技术赋能实验教学 数据驱动思维进阶——人教版五年级数学下册《不规则物体的体积》深度实践案例
内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗阿勒腾席热镇第五小学
【摘要】本案例围绕人教版五年级数学下册《不规则物体的体积》，以技术赋能实验教学，构建数据驱动的智慧教学模式。基于教材与学情分析，设定知识、能力与素养目标，通过数智作业系统前测、国家中小学智慧教育平台分层预习、希沃白板深度互动等技术手段，贯穿课前、课中、课后教学全流程。融合教学评一体化设计，运用多元评价工具实时反馈，实现“数据采集—精准分析—精准干预”闭环。实践表明，学生对转化思想的理解与应用能力显著提升，课堂互动性增强，同时为教师专业成长提供数据支撑，彰显技术在推动数学实验从验证向探究升华中的重要价值。
【关键词】技术赋能；数据驱动；教学评一体化
一、课程背景与整体设计思路
（一）教材与课标分析
本课为人教版五年级数学下册第三单元《长方体和正方体》的实践活动课，属于“图形与几何”领域，课标要求：通过实验操作，探索不规则物体体积的测量方法，发展空间观念和应用意识。
发展空间观念是本课的核心素养目标之一，学生需突破“体积即计算公式”的机械认知，理解“物体占据空间的大小”这一体积本质，并能想象和推理将不规则物体“转化”为可度量的水的体积（或沙的体积）这一抽象过程。不规则物体的体积测量要求学生在脑海中动态构建“实物→水位变化→体积转化”的思维模型。例如：当石块沉入水中，学生需想象水位上升形成的“虚拟长方体”，其长宽对应容器底面积，高即水位变化值，从而实现从三维实体到二维数据的思维降维。
培养应用意识方面，课标要求学生能将数学知识、方法应用于解决实际问题。本课直接对接生活场景（测量水果、石块、玩具等体积），引导学生认识到数学是解决现实问题的有力工具，体会数学的实用价值。从“为什么需要测不规则物体体积？”到“如何测？”再到“解决实际问题”，应用意识贯穿始终。
渗透转化思想是本课蕴含的核心数学思想。将无法直接测量的不规则物体体积，转化为可测量的水的体积（通过排水法或溢水法）或沙的体积（通过溢沙法），是典型的“化归”思想（化未知为已知，化不规则为规则）的体现。这种思想是解决复杂数学问题和科学问题的关键钥匙，这种“未知→已知”“不规则→规则”的转化策略，为学生后续学习面积割补、方程思想奠定认知基础。
（二）学情分析
1. 知识基础：经过前期利用数智作业系统进行前测发现，95%的学生能够正确计算长方体、正方体等规则物体的体积，表明学生已掌握规则图形体积计算的基本公式与方法。然而，在涉及“转化思想”应用的题目中，学生的表现不容乐观。例如，当要求用排水法原理解决不规则物体体积测量问题时，仅有32%的学生能正确解释测量原理，多数学生对“转化思想”的理解仅停留在机械记忆层面，如知道“将物体放入水中，上升水的体积等于物体体积”这一操作步骤，但无法深入阐述其本质——将未知量（不规则物体体积）转化为可测量量（水的体积变化量），更难以将这一思想灵活迁移至新情境，如遇到物体漂浮、部分浸没等复杂情况时，往往不知所措。此外，学生在单位换算、数据误差分析等细节处理上也存在较多失误，反映出知识应用的熟练度与严谨性不足。
2. 技术素养：班级90%的学生熟练使用国家中小学智慧教育平台拍摄、上传作业，并能提前利用平台上的微课资源进行预习，具备较好的数字化学习基础。学生能够自主观看视频学习，完成线上作业提交，在技术操作方面表现出较高的积极性与适应性。但在利用技术进行深度探究时仍存在局限，如多数学生仅能被动接受微课中的知识讲解，缺乏主动自主探究的意识与能力。此外，在小组合作的技术应用场景中，部分学生存在分工不明确、协作效率低的问题，如在使用希沃白板进行互动时，个别学生对功能操作不熟练，影响小组整体进度，暴露出学生技术应用能力的不均衡性与协作能力的待提升空间。
（三）技术融合创新点
1.教师利用数智作业系统下发了关于不规则物体的前测题目以及课后基础题目，随后系统进行了统计和分析学生对于不规则物体体积的题目作答情况，从而为教师教学提供了依据。
2.国家中小学智慧教育平台贯穿全程：实现“课前实验数据采集—课中资源调用—课后拓展延伸”全链条支持。
3.希沃白板的深度应用：借助希沃白板5的蒙层、思维导图、课堂活动工具，结合手机投屏、拍照上传、随机抽取和实时评价功能构建沉浸式探究场域。
4.数据驱动教师专业成长：本节课课后教师利用了“AI大先生”生成了课堂教学分析报告，通过生成的实验报告分析教学情况，通过对教师语速分析、课堂用语、教学场景分析、教师提问分析、S-T教学分析、教师巡视分析等方面开展全方位、无死角的分析，从而让教师能够依据数据改进教学行为，助力教师成长。
二、基于学情和教材分析的目标设定
学生能够深入理解不规则物体体积的概念，清晰掌握将不规则物体体积转化为可测量的规则物体体积（如水的体积、沙的体积）的原理。熟练掌握排水法、溢水法、溢沙法等测量不规则物体体积的方法，并能准确运用这些方法进行实际测量和计算，确保测量结果的准确性。
通过参与实验操作、小组合作探究等活动，学生能够逐步提高动手实践能力和问题解决能力，学会在实践中发现问题、分析问题并尝试解决问题。
在探索不规则物体体积测量方法的过程中，深入体会转化思想在数学学习中的重要作用，培养学生的数学思维能力和知识迁移能力，使其能够将转化思想灵活应用于其他数学问题的解决。
三、教学实施过程与技术深度融合
（一）评价整体框架构建
基于“教学评一体化”理念，构建以目标为导向、教学为路径、评价为反馈的闭环体系。将教学目标拆解为可观测、可评价的具体指标，贯穿课前、课中、课后全流程，通过多元评价工具实现“教—学—评”的协同共进。具体从过程性评价（关注学习过程中的参与度、思维发展）、表现性评价（聚焦实验操作与问题解决能力）、结果性评价（考核知识掌握与应用成果）三个维度展开，利用信息技术实现评价数据的实时采集与动态分析。
（二）教学实施与评价融合
1. 课前准备：智慧平台赋能实验预习。（1）数智作业系统助力监测学生前知掌握情况（长方体和正方体体积）。（2）教师在国家中小学智慧教育平台发布课前分层预习任务。基础任务（必做）：观看测量不规则物体体积微课视频，思考“如果把土豆换成橘子可能橘子会浮在水面，怎么测量它的体积？”；挑战任务（选做）：用溢水法测量土豆的体积，录制2分钟操作视频。（3）实验视频作业收集后及时评价：收集25份学生实验视频，教师依次对学生作业进行评价反馈并收集典型操作方法——未完全浸没物体7次，利用量杯等有刻度容器直接测量18次（其中读数时视线倾斜3次），溢水法测量16次（其中水量控制不当4次）。
2. 课中实施：多样的信息手段助力教学。
环节1：文化情境导入——从历史智慧到数学思想。利用网络资源寻找调用《曹冲称象》3D动画视频，截取至一分钟。播放视频前提出关键问题：曹冲是怎么测量出大象的体重的？曹冲把要称量的大象的体重转化成石头的重量，石头的重量等于大象的重量。
环节2：实验探究操作——技术支持明确任务。（1）主问题情境创设：希沃白板呈现问题情境——魔方、橡皮泥、土豆、橘子、小石块，要求学生首先进行分类，然后思考如何测量魔方、橡皮泥等可以变形的不规则物体的体积，再利用实验器材探究土豆、橘子、小石块等不能变形的物体体积。（2）限时完成排水法求不规则物体体积操作实验：利用希沃白板出示小组合作探究的操作要求，并利用希沃白板中的计时功能要求学生在4分钟内限时完成。学生利用给定的土豆、橘子、小石块3种不规则物体和量杯、水槽任选一种进行实验，操作要求为：向量杯中倒入适量的水并记录数据；将不规则物体慢慢放入量杯中，观察水面变化；当水面不再变化时观察并记录此时量杯中水的刻度；思考不规则物体的体积和相差的体积有什么关系。（3）深度思考回顾实验操作过程：首先思考用排水法求不规则物体的体积需要记录哪些数据；然后进行总结归纳实验时需要注意什么；最后分析是否可以先放入土豆和水记录下总体积，然后将土豆取出记录水的体积，计算出相差的体积就是土豆的体积。
环节3：探究成果展示——信息技术支持的生生互动。拍照上传：教师将各小组学习单实验数据和探究记录进行拍照上传，分别上传了测量土豆、橘子、小石块3种不规则物体的小组实验数据。手机投屏：教师利用手机在学生操作时将学生的典型错误进行录制，利用希沃白板中的“手机传屏”功能将典型错误资源进行展示，让学生分析错因和纠正。班级管理点评功能：学生在交流汇报时，教师和其他组学生根据这个小组展示的操作和汇报，依据“实验操作是否规范并完整记录过程、记录表数据记录的准确性、讲述是否讲清相差的体积和物体之间体积关系”这三条评价标准进行评价，教师利用希沃白板中的班级管理点评功能进行及时记录和评价。
环节4：认识提升深化——信息技术支持的家校随时互动。这个环节教师首先抛出问题：如果只有一些容器和小量筒，可以测一个较大物体的体积吗？然后教师在课堂中调出国家中小学智慧教育平台中下发的作业，展示了本班学生在家中课前完成的用溢水法测量土豆的体积的实验视频，然后让学生分析是否合理。
环节5：认知冲突突破——从排水法到溢沙法的思维进阶。提问：可以用以上方法测量乒乓球、冰块的体积吗？为什么？通过交流，引导学生认识到以上方法不可行，因为乒乓球没有沉入水中，而冰块又与水融合在一起了。再次利用信息技术展示利用排水法测量乒乓球体积时乒乓球会漂浮在水面，从而不可以用排水法测量体积，需要用到溢沙法。
3. 课后拓展：平台支撑的个性化学习。（1）课堂作业的展示与及时反馈。（2）信息技术支持的分层作业推送：基础任务——求下图中大圆球的体积；拓展任务——学习了有趣的测量后，张琦和李贝贝想尝试测量几个不规则物体的体积，他们进行了如下实验，土豆和红薯谁的体积大？（单位：厘米）利用数智作业系统进行分析和扫描学生掌握知识的情况；挑战任务——自主选择家中3种不规则物体（如鹅卵石、玩具车、茶杯等），运用入水法、溢水法或溢沙法测量体积，录制视频并上传至平台，标注测量过程中遇到的问题及解决策略。（3）对实验操作中“未完全浸没物体”“水量控制不当”的学生，推送“排水法规范操作”微视频及动态演示动画。
四、教学成效与改进策略
（一）教学成效
通过“课前实验视频采集—课中错误资源可视化分析—课后生活场景迁移”的闭环设计，92%的学生能准确表述“转化思想”在体积测量中的应用，85%的学生可自主设计两种及以上不规则物体的测量方案，较传统课堂提升40%。
希沃白板与班级优化大师的联动，构建了“操作—展示—评价”即时互动生态，课堂生成性资源（如学生错误操作视频、创意测量方案）实时转化为教学素材，学生对典型错误认识更加直观，实现了生生、师生的交流互动。
教师专业成长拥有了新路径，“AI大先生”教学分析报告提供多维度数据支持：通过S-T教学分析法（师生行为编码分析）发现，课堂中“互动交流”时间占比38.46%，“小组合作”时间占比15.98%，较传统实验课大大提升，印证“以学生为中心”的探究式课堂转型。数据分布显示本节课理解型问题出现频率最高（占比72.6%），其次为应用型问题（占比13.7%），评价型和创新型问题的数量有限，限制了学生批判性思维和创新能力的发展，教师可以通过设计一些开放性的问题，鼓励学生对数学问题进行多角度的评价和创新性的思考。
（二）改进策略
本节课与科学“浮力”、信息技术“数据采集”的关联仅停留在问题创设层面，后续可设计“跨学科项目式学习”，如让学生用编程记录排水法实验数据变化曲线，或结合科学实验分析“不同材质物体测量方法的适用性”，进一步强化学科间的方法迁移与思维贯通。
尽管手机投屏、AI分析等技术提升了课堂效率，但是也存在传输延时的问题，所以需要课前调试网络环境并备用有线投屏方案，或在希沃白板中提前缓存典型错误视频，减少实时传输压力。
五、技术赋能的深度思考
在本次教学实践中，信息技术的深度应用不仅革新了教学模式，更重塑了数学实验的育人价值。通过数智作业系统、国家中小学智慧教育平台、希沃白板与AI分析工具的协同应用，技术已从辅助教学的工具转变为驱动教学变革的核心要素，其赋能作用体现在三个层面：
首先，技术构建了动态化、精准化的教学闭环。借助数智作业系统的前测分析与AI大先生的课堂诊断，教师得以基于数据精准定位教学难点；国家中小学智慧教育平台实现教学资源的全流程贯通，支持学生课前预习、课中探究与课后拓展；希沃白板的实时互动功能则将评价嵌入教学过程，形成“数据采集—精准分析—教学干预—效果反馈”的完整链条。这种闭环设计打破了传统教学中“经验驱动”的局限，实现了教学决策从主观判断向数据驱动的转变。
其次，技术促进了学生思维的可视化与深度发展。通过手机投屏、拍照上传等功能，学生的实验操作过程、思维轨迹得以直观呈现，错误资源转化为教学契机；思维导图工具帮助学生梳理知识逻辑，3D动画模拟则将抽象的“转化”过程具象化。技术的应用不仅降低了学习难度，更通过可视化手段激发学生主动思考，推动其从机械模仿向创造性探究进阶。
最后，技术推动了教学评价的多元化与智能化。AI分析工具对课堂行为的量化评估、平台支持的多主体评价（师生互评、家校共评），使评价突破时间与空间限制，实现全程、全员、全方位覆盖。特别是将实验操作、思维过程纳入评价体系，改变了传统教学重结果轻过程的倾向，真正落实了素养导向的育人目标。
然而，实践也暴露出技术应用的深层挑战：一是如何平衡技术工具的丰富性与教学目标的聚焦性，避免因过度追求技术形式而偏离学科本质；二是如何通过技术应用进一步缩小学生个体差异，实现更精准的个性化学习支持；三是如何深化跨学科技术融合，让信息技术真正成为学科素养融合发展的催化剂。未来教学中，需持续探索技术与教学深度融合的创新路径，让信息技术更好地服务于学生核心素养的全面提升。
技术赋能的真谛不在于设备先进程度，而在于其是否成为学生“看见不可见，思考未曾想”的认知透镜。本节课通过国家中小学智慧教育平台与希沃生态的深度融合，构建了“数据采集—精准分析—精准干预—多元评价”的智慧教学闭环。技术不再是简单的工具叠加，而是成为支撑深度学习的认知支架，使数学实验从“验证性操作”升华为“创造性探究”。
原文链接: https://aiedchair.bnu.edu.cn/news-citlab-2247627484-8-zh/
