小学数学与科学实验融合的课堂设计与实践研究

一、 研究背景与意义

《义务教育课程方案（2022 年版）》明确提出“加强课程综合，注重关联”，推动跨学科学习，以培养学生解决复杂现实问题的综合能力。数学与科学在逻辑思维和实践探究上具有天然互补性：数学为科学提供量化分析与建模工具，科学则为数学提供鲜活的应用情境。然而，当前教学中，两学科常处于割裂状态。数学偏重符号运算与解题，易流于抽象枯燥；科学实验则侧重现象观察，缺乏定量分析的深度。这种割裂导致学生难以建立知识间的有机联系，无法形成完整的知识观和世界观。

小学中段（3-4 年级）是学生思维从具体形象向抽象逻辑过渡的关键期。他们对于抽象的数学概念（如度量、数据）理解存在困难，但对动手实验充满兴趣。将数学与科学实验深度融合，不仅能借助科学实验的具象性化解数学知识的抽象性，更能利用数学工具的精确性提升科学探究的严谨性，是实现“做中学、用中学”、协同培育科学精神与数学素养的有效途径。

二、 融合课堂的设计理念与原则

（一）核心设计理念

融合设计应以“实践探究”为核心，构建“科学问题驱动数学应用，数学工具支撑科学验证”的双向互动模式。其根本目的是让学生在完成一个完整的科学探究任务（提出问题 - 猜想 - 实验 - 结论）的过程中，自然而然地运用数学知识进行测量、记录、计算与分析，从而深刻理解数学的工具性价值，同时掌握科学探究的基本方法。

（二）关键设计原则

1. 目标关联性原则：每节课的数学目标与科学目标必须高度协同、相互支撑。避免生硬拼凑，确保融合的必然性与有效性。

2.工具共用性原则：优先选择两学科共用的核心工具（如天平、量杯、尺子、计时器）作为融合载体，使工具成为连接两学科知识的物理纽带。

3. 难度适配性原则：实验设计与数学计算复杂度必须符合学生的最近发展区，确保探究任务具有挑战性但又可实现。

4. 过程探究性原则：必须保障学生的主体地位，预留充分的自主探究、试错和反思的时间，经历完整的探究过程。

三、 融合课堂的案例设计与实施

以小学三年级《测量一杯水的“重量与体积”》为例，展示 40 分钟融合课堂的具体实施。

（一）教学目标

数学目标：掌握用量杯、天平进行精确测量和记录的方法；能通过计算发现“水的重量与体积的比值”关系。

科学目标：探究水的重量与体积之间的定量关系；培养基于证据得出结论的科学态度。

（二）教学准备

分组材料：天平、 100mL 量杯、盛水杯、滴管、清水、记录单（含体积、重量、重量/ 体积三栏）。

（三）教学流程

1. 情境导入（5 分钟）：

以“一杯水与一杯沙子谁更重？”的认知冲突创设情境，引发学生思考“如何科学比较”，自然引出“体积”与“重量”两个概念，并明确本节课任务：用数学工具解决科学问题。

2. 实验探究（20 分钟）：

工具学习：教师规范演示量杯（视线与凹液面最低处平齐）和天平（左物右码、镊子取码）的使用方法，夯实测量基础。

分组实验：小组合作，依次量取 50mL、100mL、 150mL 水，并用天平测量其重量，准确记录数据。教师巡视指导，确保操作与记录的规范性。

初步猜想：引导学生观察数据，发现“体积增加，重量也增加”

的直观规律，并鼓励提出“它们之间是否存在固定比例”的科学猜想。

3. 数据分析（10 分钟）：

数据共享：各组将数据汇总至黑板总表，通过对比不同小组的测量结果，讨论实验误差的存在，理解数据的客观性与近似性。

计算发现：引导学生计算“重量 ÷ 体积”的比值。学生通过计算惊奇地发现结果都接近“1”，从而自主建构“1mL 水约重 1g”的核心概念。

验证预测：让学生预测 200mL 水的重量，并立即通过测量进行验证，强化对规律的信念，感受数学预测的力量。

4. 总结拓展（5 分钟）：

师生共同回顾“猜想 - 实验 - 计算 - 结论”的完整探究流程，总结数学工具在科学发现中的关键作用。布置拓展任务：回家测量牛奶等液体的比值，与水的结论进行比较，将探究延伸至生活。

四、 实施成效与反思

（一）主要成效

1. 提升学习兴趣与深度理解：实践表明，超过 90% 的学生表现出浓厚兴趣，认为“数学变得有用、科学变得精确”。学生在动手操作中真正理解了体积与重量的区别与联系，实现了对数学概念的深度建构。

2. 发展综合能力与跨学科思维：学生在实验中同步锻炼了动手操作、协作交流、数据分析和逻辑推理能力。能够自觉运用数学语言描述科学现象，初步形成了跨学科思维的意识。

3. 促进教师专业成长：倒逼教师跳出学科本位，深入研究课标，整合教学内容，教学设计能力与课堂驾驭能力得到显著提升。

（二）实践反思与改进方向

1. 现存挑战：

时间把控：探究活动耗时较长，与固定课时存在矛盾。

个体差异：学生动手能力和计算速度差异大，易造成小组进度不均。

评价单一：难以用传统纸笔测试全面评价学生在融合课程中的过程性表现。

2. 优化策略：

精细化教学设计：优化环节衔接，将部分准备性或铺垫性任务前置。

推行异质分组与分层任务：依据学生特长进行组内分工，并设计基础、进阶等多层次任务，确保每位学生有效参与。

构建多元评价体系：将实验操作、记录单、小组合作、汇报展示等过程性表现纳入评价，采用“过程性评价 + 终结性评价”相结合的方式，全面评估学生成长。

五、 结论

小学数学与科学实验的融合，是发展学生核心素养、回应时代教育变革的必然要求。本研究证实，以“实践探究”为中心，遵循明确的设计原则，能够设计出高效、生动的融合课堂。这样的课堂不仅有效破解了数学学习的抽象枯燥难题，提升了科学探究的定量分析层次，更在学生心中埋下了跨学科思维的种子。未来的研究与实践需进一步开发更多样化的融合主题，并着力构建科学的跨学科学习评价体系，推动融合教学走向深化与常态化。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部 . 义务教育数学课程标准 (2022 年版 )[S]. 北京 : 北京师范大学出版社 ,2022.