在探究中建构知识意义

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  【摘 要】数學实验是一种思维实验和操作实验相结合的实验,就其类型而言,数学实验主要有探索式和演示式两种方式。教师必须从数学的本质特点和学生的认知特点出发,合理设计数学实验,让学生经历数学实验,建构属于自己的知识意义。
  【关键词】数学实验 探索式 演示式
  数学实验是指学生在教师的指导下辅以实验的帮助,根据研究目标,通过创设或改变某种数学情境并让学生进行操作活动,从而来研究数学现象的本质和发现数学规律的一种教学活动。从其特点而言,数学实验是一种思维实验和操作实验相结合的实验,具有高度自主性和探索性。教师必须从数学的本质特点和学生的认知特点出发,合理设计数学实验,让学生经历数学实验,建构属于自己的知识意义。
  数学实验的一般程式为“实验—归纳—猜想—证明”,因为数学结论的得出不再是从书上看到的,从教师口中听到的,而是学习者自己经过观察实验、归纳概括、猜测想象、验证发现而体验到的。现以人教版四下“三角形三边关系”的研究为例来谈基本做法。
  一、探索式实验
  (一)探究两边之和大于第三边
  师:请你拿出准备好的两条线段(一条红色的长20厘米、另一条黄色的长15厘米),想一想这两条线段能围成三角形吗?为什么?
  生:因为它只有两条边。
  师:有没有办法把它变成三条线段啊?
  生:把其中的一条剪断。
  师:用剪一刀的办法变成三条线段,那么剪哪一条呢?
  生:长的那一条。
  师:原来我们手中的线段是有长短的,请你比较一下这两条线段的长短。
  生:(红色的)20厘米大于(黄色的)15厘米。
  师:通过比较,我们发现这两条线段是有长短的。请同桌合作,听清楚要求:剪一刀,剪在哪里?同桌商量好了再动手,然后围成三角形。
  师:你们为什么能围成三角形?同桌说一说。
  师:老师想请代表上台边展示边说给大家听。
  第一组在实物投影仪上展示,边展示边对话。
  师:红的一条线段剪成了两段即三角形的两条边,第一边是10厘米,第二边是10厘米,第三边是15厘米。
  师:老师把这个三角形的模型画在黑板上(师边画边在图形上标注刻度)。
  在这个展示活动中,学生对两边的和等于20厘米有如下体验:(1)一条红色的20厘米长的线段分成了两条边;(2)两边的和是一条红色的线段的长度;(3)引出:两边的和等于20厘米。这次体验活动,两边之和指向什么,是可以看得见、摸得着的线段。而且教师准备材料很细心,用两种不同颜色的线条,并给线段标上了厘米的刻度。学生研究的时候不但一目了然,而且增强体验。
  师:谁还愿意上来展示?
  第二组在实物投影仪上展示。
  师:他们围成的三角形三条边分别是15厘米、15厘米、5厘米。
  师:让我们仔细观察一下,他们为什么能围成三角形?
  师:再看展示台上,红色的这一条线段分为5厘米、15厘米,总共多少厘米?
  生:20厘米。
  师:两条边的和即红色线段的总长与黄色这条边比,你发现什么了?
  师生:两条红色边的和比黄色的长,所以围成了。
  师:原来我们的研究成果告诉大家,当两边的和大于第三边,就能围成三角形。
  这一展示活动让学生体验到了:两边的和(红线的长)20厘米大于第三边(黄线的长)15厘米。具体过程为:(1)一条20厘米长的线段分成了两条边;(2)两边的和是一条线段的长度等于20厘米;(3)两边的和与第三边比较一下(红色的两边的和与黄色的一边进行比较)。
  利用“一条黄色的15厘米、一条红色的20厘米”的两段线条,要求学生自己想办法创造出一个三角形。“把其中的一条剪一刀,想一想,剪哪一条?该在什么地方剪?同桌两位同学商量着办”,于是就出现了……两组学生进行的展示,由于有两条边本来就属于同一条线段,所以研究两边之和与第三边的关系就很自然,也很容易为学生所接受。这番经历让学生发现了在三角形中,两边之和(红色的线条)大于第三条边(黄色的线条)。让学生初次感知三角形的三边关系。
  (二)解析前置条件——“任意”
  师:是不是两边的和大于第三边就一定能围成三角形?
  生:不是。
  师:让我们用实验来证明。老师请你把刚刚摆的三角形中比较长的两条线段放在桌子中间,还有一条线段放到信封里面。(生摆放)
  师:刚才我们第一个实验证明了当两边之和大于第三边,就能围成三角形,那大家想一想,如果在长的这一条线段里,剪在什么地方,可能围不成三角形?
  师:请你在桌子上长为15厘米的线段上剪一刀,剪在哪里围不成三角形?先商量,再动手。
  作品展示:他们合作出现的三条线段是1厘米、14厘米、10厘米。
  师:能不能围成?努力地围吧!
  生:不能。
  师:刚才不是说两边之和大于第三边就能围成三角形?
  生:不一定。
  师:为什么不一定?什么原因?
  师:现在这种情况为什么不能围成三角形?
  生:因为它不是封闭图形。
  师:产生不是封闭图形的原因是什么?
  生:有一根太长了。
  师:也就是由边的长短决定了能否围成三角形?那我们来研究它们三边之间的关系。(一一指出两边之和大于第三边的两组)
  生:还有一组1厘米和10厘米的两边之和没有大于第三边15厘米,所以围不成三角形。
  师:刚才两边之和大于第三边,要不要加前提条件?什么条件下?
  生:任意。   师:谁知道“任意”的意思?(多举几例)
  视觉上还是“两边的和大于第三边” 即红色的两边的和与黄色的一边进行比较。但实际操作时由于剪的位置是任意的,因而出现了围不成……在“探索式的数学实验”中,发现并验证了“任何一个三角形的任何两边之和都大于第三边”。在这里,让学生亲自操作,使学生从错综复杂的现象中简便快捷地发现数学问题的实质,直逼数学问题的本质规律,让学生在充分的时间中进行更为广阔和有价值的数学发现和创造,从而验证数学结论。
  二、演示式实验
  (一)教师演示:两边之和等于第三边出现的情况
  师:看看“两边之和等于第三边”是怎样的情况?听清楚要求,在你的桌上留下比较长的两条线段,还有一条放入信封里;请你把两条线段剪得一样长,剪出的多余的那一段继续放到信封里面。
  师:请你把这两条线段重合,边比较边观察他们的长短(生:一样长),仔细观察有没有角?
  生:没有。
  师:现在请大家仔细观察,如果把两条重合的线段其中一条剪断,出现了:一条29厘米,还有一条15厘米,最后一条14厘米,在这三条线段中,把这些端点相连,在这样的情况下,上面的两个端点如果相连,就围成三角形了,让我们屏住气,它们在哪里相连了?(师操作)
  师:当两个端点相连的时候,怎么样了?
  生:两条线段重合了。
  (二)实验验证:两边之和等于第三边围不成三角形
  师:请同桌合作,其中一个同学用两支铅笔的笔尖按住两个端点,另一个同学把上面的两个端点往下压。
  师:咱们发现了,当上面的两个端点要相连的时候,就在一刹那,它们变成了一条(生:线段),与另一条线段(生:重合)。
  师:从这个实验中,我们知道了,两边之和与第三边相等时,不能围成三角形的道理。
  以两支铅笔的笔尖、两条等长线段为载体,适时地进行点拨,比较完美地化解了学生心中“两边之和等于第三边时围不成三角形”的这个疑惑,达到了教学的新高潮。
  在这个实验中,教师用教具演示,用揿钮钉住左、右两个端点。注意,上面的两个端点相连,变成与第三边重合的一条线段,学生经历了观察体验:当两条线段重合即两边之和等于第三边时,是围不成三角形的;再安排同桌合作实验:一个同学用两支铅笔的笔尖像老师那样按住两个端点,另一个同学将两条边往下压,发现连接时成一条重合的线段,在这样体验的基础上引出结论:两边之和等于第三边围不成三角形。
  由于学生极为丰富的想象的介入,再加上學生的实际操作,学生的视野开阔了,学生的体验加深了,学生的研究深入了,学生的能力自然也会提高。
  实践证明,从数学的本质特点和学生的认知特点出发,通过数学实验这种教与学的方式,可以帮助学生从本质上理解数学,培养数学精神和发现、创造的能力。学生在“用眼观察、动手实验、用脑思考、用心探索”的数学实验过程中,可以有效实现对数学知识意义的建构。
  (浙江省绍兴市柯桥区柯岩中心小学 312030)
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