◎韋新祥
新課程標準指出:“數(shù)學教育既要使學生掌握現(xiàn)代生活和學習中所需要的數(shù)學知識與技能,更要發(fā)揮數(shù)學在培養(yǎng)人的思維和創(chuàng)新能力方面的不可替代的作用,要讓學生體會數(shù)學與其他學科、數(shù)學與生活之間的聯(lián)系,學會運用數(shù)學的思維方式進行思考,增強發(fā)現(xiàn)和提出問題的能力、分析和解決問題的能力。學生在數(shù)學課程上學到的內(nèi)容不僅僅是在數(shù)學學科方面有價值,更重要的是對其發(fā)展有重要價值,讓學生經(jīng)歷那些有利于其終身發(fā)展的學習活動,如觀察、實驗、猜想、計算、推理、驗證、交流、反思等”。
在學科核心素養(yǎng)中,數(shù)學學科的核心素養(yǎng)大體包含數(shù)學抽象、邏輯推理、數(shù)學建模、數(shù)學運算、直觀想象、數(shù)據(jù)分析等六個方面。其中思維貫穿于每一個方面,緊密相融。數(shù)學對思維的訓練,主要是演繹與歸納的邏輯推理能力。
我校的課堂教學改革理念與新課標提出的理念完全相符,在教學設計與教學活動中,始終以思維為主線,要突出“大假設思維法”以推動學生的科學思維、批判性思維以及創(chuàng)新性思維的發(fā)展,充分發(fā)揮其在知識建構(gòu)以及提升學生學科素養(yǎng)中的作用。
“大假設思維法”是探究未知世界的科學思維方法,它由“假設形成”與“假設檢驗”兩個基礎環(huán)節(jié)構(gòu)成,可簡約為“假設——檢驗”模型。“假設”是指解釋與解決問題的一個設想、計劃或方案(實際上,各類知識結(jié)論、各種理論、假說、猜想等都可以看作假設)。“檢驗”主要是以邏輯與實驗的方式論證假設的真實性。
從思維過程的角度看,“大假設法”一般包括五個步驟:第一、提出問題;第二、澄清問題(指出問題的重點與中心);第三、提出假設;第四、演繹法推出假設的結(jié)果;第五、尋找證據(jù)或用實驗來證實。其中,前三步主要為形成假設,后兩步主要是驗證假設。
從思維要素組成來看,“假設形成”一般以歸納法、類比法以及直覺思維等思維方法為主;“假設檢驗”一般以演繹法、實驗法等思維方法為主。不管是假設的形成還是假設的驗證,都需借助思維的范疇與方法來實現(xiàn),從這個意義上看,各種具體的思維方法(歸納、演繹、類比、分析、綜合等)可看作是大假設法的思維工具。因此,大假設法不是一個具體的方法,它是人們?yōu)樘骄课粗澜缍捎玫母鞣N相關基本思維方法的有機組合,是一個方法系統(tǒng)。
長期以來,數(shù)學學科以嚴密數(shù)理推理與論證著稱。隨著新課程改革深入推進,數(shù)學學科不僅強調(diào)假設檢驗過程的數(shù)理演繹證明,同時,也注重假設、猜想的形成,關注數(shù)學合情推理能力的培養(yǎng)。
例如,在北師大版數(shù)學八年級(下)《三角形的中位線》的教學中,“大假設法”思維得以很好地體現(xiàn)與運用。
教材首先提出問題:你能將任意一個三角形分成四個全等的三角形嗎?你能通過剪拼的方式,將一個三角形拼成一個與原三角形面積相等的平行四邊形嗎?
這一問題旨在引導學生經(jīng)歷知識生成與探究的過程,進而在活動中形成猜想與假設,發(fā)展合情推理的能力。學生在剪拼的過程中發(fā)現(xiàn),通過連接三角形三邊的中點,可以將三角形分成看上去全等的四個三角形。學生由此假設:連接三角形兩邊中點的連線與底邊平行且等于底邊的一半。
假設是否成立,還需要數(shù)學上的嚴格證明,發(fā)展學生的演繹推理。將前面的假設轉(zhuǎn)化為數(shù)學符號語言后,形成下列數(shù)學證明問題:
已知:如圖所示,DE為△ABC的中位線
求證:DE∥BC且DF=BC
證明:(1)如果兩個三角形相對應的兩邊及其夾角對應相等,
則這兩個三角形全等 (大前提)
在△ADE與△CEF中,AC=CE,∠1=∠2,DF=FE(小前提)
則△ADE≌△CEF (結(jié)論)
(2)若兩個三角形全等,則對應邊、對應角相等。(大前提)
△ADE≌△CEF (小前提)
∠A=∠ECF, AD=CF(結(jié)論)
(3)內(nèi)錯角相等,兩直線平行。(大前提)
∠A=∠ECF (小前提)
CF∥AB(結(jié)論)
(4)等量代換,如果 a=b,b=c,那么 a=c.(大前提)
AD=CF,BD=AD(小前提)
BD=CF(結(jié)論)
(5)一組對邊平行且相等的四邊形是平行四邊形。(大前提)
CF∥AB,BD=CF(小前提)
四邊形DBCF是平行四邊形 (結(jié)論)
(6)平行四邊形的對邊平行且相等。(大前提)
四邊形DFCB是平行四邊形(小前提)
DF∥BC,DF=BC(結(jié)論)
(7)綜上所證,DE∥BC且 DF=BC
又例如,北師大版七年級下冊第五章第三節(jié)內(nèi)容《簡單的軸對稱圖形》,課程標準中,既有探索等腰三角形的軸對稱性質(zhì),又有認識并欣賞自然界和現(xiàn)實生活中的軸對稱圖形,學生此時已經(jīng)學習了等腰三角形的概念、軸對稱的性質(zhì)、以及三角形全等的條件,教學時引導學生通過觀察、歸納、類比等活動,猜想結(jié)論,發(fā)展合情推理能力,而結(jié)論的正確性需要含有數(shù)學嚴密邏輯推理的演繹推理證明來確認。課堂上鼓勵學生盡可能多的探索等腰三角形的特征,并盡量用自己的語言說明理由。對于對稱軸的描述,學生可能有不同的回答,有的學生可能回答是頂角的平分線所在的直線,有的學生可能回答是底邊上的中線或高所在的直線。要求學生把自己的觀點對應的圖形畫出來,并用數(shù)學符號語言寫清已知與結(jié)論。圖(1):已知等腰 ABC中,頂角 A的平分線AD所在的直線是ABC的對稱軸。圖(2):已知等腰 ABC中,底邊BC上的中線AD所在的直線是ABC的對稱軸。圖(3):已知等腰ABC中,底邊BC上的高AD所在的直線是ABC的對稱
教師此時恰當提問“同學們所說的是直線是什么關系?”“如何證明?”由此引發(fā)、回扣教材中的問題,提升思維深度以及合情推理能力。
【提出假設】:圖形中不同角色的直線的關系如此直觀,學生不難發(fā)現(xiàn)或者說猜測它們是同一條直線,這一結(jié)論正是大假設法思維中的提出假設,我們都知道,提出假設往往比如何證明假設是否成立更具有思維貢獻意義。
【驗證假設】:推理貫穿于數(shù)學教學的始終,推理能力的形成和提高需要一個長期的、循序漸進的過程。結(jié)論正確性的確認,即是大假設思維法中的驗證假設,至此,通過觀察、歸納、類比、猜想,提出假設(即某一結(jié)論)、驗證假設是否成立(說明假設不成立很簡單,能舉出一反例即可),大假設法思維的完整性在本節(jié)課得到了體現(xiàn)。
如何驗證?這直指概念的根本、概念之間的根源線脈。對稱性的本質(zhì)是重合,重合的本質(zhì)是全等,學生不難饒有興趣的給出“它們是同一條直線”的相關證明。
已知:如圖(1)等腰ABC中,頂角A的平分線為AD。
求證:直線AD是底邊BC上的中線也是底邊BC上的高。
證明:等腰ABC中,頂角A的平分線為AD
則 AB=AC(等腰三角形定義)
∠BAD=∠CAD (角平分線性質(zhì))
AD=AD
得 △BAD?△CAD (SAS)
即BD=CD(全等三角形中對應邊相等)
則直線AD是底邊BC上的中線得證;
又∠ADB=∠ADC(全等三角形中對應角相等)
點B、C、D三點共線,且 ∠ADB+∠ADC=180°
即∠ADB=∠ADC=90°
則直線AD也是底邊BC上的高得證。
這樣的例子還有很多,我在平時的數(shù)學課堂教學中,堅持對學生進行“大假設法”思維的引領。在學生的自主學習下和老師們的指引下,學生的思維水平很快有了提高,思維的質(zhì)量有一定的提升,使相當一部分學生體會到課堂的愉悅,也體會到學習數(shù)學的快樂,體會到學好數(shù)學是一種責任。因而在閑暇時間,有一定數(shù)量的優(yōu)秀學生自發(fā)去找題做,在優(yōu)秀學生的引領下,中等生很快行動起來,從中也體會到學習的快樂。在這種氣氛的感染下,后進生也有所行動,但還缺乏自覺,此時在學生團隊的幫助下,在老師的激勵下,家長們的配合下,逐漸形成“你追我趕”、不讓一個人掉隊的現(xiàn)象,學生的思維水平逐步達到一定的高度,能力得到大大提升,正是在這種狀態(tài)下,學生的整體成績、思維的質(zhì)量有一個大的提高。