基于脑科学的小学数学教学设计工具

钟婷婷 李玲

《义务教育数学课程标准（2022年版）》确立了以核心素养为导向的课程目标，对教师的教学提出了更高的要求，教师只有在尊重学生的认知规律基础上，制定指向核心素养的教学目标，通过整体设计，分步实施，才能逐步提升学生的数学核心素养。

脑科学为数学教学提供支持

学习是大脑活动的结果，脑科学研究发现：数学核心素养是通过生物学基础和经验的协同作用在脑中创造出来的。

数学学习是大脑对信息进行加工的过程。学习是脑进行信息加工的过程，是脑对刺激产生的反应，它包括脑对信息的感知、处理和整合，学生的数学学习过程也同样如此。在数学学习过程中，学生接受的一切外部刺激都被看作是可以编码和加工处理的信息，而学生与环境互动的过程则被视为学生内部信息与外部刺激交互作用的过程，即信息的输入、加工处理、储存、输出等过程。数学知识最终的迁移，实际上就是在原有知识能力基础上获得新的知识能力、各种知识能力累积的过程。

脑的可塑性是学生学习数学的必要条件。大脑的可塑性为数学学习提供了物质支撑，是学生学习数学的必要条件。事实上，数学学习行为和大脑是一种相互依存和反哺的关系，在数学课堂中，学生的大脑会受到新情境、新知识等的刺激，进而完成数学学习，而不同的数学知识会调动不同的大脑区域，由此学生数学学习行为也刺激了大脑，促进了大脑发育。

可见，脑科学可以为数学教学的建构提供支持：首先，理解生物学因素的影响有助于教师设计与生物学因素和先天倾向作用相一致的数学教学法。其次，脑科学描绘出数学知识的内在学习通路，教师就可以有策略地提高教学，设计适应个体差异的教学方法。因此，脑科学可以使教师设计出更有效、更全面的数学教学，科学地提高学生的学习能力和数学核心素养。

基于脑科学的小学数学教学设计原则

基于脑科学的小学数学教学设计的三个原则分别是：基于脑、适于脑、促进脑。

基于脑。基于脑，也就是小学数学教学设计要基于学生的现状。包括学生大脑发育所处的阶段、学生前期知识和经验的积累等。教师进行教学设计时要关注小学生正处于对思维和观念的操作阶段，数学思维开始初步建立这一现状。此外，教师要分析学生的前概念，以学生已有知识为基础，与学生的前概念结合起来。

适于脑。学生理解数学需要事实性知识和概念框架，教师在课堂上所使用的不同教学方法能够对学生大脑的结构与功能发挥重要的可塑性。所以教师在教学设计时要遵循学生的数学学习过程，抓住合适的教学契机，设计适合的学习内容和教学活动。在教学设计时可以构建结构化教学内容，采用多元化的学习方式，尽量让每一个学生的能力得到发展。

促进脑。学生经历完整的学习过程和体验，建构全面的数学知识体系有利于刺激大脑的多个区域，有助于学生的大脑发育。因此教师在教学设计时应让学生经历完整的学习过程和体验，以沉浸其中、多种途径并行的方式开展学习，把学生组织到对所学内容的分析和综合、比较和对照、抽象和概括、判断和推理等思维的过程中来。

基于脑科学的小学数学教学设计工具

基于脑科学的小学数学教学设计工具是指以脑科学的理论为指导，遵循脑的认知规律和工作机制，适合大脑的学习方式，优化数学教学而开发的，可供老师使用的一套数学教学设计工具。主要包括：学情分析工具、内容结构解析工具、学习过程设计工具和教学评估工具。

学情分析工具。基于脑，是从学生的需求出发，所以教学设计必须进行学情分析，在学生的前概念基础上进行教学，而小学生在数学课堂的学习应考虑学生已有学习经验和学习兴奋点。

教师在教学设计时就应当注意帮助学生从已有知识的基础上进行延展、扩充知识范围、在新的背景下对知识进行重构和呈现等安排学习与教学，这是以学生为中心并适于学生且易于被学生掌握的方式。

教师首先要明确该学情分析可以用于单元整体分析，也可以针对单课时使用。在分析时，对学生已有学习经验，可以从知识储备和学习能力两个方面进行分析，再结合新内容分析学生可能存在的学习困难点或兴奋点。在分析过程中也可以借助数据。

内容结构解析工具。适于脑，就是要设计合适的学习内容和方法。学生学习数学必须具有事实性知识的深入基础，在概念框架的情景中理解事实和观念，促进数学核心素养的形成和发展。学生在学习数学时，总是会利用极其丰富的结构化信息内容。所以教师在教学设计时，要根据知识间的内在联系重组、整合形成结构化的教学内容，变“教材内容”为“教学内容”，以此帮助学生整体化、结构化的数学知识的建构。

教师在设计教学内容时，应根据教学主题，细化教学目标，根据教学目标整合教学内容，形成符合教学主题，能达成教学目标的结构化内容，过程中有侧重地发展学生的数学核心素养。以《分数混合运算》这一单元为例，通过画图策略直观呈现数量关系，结合具体情景体会分数混合运算的顺序与整数混合运算一样，发展学生的运算能力，并发展分析问题和解决问题的能力。逐步养成观察现实世界的意识与习惯，发展好奇心、想象力和创新能力。以培养孩子的几何直观能力，运算能力和应用意识。

学习过程设计工具。促进脑，就是让学生经历完整的学习过程和体验，教师采用多元化的教学方式，激活学生大脑中不同的神经通路，以促进学生更好地学习数学，提升学生的数学核心素养。所以基于脑科学的教学设计要求教师在学生的学习过程中，采用不同的方式给予学生不同的支持，做到科学地教与学，让教师的教和学生的学更有意义。

学生的数学学习过程主要包括明确问题、活动探究、反思建模、应用迁移几个环节，教师在教学设计时要寻找学生的兴奋点，诱发学生的探知欲望，在学生活动探究后要设计启发、引导学生猜想、验证结果、归纳反思等活动，帮助学生建立数学模型，最后还要引发学生知识的迁移，促进其高阶思维的发展。针对学生数学学习的每个环节，教师在教学设计时要明确自己的教学任务，采用不同的教学方法帮助或引导学生达成学习目标。

以北师大版六年级上册《圆的面积》一课为例，在学生开展小组合作动手操作的环节，对于有困难的小组，教师要适时指导，以顺利完成这一环节所要达到的学习目标；当学生完成了新旧知识的转换，对于圆和近似平行四边形之间的联系需要教师提出问题，引发学生的思考，发现什么变了，什么没变，为面积推导做好铺垫。通过学生学习过程的有效达成和教师支持的适时点拨，发展学生的几何直观、空间观念等数学核心素养。

教学评估工具。在完成教学设计后，进入课堂教学阶段，课堂教学能否落实教学设计，达到教学目标，真正发展学生的数学核心素养，以及教学设计的修改完善，都需要进行评估和反馈。因此，教师应该使用教学评估工具，记录在各个教学环节与任务中，学生的活动情况，包括持续时间、参与人数、表情、行为、语言、学习时长、发言情况等方面。根据详细的课堂观察和记录，进行分析与建议。

教学评估工具主要是通过其他教师的课堂观察和学生的自我评价来进行，同时还可以设计相应的作业或试题进行检测，从过程性和终结性两方面进行评估反馈。教师根据反馈对教学设计进行反思和改进，修改教学设计，并进行课堂教学实践。

基于脑科学的数学教学设计改善了课堂的教与学，使教师由以前的单纯关注知识教学、考试教学转向现在的关注学科能力教学，发展学生核心素养教学。运用了脑科学的數学课堂，更好地尊重了学生的生理和心理需求，从而使数学课堂的教学更加科学、高效。数学课堂内容设计也更丰富，更加符合学生大脑的认知和发展，使课堂呈现主动积极、生机勃勃的样态，使越来越多的学生爱上数学课。