【实验教学】小学数学 | 小学数学实验教学的四维实施策略——以“滴水实验”为例

[摘要]针对当前小学数学实验教学目标模糊、任务零散、过程脱节、评价滞后等问题，文章以“滴水实验”为例，提出以目标精准化、任务进阶化、过程融合化、评价过程化为核心的四维实施策略。该策略以真实问题统整素养目标，依据认知逻辑构建“问题提出—方案设计—实验操作—数据推演”任务链，以“做—思—用”为主线融合多元学习机制，并依托过程性材料开展“证据收集—表现分析—成长支持”的发展性评价，形成了从真实问题到实践行动、从操作体验到意义建构、从学习过程到评价反馈的完整教学闭环，为数学实验教学从知识验证走向素养培育提供了可操作的实践路径。

[关键词]数学实验教学；教学实施策略；小学数学；滴水实验

《义务教育数学课程标准（2011年版）》提出：“教师应当努力开发制作简便实用的教具和学具，有条件的学校可以建立‘数学实验室’供学生使用，以拓宽他们的学习领域，培养他们的实践能力，发展其个性品质与创新精神，促进不同的学生在数学上得到不同的发展。”[1]《义务教育数学课程标准（2022年版）》进一步强调，要“利用数学专用软件等教学工具开展数学实验，将抽象的数学知识直观化，促进学生对数学概念的理解和数学知识的建构”。[2]国家先后修订印发的课程标准细化了小学数学实验教学的实施要求，充分彰显实验教学在推动教学转型、培养学生核心素养等方面的重要价值。在此背景下，一线小学教师积极开展数学实验教学，为数学课堂注入了新的生机和活力。

然而，小学数学实验教学仍存在目标模糊、任务零散、过程脱节、评价滞后等问题，陷入重活动轻思维、重形式轻素养的困境，背离了教学初衷。为破解这些困境，本文以人教版数学六年级上册“节约用水”项目学习中的“滴水实验”为例，提出以目标精准化、任务进阶化、过程融合化、评价过程化为核心的四维实施策略，旨在推动数学实验教学真正走向素养立意、学生为本的课堂实践。

教学目标模糊是实验教学流于形式的首要原因。目标精准化策略坚持从真实问题出发，将素养目标转化为可观测行为，并依托教学环节逐层落实，实现素养目标在课堂教学中有效落地。

（一）以真实问题统整素养目标

真实问题是数学实验教学的源头活水，依托问题解决可实现核心素养目标的有机统整。“滴水实验”是小学数学解决问题类实验，核心目标是帮助学生在迁移应用、创新解决实际问题中发展数学核心素养。本实验教学源于学生在前期调查中发现浪费水的现象，由此提出“一个滴水的水龙头一分钟浪费多少水”的真实问题。这一问题天然地统整了多维核心素养：数据意识体现在对滴水量的收集、整理与分析；量感形成于对滴水速度与累积滴水量的直观感知；模型意识则蕴含于由具体数据提炼并建构滴水量与时间关系模型的全过程。由此得出本实验教学素养目标：通过小组合作开展滴水实验，经历数据收集与整理，发展数据意识；在真实测量与推算中建立量感；初步建构滴水量与时间的关系模型，形成模型意识。

（二）以可观测行为转化素养目标

可观测行为是核心素养目标的外显表现与评估依据，所以将抽象的素养转化为可观测的学习行为是推动核心素养目标落地的关键举措。本实验将数据意识、量感和模型意识等核心素养细化为可见、可评的具体行为与成果。（1）数据意识可观测行为：学生能规范记录实验数据、绘制条形统计图，并基于数据进行合理推算。教师可通过实验记录单、统计图表、推算报告等材料完成对该项素养的评价。（2）量感可观测行为：学生直观感知每分钟的滴水量，并合理推算单日、全年累积滴水量。教师可从口头描述、对比判断和运算推理等方面进行考查。（3）模型意识可观测行为：学生依托实验数据建构滴水量与时间的数量关系模型，并借助模型分析和预测不同时间段的水资源浪费情况。该目标评价可依托实验建模探究、撰写节水倡议书等活动开展。

（三）以教学环节落实素养目标

本实验以“问题提出一方案设计一实验操作一数据推演”四个教学环节为主线，系统融入数据意识、量感与模型意识等核心素养的培养。问题提出环节，学生从真实情境中识别、提炼出可量化的问题，初步唤醒数据意识；方案设计环节，学生通过细化测量步骤、明确记录方式、预估测量结果，发展量感的规划性；实验操作环节，学生亲身感知滴水速度和累积滴水量，深化量感；数据推演环节，学生整理数据、绘制图表、建构滴水量与时间的数量关系模型并进行解读分析，实现数据意识与模型意识的融合。

精准的素养目标为课堂教学指明了方向，将其落地为具象教学活动则需要遵循学生的认知逻辑，构建层层递进的任务序列。任务进阶化策略依据“从生活到数学、从规划到操作、从数据到意义”的认知进阶路径，设计“问题提出一方案设计一实验操作一数据推演”四阶递进任务，引导学生经历从现象数学化、方案可操作化、数据可视化到意义社会化的深度探究过程。

（一）问题提出：从生活现象到数学问题

问题提出环节是任务进阶化设计的逻辑起点，承担着将生活现象转化为数学问题的桥梁功能，既是前期项目学习的自然延伸，也是整个实验活动的起始环节。教师通过播放项目回顾视频、呈现滴水水龙头图片等方式，唤醒学生已有的调查经验与生活观察，引导学生从看到浪费现象的感性认知转向发出“浪费了多少水”的量化追问。由此，学生自主聚焦滴水现象，提炼出“一个滴水的水龙头一分钟浪费多少水”这一数学问题，实现从生活描述到数学建模的思维转向，为后续的方案设计、实验操作与数据推演明晰探究路径。

（二）方案设计：从抽象问题到实验路径

方案设计环节是连接问题提出与实验操作的纽带，能帮助学生将抽象的数学问题转化为具体的实验路径。首先，教师引导学生将“测量水龙头滴水量”这一任务分解为可实施的实验要素，形成包含实验目的、工具、分工、步骤等要素的实验方案。其次，学生分组围绕“如何精准测量一分钟滴水量”展开讨论，细化分工与步骤，如明确计时员、记录员等角色，设计“先准备一再操作一后记录”的清晰流程。教师巡视指导学生关注如何控制水速、规范使用量具以及减少误差等关键细节。最后，小组展示实验方案，相互评价并提出改进建议，进一步优化测量方法，最终完善滴水实验记录表（见表1)。这一过程切实提升学生统筹规划能力和团队协作素养，为后续规范化开展实验操作奠定基础。

（三）实验操作：从方案文本到具身体验

实验操作是方案文本落地为探究实操的关键环节，既能检验方案设计的可行性，又能将静态文本转化为学生沉浸式多感官体验，助力学生建立量感。学生以小组为单位，参照既定实验方案中的工具、分工与步骤等要素，搭建模拟滴水装置(如图1），合作完成计时、接水、测量与数据记录等操作。学生观察水滴的滴落，感受水量的累积，读取实测数据，将“1分钟”“1mL”等抽象计量单位转化为具象的身体感知，逐步建立量感，既为后续数据推演筑牢认知根基，又促进了认知、实践能力与情感的协同发展。

（四）数据推演：从具体数据到意义建构

数据推演是实验探究的整合升华阶段，承载着由具体数据走向深层意义建构的育人价值。学生基于实验收集的真实数据，遵循“数据整理一数理模型建构一现实意义阐释”的路径，实现思维进阶。学生先汇总1分钟滴水实测数据，并绘制条形统计图进行对比分析，以此发展数据意识；再依托滴水实验探究表（见表2)，从1分钟滴水量推算单日、全年滴水量，自主总结归纳出“累积滴水量=单位时间滴水量×时间”的数量关系式，发展模型意识；最后通过量化数据形成切身感悟，以撰写节水倡议书、设计宣传海报等方式，完成从数理数据分析到社会责任认知的层次跃升，实现育人价值升华。