密切科學(xué)與數(shù)學(xué)教學(xué)的結(jié)合

徐旦

科學(xué)是為了觀察和解釋已有的客觀世界。數(shù)學(xué)與人類的活動息息相關(guān)，作為對客觀現(xiàn)象抽象概括而逐漸形成的科學(xué)語言與工具，不僅是自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的基礎(chǔ)，而且在社會科學(xué)與人文科學(xué)中發(fā)揮著越來越大的作用。小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)強調(diào)要以探究為核心，在科學(xué)課堂中應(yīng)根據(jù)科學(xué)教學(xué)本身的特點，尋找與數(shù)學(xué)課程綜合的切入點，創(chuàng)設(shè)具有豐富性、挑戰(zhàn)性和開放性的教學(xué)環(huán)境，追求真實、互動，讓課堂煥發(fā)生命的活力。

對于數(shù)學(xué)與科學(xué)的關(guān)系，真可謂源遠流長。從最早的人類開始他們的觀察活動時，就經(jīng)常數(shù)周圍事物的個數(shù)。人們天生的好奇心使他們帶著極大的興趣來觀察著周圍的一切。他們熱衷于計算事物的數(shù)量，并將它們進行分類以便更好地了解。這使得科學(xué)與數(shù)學(xué)在人類早期文明中就已經(jīng)緊密聯(lián)系起來。數(shù)學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，也是重大技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)教育獨立于科學(xué)教育，但不是說科學(xué)教育與數(shù)學(xué)教育毫無干系。這兩者是能夠相互滲透，并彼此提供知識和能力的支持的。在現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的進程中，科學(xué)技術(shù)數(shù)學(xué)化是一個很重要的手段。小學(xué)科學(xué)的教學(xué)離不開數(shù)學(xué)知識，如何用好、用活數(shù)學(xué)知識對自然科學(xué)知識的掌握和運用有很重要的作用。

一、善用數(shù)學(xué)工具 精確觀察數(shù)據(jù)

測量是小學(xué)生進行實驗活動的第一步，只有獲得較為可靠的原始數(shù)據(jù)，才能進行后續(xù)的科學(xué)分析活動。小學(xué)科學(xué)教學(xué)中涉及的測量項目主要有：質(zhì)量、體積、長度、時間、溫度等。教師在教學(xué)到相應(yīng)的實驗章節(jié)時要考慮到學(xué)生在數(shù)學(xué)中學(xué)習(xí)的測量精度;數(shù)學(xué)中三、四年級小數(shù)及計算器應(yīng)用的學(xué)習(xí);高年級的測量數(shù)據(jù)可以出現(xiàn)小數(shù)并借助計算器幫助計算，大大提高了科學(xué)數(shù)據(jù)的可靠性。學(xué)生在接觸科學(xué)課的第一個內(nèi)容——《我看到了什么》一課中，學(xué)生就已經(jīng)涉及什么才是真正的觀察，嘗試理解怎樣才是真正有目的地觀察，才是科學(xué)探究中地觀察，而就是在這第一個活動中就已涉及了測量這一手段的應(yīng)用。從開始觀察大樹的外形，觸摸樹皮，直至引導(dǎo)學(xué)生猜測樹干有多粗，接觸第一樣工具——卷尺。從這里尺子的運用，到今后溫度計、彈簧秤、天平秤等工具的運用，測量這一手段始終與學(xué)生的探究活動緊密伴隨，從始至終服務(wù)著學(xué)生的科學(xué)探究。從案例中可以看出，我們的目的是要在科學(xué)課中引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)探究過程中根據(jù)需要，適時地想到測量這一觀察手段并較好地選擇適合的測量工具進行觀察，得到自己所需要的數(shù)據(jù)，讓學(xué)生的探究活動更加的“真刀真槍”，更具有科學(xué)的“味道”。數(shù)學(xué)的確是科學(xué)探究的工具，與我們科學(xué)課堂確實應(yīng)該緊密結(jié)合。

二、運用數(shù)據(jù)統(tǒng)計 尋找事物規(guī)律

科學(xué)的結(jié)論是探究與分析的結(jié)果，結(jié)論是建立在證據(jù)的基礎(chǔ)之上。從實驗中獲得了充分的事實證據(jù)，而邏輯推理則獲得理論上的證據(jù)。整理數(shù)據(jù)，是一個審視收集的資料是否符合觀察事實、選擇相關(guān)數(shù)據(jù)、排除不可靠信息的過程;是一個運用批判性和邏輯性思維分析證據(jù)與解釋之間關(guān)系的過程。學(xué)生應(yīng)學(xué)習(xí)如何分析、總結(jié)從簡單實驗中得到的數(shù)據(jù)，并正確運用邏輯思維，對結(jié)果做出解釋，同時考慮如何選擇相關(guān)的證據(jù)解釋奇異數(shù)據(jù)。

如在小學(xué)科學(xué)三年級下冊第四單元《磁鐵》一課中，要求比較條形磁鐵各個部分磁性的大小。一般用到的方法是在磁鐵的上設(shè)置五個點ABCDE。分別在下面掛回形針，通過統(tǒng)計回形針的數(shù)量來比較條形磁鐵各部分磁力的大小。

一般應(yīng)該是A、E兩點的磁性最強，C點沒有磁性。但是在小組活動匯報中會出現(xiàn)一定的偶然性，要去掉這個偶然性就必須利用這樣的方法。統(tǒng)計方法可以盡可能去掉數(shù)據(jù)所呈現(xiàn)的偶然性，找出統(tǒng)計數(shù)據(jù)中所隱含的內(nèi)在規(guī)律性。這是一種非常重要的科學(xué)探究手段，對于學(xué)生今后在探究事物的內(nèi)在規(guī)律時將起到至關(guān)重要的作用。

另外，孩子們還常犯以偏概全的錯誤，如以一次觀察實驗數(shù)據(jù)中得出普遍性結(jié)果、簡單地將相關(guān)事件解釋為因果關(guān)系等。需要我們在研究的交流反思階段，交流過程和結(jié)果并重，以歸納法和演繹法為主，有意識地培養(yǎng)他們的邏輯推理能力。

三、建立數(shù)學(xué)模型，理論聯(lián)系公式

一切科學(xué)原理最終都要形成數(shù)學(xué)模型才能被人接受和運用。小學(xué)生的發(fā)現(xiàn)也是一樣，不能只是簡單語言描述一下就結(jié)束。他們的發(fā)現(xiàn)里面包含了最基本的邏輯推理，有的還運用了數(shù)學(xué)方法，比如歸納類比等。教師如果抓住學(xué)生的思維核心，以圖表繪畫實物公式等形式，鼓勵他們將自己的研究心得表達出來，這無疑會使他們的科學(xué)學(xué)習(xí)邁上一個新臺階。

介于小學(xué)數(shù)學(xué)模型的學(xué)習(xí)，小學(xué)科學(xué)教學(xué)中最容易建立的數(shù)學(xué)模型主要有：圖表、圖畫、表達式這三種。平時實驗中的記錄表就可以看成一個簡單的數(shù)學(xué)模型，它里面要包含自變量應(yīng)變量結(jié)論等。表格設(shè)計也要考慮學(xué)生的數(shù)學(xué)閱讀習(xí)慣，便于各個數(shù)值之間的聯(lián)系和分析。數(shù)學(xué)中一、二年級對圖畫的方式的學(xué)習(xí)，使科學(xué)教學(xué)中對圖畫方式從現(xiàn)在的一年級開始就可以運用，而且可以起到相互促進的作用。在新的一年級科學(xué)教材中，第一單元關(guān)于測量，在數(shù)學(xué)教學(xué)中學(xué)到，可以在科學(xué)課中使用，這樣對于一年級的學(xué)生從小可以有一個意識，我學(xué)的知識有什么用，在上科學(xué)課中可以給他們一個小小的答案。

比如動植物的形態(tài)描述土壤的過濾方法等。表達式是數(shù)學(xué)模型中比較高級的一種，它在描述物理現(xiàn)象時所起的作用尤為明顯。數(shù)學(xué)中四年級用字母表示數(shù)的學(xué)習(xí)，使小學(xué)高年級在科學(xué)教學(xué)中比較適合運用表達式建立數(shù)學(xué)模型。又如五年級學(xué)生在學(xué)習(xí)簡單機械時，教師首先要講到杠桿原理，教材上的內(nèi)容只是讓學(xué)生明白距離支點越遠的物體產(chǎn)生的重力越大，并未作過深要求，可實際上只要分析一下實驗數(shù)據(jù)，學(xué)生就會得出“動力臂×動力=阻力臂×阻力”這樣的猜測，這就是一個物理公式，如果學(xué)生能自己發(fā)現(xiàn)出來，教師應(yīng)該引導(dǎo)他們建立這個數(shù)學(xué)模型，因為這要比以后直接告訴他們要來得更有意義。

從以上的論述，可見在學(xué)生的許多科學(xué)探究活動中，科學(xué)與數(shù)學(xué)的結(jié)合是如此密切，兩門學(xué)科的許多概念和技能均可以統(tǒng)一到一項學(xué)習(xí)活動中，數(shù)學(xué)的技能可以而且必須應(yīng)用到科學(xué)實踐課的教學(xué)中。從兒童認知學(xué)的角度來說，知識的學(xué)習(xí)與吸納，本身就是復(fù)合的，沒有單純的科學(xué)，也不存在純粹的數(shù)學(xué)，就是一種融合教育。在小學(xué)里，教師當(dāng)是全科教師，課堂當(dāng)然也應(yīng)該是融合的課堂。

【作者單位：蘇州市彩香實驗小學(xué)江蘇】