师难教，学生难学”的学科。纵观其发展历史，人们从结绳计数开始就在进行实验，可以说，数学产生于“直观”和“实验”。［1］在具身认知、建构主义、杜威“做中学”等思想与理论的影响下，体脑并用、学做合一的实验成为一种受到广泛推崇的教学模式，成为课程方案和课程标准规定的重要教学内容。《关于加强和改进中小学实验教学的意见》《中小学实验教学基本目录（2023年版）》等政策文件接连出台，使得数学实验作为“做数学”的一大重要形态得到了充分重视。［2］数学实验为变革传统数学学习方式，落实数学学科核心素养培养，促进基础教育高质量发展提供了一条新路径。

一、数学实验的概念与特征

（一）核心概念

实验是指从一定目的出发，运用相关仪器、设备等，在人工控制的条件下，观察、分析、研究自然现象及其规律性的社会实践形式。数学是一门重要的自然科学，与物理、化学、生物等学科具有相似性，学生可以在实验中获得知识。数学实验是“做数学”最核心的实践模型，其本质是“借助一定的物质工具，在数学思维的指导下，通过实际操作来解决数学问题的数学实践活动”［3］。

小学数学实验是小学生借助实验材料进行观察、分析、测量、比较等，理解数学知识、验证数学猜想、解决数学问题的过程。数学实验的具体性、经验性、直观性与小学阶段学生的认知发展规律相适应，同时由于数学实验目的通常来源于数学原理、概念、定义等，能够充分体现数学抽象化的一面。

（二）基本特征

1．工具性与操作性

在数学实验中，学生通常需要借助不同的实验工具进行探索，包括纸张、小棒、计算器、测量工具等实物。皮亚杰认为，认知的发生来源于主体的行动。小学生好奇心强，操作是他们认识世界重要的方式之一，实验必须通过学生动手操作来完成［4］，在数学实验过程中“引导学生多方位、多形式、多感官参与感知，以建立起丰富而直观的数学表象”［5］，满足他们的探究欲望，激发他们对数学学习的兴趣。

2．主体性与建构性

学生既是学习的主体，也是实验的主体。美国著名心理学家维特罗克提出了“生成性学习”，认为学习过程是学习者以原有的认知结构，主动选择信息和建构信息意义的过程。有学者通过对比《义务教育数学课程标准（2011年版）》和《义务教育数学课程标准（2022年版）》中“自主”“自我”“主动”“独立”这四个词的出现频次发现，2022年版课程标准更加强调要少教多学，要把更多的时间和空间给学生。［6］数学实验的过程是学生亲身参与，通过观察、实验、猜想、推理、验证、交流和反思等步骤，基于自身原有知识和先前经验，将所学进行同化、顺应，进而构建新的知识体系的过程。由于每个主体的先前经验、认知偏好、学习风格和思维方式不同，其建构的知识体系也会有所不同。学生在实验中不是被动等待教师教学或是机械地按图索骥，而是充分发挥自身主体性开展探究学习。

3．过程性与直观性

小学生的抽象逻辑思维存在很强的具体性、不自觉性和不平衡性，“做数学”能够使学生享受完整的数学学习过程。［7］《义务教育数学课程标准（2022年版）》（以下简称课程标准）指出，要重视数学结果的形成过程，重视数学内容的直观表述，重视学生直接经验的形成。在实验教学中，操作过程就是学习的过程，它与实验结果同样重要。教师以实验为契机，观察记录学生的学习态度、合作意识、探究能力、行为品质等过程表现，以发展的眼光看待学生，凸显以人为本的教育理念。学生在实验过程中借助不同的实验工具，以形象的实物代替抽象的数学符号，通过直观的行为操作解决真正的数学问题，更好地完成从具体形象思维到抽象逻辑思维的过渡。

4．多样性与开放性

数学实验是一种综合的科学活动，活动形式具有多样性，包括观察、测量、探究、模拟、设计、编程、制作、种植、养殖、参观、调查、考察、试验等，是开拓学生思维的重要途径。例如在“玩转数字天平”实验教学中，教师让学生尝试用自己的方法记录平衡，有学生用天平及物体的图画表示，有学生以数值示意图表示，还有学生引入等号概念用等式表示天平的平衡状态。［8］由此可见，不同学生对问题有不同的认知切入角度，数学实验为学生提供了更为广阔的数学视野，不禁锢于标准答案，追求多元化的思维方式。

5．探究性与创造性

“做数学”提倡“先做后学”“在做中学”，即在实践中学习，