《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) (2011版)》指出:“符號(hào)意識(shí)主要是指能夠理解并且運(yùn)用符號(hào)表示數(shù)、數(shù)量關(guān)系和變化規(guī)律;知道使用符號(hào)可以進(jìn)行運(yùn)算和推理,得到的結(jié)論具有一般性。建立符號(hào)意識(shí)有助于學(xué)生理解符號(hào)的使用是數(shù)學(xué)表達(dá)和進(jìn)行數(shù)學(xué)思考的重要形式?!庇纱丝梢?,從小學(xué)開始培養(yǎng)學(xué)生的符號(hào)意識(shí)具有重要意義。那么,在小學(xué)階段應(yīng)該如何培養(yǎng)學(xué)生的符號(hào)意識(shí)呢?筆者認(rèn)為,可從以下三方面入手。
了解數(shù)學(xué)符號(hào)的分類,有助于教師更全面、更系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)符號(hào)的價(jià)值。教師要根據(jù)不同符號(hào)的特點(diǎn),有針對(duì)性地設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容,提高課堂教學(xué)質(zhì)量,更好地培養(yǎng)學(xué)生的符號(hào)意識(shí)。
數(shù)學(xué)符號(hào)系統(tǒng)內(nèi)容豐富,邵光華教授根據(jù)符號(hào)的意義把數(shù)學(xué)符號(hào)分為六大類,即元素符號(hào)、運(yùn)算符號(hào)、關(guān)系符號(hào)、結(jié)合符號(hào)、約定符號(hào)、簡練表達(dá)式或縮記符號(hào)。筆者結(jié)合此分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)“蘇教版”小學(xué)數(shù)學(xué)教材中常見的數(shù)學(xué)符號(hào)進(jìn)行了梳理,如表1(P4)。
筆者通過對(duì)小學(xué)數(shù)學(xué)符號(hào)進(jìn)行整理后發(fā)現(xiàn),學(xué)生在小學(xué)階段認(rèn)識(shí)的數(shù)學(xué)符號(hào)主要分布在“元素符號(hào)”和“簡練表達(dá)式或縮記符號(hào)”這兩類。元素符號(hào)主要是數(shù)與代數(shù)部分的“數(shù)的認(rèn)識(shí)”,以及圖形和幾何方面的“圖形的認(rèn)識(shí)”。簡練表達(dá)式或縮記符號(hào),則主要是常用的計(jì)量單位、運(yùn)算律以及幾何圖形的計(jì)算公式方面。
小學(xué)生的符號(hào)意識(shí)不是自然而然形成的,它需要學(xué)生自身學(xué)習(xí)以及外界的開發(fā)與培養(yǎng)。所以,教師對(duì)數(shù)學(xué)符號(hào)正確、系統(tǒng)地認(rèn)識(shí),對(duì)培養(yǎng)小學(xué)生符號(hào)意識(shí)有著重要的作用。
數(shù)學(xué)符號(hào)意識(shí)的內(nèi)隱性,是指學(xué)習(xí)者在思維(具體表現(xiàn)為數(shù)學(xué)思維)的引導(dǎo)下,對(duì)知識(shí)與符號(hào)之間抽象對(duì)應(yīng)關(guān)系的一種積極主動(dòng)的心理認(rèn)知活動(dòng)。數(shù)學(xué)符號(hào)意識(shí)的外顯性,指在通過數(shù)學(xué)符號(hào)的感知與理解、運(yùn)算與推理、交流與表達(dá)等數(shù)學(xué)思考方式解決數(shù)學(xué)問題的過程中所表現(xiàn)出來的與數(shù)學(xué)符號(hào)相關(guān)的一種數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。朱立明、馬云鵬 (2016年)等老師基于對(duì)符號(hào)意識(shí)內(nèi)涵分析和國內(nèi)外的相關(guān)研究成果借鑒,將數(shù)學(xué)符號(hào)意識(shí)分為四個(gè)維度:“數(shù)學(xué)符號(hào)的感知” “數(shù)學(xué)符號(hào)的運(yùn)算” “數(shù)學(xué)符號(hào)的推理” “數(shù)學(xué)符號(hào)的表達(dá)”。其中 “數(shù)學(xué)符號(hào)感知”是符號(hào)意識(shí)的基礎(chǔ),包括了符號(hào)的認(rèn)識(shí)和符號(hào)
的理解,后三個(gè)維度,層次更高一些。鑒于此,在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)過程實(shí)施時(shí),教師可以從對(duì)符號(hào)的認(rèn)識(shí)、符號(hào)的理解、符號(hào)的運(yùn)用等方面來確定培養(yǎng)符號(hào)意識(shí)的教學(xué)目標(biāo)。比如,在教學(xué)認(rèn)識(shí)11~20各數(shù)時(shí),教師首先要清楚11、12、13、14……19、20本身就是數(shù)學(xué)符號(hào),它們是按照一定的規(guī)則組成的。教學(xué)要讓學(xué)生經(jīng)歷從擺小棒實(shí)物抽象為數(shù)學(xué)符號(hào)的過程,理解數(shù)的組成結(jié)構(gòu),同時(shí)也要引導(dǎo)學(xué)生用這些數(shù)描述生活中的事物或現(xiàn)象,了解數(shù)與數(shù)之間的關(guān)系等,從而形成對(duì)數(shù)學(xué)符號(hào)的整體認(rèn)識(shí)。在考量時(shí)可以設(shè)計(jì)一些問題讓學(xué)生解決,如:
表1 小學(xué)數(shù)學(xué)符號(hào)整理
①看圖寫數(shù):
這兩道題主要是考查學(xué)生用數(shù)學(xué)符號(hào)表示物體個(gè)數(shù)的能力,以及用圖形表征數(shù)字符號(hào)的能力,目標(biāo)指向于數(shù)學(xué)符號(hào)的認(rèn)識(shí)和理解,也指向于數(shù)學(xué)符號(hào)的應(yīng)用。
1.數(shù)學(xué)符號(hào)的感知是形成符號(hào)意識(shí)的基礎(chǔ),主要通過是否認(rèn)識(shí)符號(hào)、是否理解符號(hào)含義這兩個(gè)方面來考量。比如,在“數(shù)的認(rèn)識(shí)”中,學(xué)生是否會(huì)讀會(huì)寫數(shù)、能比較數(shù)的大小、理解相同數(shù)字在不同數(shù)位上的含義、理解相鄰數(shù)位之間的進(jìn)率等。在“圖形的認(rèn)識(shí)”中,學(xué)生是否能辨認(rèn)出是什么圖形、對(duì)圖形的特征描述是否準(zhǔn)確、是否能根據(jù)實(shí)物畫出圖形、根據(jù)圖形想象出實(shí)物等。
2.數(shù)學(xué)符號(hào)的運(yùn)算,主要是具體數(shù)字運(yùn)算和抽象的符號(hào)運(yùn)算。小學(xué)段數(shù)學(xué)符號(hào)的運(yùn)算主要是具體數(shù)字運(yùn)算,抽象的符號(hào)運(yùn)算只在計(jì)算公式或推導(dǎo)過程中使用,更多的是在解方程中使用。在教學(xué)中,教師要引導(dǎo)學(xué)生按照一定的規(guī)則進(jìn)行算式的演算和演變,也要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行抽象的符號(hào)運(yùn)算。抽象的符號(hào)運(yùn)算在小學(xué)階段主要是用字母表示數(shù),并進(jìn)行運(yùn)算,是代數(shù)思維的具體體現(xiàn),這方面主要通過對(duì)解方程和列方程來考察。值得一提的是,在小學(xué)階段,學(xué)生會(huì)正確計(jì)算加減乘除法或是解方程,不代表學(xué)生就形成了應(yīng)具備的符號(hào)意識(shí)。因?yàn)椴糠謱W(xué)生只是機(jī)械模仿的學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),掌握算法并不代表掌握算理;會(huì)解方程不代表具有方程思想或者說代數(shù)思想。所以,有些學(xué)生到初中階段數(shù)學(xué)成績直線下降,其主要原因可能是對(duì)符號(hào)運(yùn)算的理解以及抽象水平不足。
3.數(shù)學(xué)符號(hào)的推理維度。什么是推理?推理就是由一個(gè)或幾個(gè)已知判斷推出另一個(gè)未知判斷的思維方式。數(shù)學(xué)符號(hào)的推理主要有演繹推理和合情推理兩種。比如,在“數(shù)與代數(shù)”教學(xué)中,學(xué)生探索運(yùn)算律等一些計(jì)算規(guī)律的過程,其實(shí)就是合情推理。而學(xué)生依據(jù)算理、法則、運(yùn)算律等進(jìn)行數(shù)字計(jì)算時(shí),則是在進(jìn)行演繹推理。在“空間與圖形”教學(xué)中,同樣也存在演繹推理和合情推理。學(xué)生在探索平行四邊形、三角形、圓等平面圖形的面積公式以及探索圓柱、圓錐等立體圖形的體積公式的過程,這些主要是合情推理。而學(xué)生利用面積公式或體積公式去解決面積或體積問題的過程,則是演繹推理。在“統(tǒng)計(jì)與概率”教學(xué)中,存在的推理,則是一種可能性的推理,屬于合情推理。在“實(shí)踐與應(yīng)用”教學(xué)中,學(xué)生經(jīng)歷的提出猜想與驗(yàn)證猜想的過程,是合情推理與演繹推理的綜合運(yùn)用。考查數(shù)學(xué)符號(hào)推理水平形成情況,我們可以通過學(xué)生口頭描述或書面表達(dá)等方式來考查。比如:
1×1=1
11×11=121
111×111=12321
......
111111111×111111111= ?
解決此問題時(shí),需要學(xué)生對(duì)數(shù)字符號(hào)進(jìn)行感知、解讀,對(duì)運(yùn)算結(jié)果與乘數(shù)之間關(guān)系進(jìn)行分析,從而做出合情合理的推斷。在進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí),要有思考過程的思維呈現(xiàn),而不是機(jī)械計(jì)算。
4.數(shù)學(xué)符號(hào)的表達(dá)維度,主要是指用數(shù)學(xué)符號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)表達(dá),是思維抽象、推理過程的具體體現(xiàn),也是發(fā)展符號(hào)意識(shí)的重要目標(biāo)。比如,學(xué)生在解決問題時(shí),有的選擇畫圖、有的選擇列式、有的選擇列表、有的則會(huì)根據(jù)具體問題靈活選擇運(yùn)用這幾種表達(dá)方式。在一些運(yùn)算律教學(xué)問題、數(shù)學(xué)公式的符號(hào)表示等活動(dòng)中,要引導(dǎo)學(xué)生參與用符號(hào)表達(dá),培養(yǎng)學(xué)生的抽象素養(yǎng)。
皮亞杰認(rèn)為:“認(rèn)知的形成與發(fā)展是一種建構(gòu)過程,是個(gè)體在與環(huán)境不斷的相互作用中實(shí)現(xiàn)的?!倍谡J(rèn)知的過程中,運(yùn)算是頗為關(guān)鍵的。據(jù)此,皮亞杰將兒童發(fā)展分為四個(gè)階段:感知運(yùn)動(dòng)階段(從出生至2歲)、前運(yùn)算階段 (2~7歲)、具體運(yùn)算階段(7~11、 12 歲)、 形式運(yùn)算階段 (11、 12~14、 15歲)。兒童的數(shù)學(xué)思維形成過程、使用符號(hào)、抽象的能力是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程,需要一個(gè)相對(duì)較長的時(shí)間和階段。據(jù)此,我們可以根據(jù)小學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)選擇教學(xué)方式與方法。
第一學(xué)段,學(xué)生思維特點(diǎn)還處于具體形象思維階段,教師可以通過創(chuàng)設(shè)日常生活情境、動(dòng)手操作等活動(dòng),幫助學(xué)生對(duì)符號(hào)進(jìn)行認(rèn)識(shí)與理解,從而達(dá)到培養(yǎng)符號(hào)意識(shí)的目的。比如,角是一個(gè)圖形符號(hào),如何讓學(xué)生認(rèn)識(shí)理解這個(gè)符號(hào),筆者讓學(xué)生經(jīng)歷了這幾個(gè)過程:首先,讓學(xué)生初步感知生活中的角,從實(shí)物中抽取出角的符號(hào)。接著,讓學(xué)生“摸角”,摸一摸角在哪里,感知組成角的各個(gè)部分。然后,讓學(xué)生“畫角”,把感知的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)出來。最后,組織學(xué)生對(duì)各種不同的角進(jìn)行比較,從不同中尋找相同,去偽存真,形成一般意義上的角。至此,角的數(shù)學(xué)符號(hào)表達(dá)以及符號(hào)所蘊(yùn)含的意義就留在了學(xué)生的頭腦中。
第二學(xué)段,學(xué)生已經(jīng)積累了一些數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和符號(hào)意識(shí),進(jìn)入具體運(yùn)算階段,學(xué)生開始系統(tǒng)地學(xué)習(xí)整數(shù)乘、除法,四則混合運(yùn)算以及運(yùn)算律。教師可以借助生活情境幫助學(xué)生理解算理,掌握算法,加強(qiáng)計(jì)算訓(xùn)練,幫助學(xué)生在數(shù)學(xué)符號(hào)的運(yùn)算維度得到提高,增強(qiáng)符號(hào)意識(shí)。小學(xué)生的思維正處在具體形象思維向抽象思維過渡階段,在教學(xué)方式上,則需要在直觀感知的基礎(chǔ)上,逐步進(jìn)行抽象的數(shù)學(xué)符號(hào)活動(dòng)。比如,乘法分配律的字母表達(dá)式就是一種數(shù)學(xué)符號(hào)。首先,組織學(xué)生解決生活中的一些相關(guān)實(shí)際問題,在不同的算法中找到聯(lián)系,建立等式。接著,找出每個(gè)等式左右兩邊數(shù)以及運(yùn)算符號(hào)之間的關(guān)聯(lián)。然后,比較幾組等式,找出這些等式的相同點(diǎn)。最后,要求學(xué)生用符號(hào)表示出自己的發(fā)現(xiàn)。由于學(xué)生經(jīng)歷了全過程,因而對(duì)數(shù)學(xué)符號(hào)的表達(dá)式具有親切感。同時(shí)感受到數(shù)學(xué)符號(hào)表達(dá)的概括性和簡潔性。
符號(hào)意識(shí)的形成有一個(gè)長期的、循序漸進(jìn)的過程,是伴隨著學(xué)生思維發(fā)展逐步建立的。小學(xué)階段是學(xué)生建立符號(hào)意識(shí)的起點(diǎn),也是后續(xù)學(xué)習(xí)和形成抽象思維能力的基礎(chǔ),教師應(yīng)結(jié)合相關(guān)教學(xué)內(nèi)容,精心設(shè)計(jì)教學(xué),擬定恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)目標(biāo),結(jié)合兒童思維發(fā)展水平,選擇合適的教學(xué)方法展開教學(xué),并將符號(hào)意識(shí)的培養(yǎng)貫穿于整個(gè)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程中,按階段、分層次滲透。
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