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      實驗在數(shù)學教學中的作用

      2018-02-07 20:20:40溫新旺
      中學生數(shù)理化·教與學 2018年2期
      關鍵詞:悟性折痕對折

      溫新旺

      摘要:數(shù)學是一門基礎學科.學習數(shù)學,不僅能使學生掌握數(shù)學基礎知識與技能,更重要的是通過訓練,能使學生掌握科學的思維方法,以提高其分析問題和解決問題的能力.數(shù)學是抽象性、思維性較強的學科.學好數(shù)學,需要觀察,還需要實驗.許多數(shù)學定理都是靠實驗、歸納發(fā)現(xiàn)的,證明只是補充的手續(xù).在數(shù)學教學中,正確地、恰到好處地應用數(shù)學實驗,是實施素質教育的需要.本文探究實驗在數(shù)學教學中的作用.

      關鍵詞:實驗 數(shù)學教學

      人們獲取知識有兩種途徑.一是直接灌輸法.由教師利用教科書向學生灌輸知識,再通過例子、習題應用等強化手段,加深學生對所學知識的理解.這是我國傳統(tǒng)教育中學生獲取知識的重要手段.二是實驗法.通過學生動手操作實驗、主動探索獲取知識,再主動說理,完成例子、習題,加深對知識的理解,構建自己的知識網(wǎng)絡.在這兩種不同獲取知識的方式中,第二種實驗法是現(xiàn)代教育的潮流.對于學生而言,實驗是學生獲取知識的重要手段.波利亞說:“在創(chuàng)造過程中的數(shù)學看來都像一門實驗性的歸納科學.”基于實驗是學生獲取知識的重要手段,因此數(shù)學實驗教學有利于學生獲取知識.下面探究實驗在數(shù)學教學中的作用.

      一、實驗是啟發(fā)學生獲取知識的重要手段

      數(shù)學課程標準指出,學生的數(shù)學學習內(nèi)容,要有利于學生主動地進行觀察、實驗、猜測、驗證、推理與交流等數(shù)學活動.而數(shù)學教學活動“教師應激發(fā)學生的學習積極性,向學生提供充分從事數(shù)學活動的機會,幫助他們在自主探索和合作交流的過程中真正理解和掌握基本的數(shù)學知識與技能,數(shù)學思想和方法,獲得廣泛的數(shù)學活動經(jīng)驗.”

      例如,(勾股定理) 直角三角形斜邊平方等于兩直角邊的平方和.

      教案1:直接灌輸法.直接把定理展現(xiàn)給學生,教師證明此定理.

      教案2:實驗法.教師設計一個實驗,讓學生通過實驗感悟此定理,并從實驗過程中啟發(fā)學生發(fā)現(xiàn)此定理.

      實驗設計:引導學生畫一個任意的正方形ABCD,然后在正方形的一邊上任意截取一段長度,用同樣的長度依次截取其他各邊.令BE=AH=DG=CF=a;AE=DH=CG=BF=b.再將各截取點連接起來,就得到一個新圖形.通過觀察,可以發(fā)現(xiàn)正方形里得到的是一個新的正方形EFGH.如圖1.令EF=FG=GH=HE=c.要求正方形ABCD的面積,可以通過求正方形EFGH的面積與四個小直角三角形的面積的和得到,即(a + b)2 =12×a·b×4+c2.可以得出三角形的邊長與小正方形邊長的關系,即直角三角形三邊的關系,從而得出勾股定理:a2+b2=c2.因此,通過實驗的方法,學生容易得到直角三角形斜邊平方等于兩直角邊的平方和.

      二、實驗是培養(yǎng)學生的悟性的有效方法

      波利亞在《教師十誡》中指出,“讓我們教猜想吧!”猜想并不是亂猜,它必須是建立在合情推理的基礎上的猜想.猜想還應靠數(shù)學的悟性.為什么大家一起做實驗,一起觀察,有的人猜得出,有的人猜不出,有的人猜得對,有的人猜不對.這就是數(shù)學悟性高低的表現(xiàn).數(shù)學悟性與直覺思維和思維的洞察能力有很大的關系,是可以培養(yǎng)的.

      例如,將一張長方形的紙對折,可得到一條折痕繼續(xù)對折,對折使每次折痕與上次的折痕保持平行.連續(xù)對折3次后,可以得到幾條折痕?如果對折10次呢?如果對折n次呢?

      如果教師只是讓學生做此實驗并列出表格,也許結果大都如表1.

      由于n與an規(guī)律不明顯,教師再試圖啟發(fā)學生用不完全歸納法得出規(guī)律, 1=21-1,3=22-1,7=23-1 ……于是學生容易得出,10次,1023=210-1;n次,an=2n-1,結果很快就出來了.這樣的教學方法看似將題目解釋清楚了,仔細想?yún)s是把原本要求學生去探索規(guī)律變?yōu)樽寣W生去驗證結論.

      事實上,這個實驗是培養(yǎng)數(shù)學悟性的好機會.其表現(xiàn)在兩方面,一是在學生列出表1后,教師可以加以啟發(fā),表1的規(guī)律性不明顯,因為它還有隱含信息我們沒有找出來,同學們找一找,看誰先找出來?若有學生能后項減去前項有:a2-a1=2=21,a3-a2=4=22,a4-a3=8=23,…,an-an-1=2n.將各式左右兩邊相加得:a2-a1+a3-a2+a4-a3+…+an-an-1=21+22+23+…+2n,即an-a1=2+22+…+2n.所以an=2+22+…+2n .從而變成了高中的數(shù)列問題.雖然2+22+…+2n初中生還不能計算,這樣的猜想?yún)s能讓學生有一種豁然開朗的感覺,充分表現(xiàn)出學生的“數(shù)學悟性”.

      另外,對折后的重疊紙張數(shù)與折痕數(shù)是有規(guī)律的.因此,教師應啟發(fā)學生:折痕數(shù)與重疊的紙張數(shù)有關,能否在表1的基礎上,增加重疊紙張數(shù)試一試,學生就能得出表2.此時規(guī)律就明顯地表露出來:7=8-1=23-1(3次),1023=1024-1=210-1(10次),an=bn-1=2n-1(n次).表2只比表1多了一行數(shù)據(jù),但憑借這一行數(shù)據(jù),能使學生很快找出規(guī)律.若學生不用老師啟發(fā)就能直接列出表2,就體現(xiàn)了學生的“數(shù)學悟性”.

      三、實驗是學生探究性學習的重要途徑

      數(shù)學實驗活動就是讓學生通過自己動手操作進行探究、發(fā)現(xiàn)、思考、分析、歸納等思維活動,最后獲得概念、理解或解決問題的一種教學過程.它是以學生動手實踐、自主探索為特征,以培養(yǎng)學生自主學習的能力和探索精神為目標的新型教學模式.在這個體現(xiàn)探索過程的數(shù)學活動中,教師仍然要處于主(引)導的地位,而學生則處于主動學習的地位.教師要引導學生經(jīng)歷“做好數(shù)學的過程”,并在這個過程中與學生平等地交流和給予恰到好處的點撥.教師通過設計實驗問題、讓學生動手實驗引導和啟發(fā)學生研究數(shù)學問題,誘導學生的數(shù)學悟性.在操作完成之后,教師應向學生提出明確的反思任務,使他們把自己的活動作為思考的對象,更好地理解相關數(shù)學知識的意義,以切實發(fā)展學生的空間想象力.探究的結果,如果僅限于“交流結果的多樣”,而不是“思考為什么多樣”,那么學生的操作就是盲目隨意的行為,學生的思維就無法被引到更深處,探索活動的有效性就會大打折扣.

      例如,北師版七年級“展開與折疊”第二課時的教學,教學目標是達到“多面體展開成平面展開圖或平面展開圖折疊成多面體”,通過“數(shù)學實驗”,使學生能夠進行有效的數(shù)學對象的形態(tài)的轉化,即空間問題平面化和平面問題空間化.具體方法:引導學生將事先準備好的正方體沿著不同的棱剪開,展開成多個平面展開圖,然后通過展示學生的不同作品,發(fā)現(xiàn)同一個正方體可以展開成的平面展開圖是否一樣?如圖2.讓學生主動地觀察、猜測、探究,引導學生分類歸納出一個正方體的平面展開圖的類型:①四個正方形連成一排的情況有多少種?②三個正方形連成一排的有多少種?③兩個正方形連成一排的有多少種?接著引導學生運用逆向思維方式去檢驗數(shù)學結論,以“數(shù)學實驗”創(chuàng)設平面問題空間化的思維情境,從而把平面展開圖按照實驗方式折疊成立體圖形.這是思維實驗常用的手段.在這個過程中,學生親歷實踐,數(shù)學知識通過學生的再創(chuàng)造納入自己的認知結構,改變了“只講授結果”的傳統(tǒng)數(shù)學教學模式,體現(xiàn)了學生的主體性.

      四、實驗為解決問題提供有效的提示和方法

      培養(yǎng)學生用數(shù)學的觀點看待問題,分析問題,解決問題,這是數(shù)學課程標準的重要目標之一.通過實驗,使看似復雜的問題得以簡化,有利于學生解決問題.

      例如,是否存在一條直線,把任意多邊形分為面積相等的兩個多邊形.如圖3,任意畫出一個多邊形,假設面積為S,設想一直線L把S分為S1,S2(左邊部分為有S1, 右邊部分為有S2),S=S1+S2,當直線L從左向右移動時,則S1從0逐漸增加到S,而S2則從S減少到0,因此必有L處于某個位置時有S1=S2.故存在一直線把任意多邊形分為面積相等的兩個多邊形.

      總之,有效的數(shù)學學習活動,不能單純地依賴模仿和記憶,而動手實踐、自主探索與合作交流是學生學習數(shù)學的重要方式,新教材中設計了很多實驗.在數(shù)學教學中,教師要重視實驗,善于利用實驗,啟發(fā)學生獲取知識,培養(yǎng)學生的悟性,幫助學生探究性學習,提高學生解決問題的能力.

      參考文獻

      劉兼,孫曉天.數(shù)學課程標準解讀 [M].北京:北京師范大學出版社.

      王林全,中學數(shù)學思想方法概論 [M].廣州:暨南大學出版社.endprint

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