科学家精神融入中学数学课堂的教学设计及实践

数学教学来源:《山东教育》中学刊查看次数:4发布日期:2025-09-26

科学家精神融入中学数学课堂的教学设计及实践

———基于“情境·历程·应用”三维路径的育人实践探索

邴桂玲

新课标强调，在教学实践中，教师要注重培养学生的学科素养，提升学生的综合素质。在新时代教育强国战略背景下，将科学家精神融入学科教学，强化学生核心素养与实践能力的全面培养，已成为教育界普遍共识。中学数学教学作为基础教育的重要组成部分，不仅承担着传授数学知识与技能的职责，更肩负着培养学生科学精神与创新思维的重任。科学家精神蕴含着胸怀祖国、服务人民的爱国精神，勇攀高峰、敢为人先的创新精神，追求真理、严谨治学的求实精神，淡泊名利、潜心研究的奉献精神，集智攻关、团结协作的协同精神等宝贵品质，与数学基础教育的目标契合度高，将其融入中学数学课堂，有助于激发学生对数学学习的兴趣、热情和使命责任，培养学生严谨治学、主动探索、协同攻关、创新报国的意志品质和精神追求，使学生在掌握基础知识的同时，汲取科学家精神的养分，为未来成长成才系好第一粒扣子。

一、科学家精神内涵与中学数学教学目标的匹配

一部数学史，也是一部数学家的奋斗史，其中浸透着科学家精神的内涵。中学数学教学目标主要包括知识技能、过程方法、情感态度和实践应用四个维度。教学目标的四个维度，要求教师围绕强化数学知识理论的掌握、思维的训练、意志的培养、问题意识的构建这四个层次进行具象化教学。

在日益强调互动性、趣味性、思政性的教育背景下，数学家科学探究实践及精神等鲜活案例的系统融入，助力中学数学课堂建设的改革创新，成为必然选择。课堂教学中，结合科学家的典型案例，可以呈现数学基础概念、定理的由来、发展历程及基本推理过程；理解数学思维及方法，强化数学学习意志的训练，可以涵养学生坚韧不拔的意志品质；强化数学问题意识的建构，厚植数学研究顶天立地的科研情怀；强调数学全力服务于生活，激发学生数学思维及方法的创新。

二、科学家精神融入中学数学课堂的教学设计

（一）情境设置，激趣启智育素养

真实问题情境是培育科学思维的沃土。回溯数学家研究核心问题的本真情境，无不来源于对生活中常见问题的观察与思考。数学家的这种发现、思考、研究与解决问题的方式就成为学生学习的兴趣来源之一。以与数学家一同思考的过程为契机，引导学生关注数学家思考问题的方式、过程及处理方法，提升数学素养和思维，进而引发学生对科学机理探究的兴趣。课堂教学中，教师把数学家研究问题的真实情境复原，引导学生关注与思考，更能激发兴趣，开启心智，提高素养。

比如，在教学初中数学统计与概率内容时，可由“抛硬币”事例切入讲解随机现象。教师通过引入18世纪著名数学家、博物学家乔治·路易斯·勒克莱尔（Georges-Louis Leclerc）抛硬币（将一枚硬币掷了4040次，其中2048次头向上，概率为0.5069，也就是说非常接近一半）发现概率问题事例，带动学生与数学家一同经历、思考数学现象的发现过程。学生以小组为单位，团结协作，做抛硬币实验。各小组通过分析实验数据，揭示随机事件在大量重复试验中所呈现的规律性，从而启发学生一同得出概率的统计定义。教师通过创设数学家研究的本真情境，以抛硬币实验为媒介，引导学生经历“观察现象→提出假设→实验验证→总结规律”的完整探究流程，在具象化体验中实现数学建模能力与创新思维的双重提升。

在解决上述问题的过程中，教师要强调小组合作，注重引导学生提出假设、设计实验方案、收集数据、分析数据、得出结论并进行反思，让学生体验科学家研究问题的完整流程，以进一步引导学生像科学家一样思考，提升学生的科学探究能力和数学思维能力。学生分组进行抛硬币模拟试验，记录硬币正面朝上的次数，然后运用概率知识计算理论概率，与实验结果进行对比分析，思考产生差异的原因。在此基础上，教师引导学生进一步思考：除抛硬币实验之外，生活中还有哪些情境可以运用概率与统计的方法来解决？具体操作过程是怎样的？这样，以抛硬币为契机，启发学生挖掘生活中关于概率与统计的生动事例，通过观察与记录启迪学生举一反三，培养他们学以致用、活学活用的创新性思维，让科学家精神慢慢渗透到学生的思维中去。

（二）历程蓝本，淬炼意志养精神

学科发展史中蕴藏着意志品质的淬炼密码。数学家发现并解决数学问题的奋斗历程，就是一本历经千辛万苦卓越追求、值得认真阅读的大书，以此为蓝本，能够淬炼学生的意志品质。课堂教学中，教师可以数学家的奋斗历程为蓝本，从数学家攻坚克难、追求真理的故事入手，强化学生坚韧不拔、心无旁骛、勇攀高峰的优良品质，培养学生对数学学习的价值认同。如中学的圆周率内容，可引入祖冲之解决这一问题的历程：祖冲之运用数学家刘徽所用的“割圆术”来计算圆周率，从圆内接正六边形开始，不断分割圆，到正十二边形、正二十四边形、正四十八边形……以此求出圆的周长，通过逐渐逼近的方法来确定圆周率的数值。在没有先进计算工具支持的情况下，祖冲之用算筹进行计算，其中需要进行大量复杂的乘除和开方运算，过程极为烦琐，稍有不慎就会出错，这对计算者的耐心和细心是极大的考验。每一次分割和计算都需要耗费大量的时间和精力，而且随着边数的增加，计算难度呈几何级数上升。祖冲之凭借着坚韧不拔的毅力和卓越的数学才华，经过多年的不懈努力，最终将圆周率精确到小数点后的第七位数字，为数学发展作出了杰出贡献。

以祖冲之割圆术求圆周率的奋斗历程为范本，揭示数学家在复杂运算中展示出的毅力的价值，使学生在认知“几何级数上升的计算难度”的同时，内化攻坚克难、精益求精的学术品格，实现知识习得与精神锻造的同频共振。

（三）数学实践，服务社会植情怀

学科社会价值是锚定学习意义的终极坐标。以数学家重大数学问题意识的养成为切入点，引导学生树立数学服务社会、服务人民的坚定信念。以数学家发现问题缘由及应用社会成效为基点，让学生深入理解数学的本质和终极关怀是服务于人类社会及人自身的美好生活。如最优问题，华罗庚针对工农业生产中生产效率和资源使用率低下问题，提出“优选法”和“统筹法”（简称“双法”），改进生产管理和生产工艺，提高生产力。在20世纪60—80年代，“双法”广泛应用于化工、电子、邮电、冶金等领域，解决了生产一线的诸多难题，产生巨大的社会经济效益。当时有这样一组数据：冷硬铸铁工作辊加工效率提升32倍、四川省推广“双法”5个月增产节约2亿多元……对此，华罗庚始终认为：“人有两个肩膀，我要让双肩都发挥作用。一肩挑起‘送货上门’的担子，把科学知识和科学方法送到工农群众中去；一肩当作‘人梯’，让年轻一代搭着我的肩膀攀登科学的更高一层山峰，然后让青年们放下绳子，拉我上去再做人梯。”

借华罗庚“双法”推动生产变革的案例，教师可诠释数学方法论服务民生的本质属性，让学生在“加工效率提升32倍”“增产节约2亿多元”这样鲜活的实证中，建立学科应用与人类美好生活的深层联结，铸就造福社会的使命自觉。

三、科学家精神融入中学数学课堂教学实践及效果评估

本次教学实践选取我校初二年级两个平行班级为研究对象，其中一个班级为实验班，另一个班级为对照班。实践时间为一学期。在实验班的数学课堂教学中融入科学家精神相关内容，对照班按照传统教学方法进行教学。

我在实验班教学中，深入挖掘科学家精神内涵，收集大量数学史书籍、科普文章等资料，制作成丰富多样的教学课件和学习材料，灵活运用各种教学方法将科学家精神融入教学。

通过课堂观察和问卷调查，我发现实验班学生对数学学习的兴趣明显提高。在课堂上，学生主动提问、积极参与讨论和探究活动的次数增多。通过对学期末数学考试成绩的分析来看，实验班的平均分和优秀率都明显高于对照班。学生日常课堂表现和作业完成情况显示，实验班学生在解决数学问题时，更注重逻辑推理的严密性，表现出更强的求实精神；面对难题时，能够坚持不懈地尝试不同方法，展现出坚韧不拔的毅力；在小组合作中，实验班的学生更愿意倾听他人意见，相互协作、协同精神得到培养。此外，学生通过了解科学家的爱国事迹和奉献精神，增强了社会责任感，厚植了爱国情怀，人文素养得到了提升。

科学家是学生成长的榜样和明灯，将科学家精神融入中学数学课堂的教学设计与实践具有极其重要的理论与实践价值。通过挖掘科学史中数学家重大发现事迹、结合实际问题展现科学家思维历程方法及克服困难所展现的坚韧意志品质、关切社会进步与人类美好生活的信念，不仅激发了学生对数学学习的兴趣，提高了学生的数学成绩，更重要的是培养了学生的科学精神与人文素养，促进了学生的全面发展。当然，科学家精神融入中学数学课堂建设还有很长的路要走，比如丰富典型事例的筛选、与课堂知识点的恰当结合，数学家精神内涵的准确、多元呈现以及课堂效果的动态评估调整等等，都需要更多试点探索不断完善。更应值得注意的是，随着AI技术的发展，科学家精神融入中学课堂教学实践有了更大空间和舞台，亟待引起更多关注。

（作者单位系山东省诸城市密州街道中心学校）

（《山东教育》2025年9月第26期）