許文廠
[摘? 要] 概念是數(shù)學(xué)的核心. 概念教學(xué)是滲透數(shù)學(xué)思想,落實數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的關(guān)鍵. 重視概念教學(xué),不僅能培養(yǎng)學(xué)生用發(fā)展的眼光看待世界,還能讓學(xué)生學(xué)會用數(shù)學(xué)語言和思維表達(dá)和思考生活. 文章以概念形成的一般過程為出發(fā)點,從問題驅(qū)動,孕育新知;歸納類比,形成概念;挖掘內(nèi)涵,深化概念三方面具體談?wù)劵诤诵乃仞B(yǎng)培養(yǎng)的初中數(shù)學(xué)概念教學(xué)的措施.
[關(guān)鍵詞] 核心素養(yǎng);概念教學(xué);問題驅(qū)動
概念是數(shù)學(xué)中最基本的抽象,是培養(yǎng)學(xué)生思維品質(zhì)、創(chuàng)新意識與應(yīng)用能力的基礎(chǔ). 新課標(biāo)中對數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)所提出的要素是數(shù)學(xué)抽象、推理、建模、想象、運算與數(shù)據(jù)分析等. 數(shù)學(xué)概念的教學(xué)是促使學(xué)生形成良好核心素養(yǎng)的根本. 如何讓學(xué)生在概念的形成與發(fā)展過程中,感知其內(nèi)涵與外延,形成良好的核心素養(yǎng),是筆者近兩年一直在探索的問題之一. 文章從以下幾方面,具體談?wù)劵诤诵乃仞B(yǎng)培養(yǎng)的初中數(shù)學(xué)概念教學(xué)方法,與同行分析交流.
概念形成的一般過程
概念形成是發(fā)展學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的重要載體. 課堂教學(xué)中,怎樣從情境中抽象出相應(yīng)的概念是教學(xué)的重點與難點. 為此,筆者對概念形成的一般過程做了一定的研究,以期為教學(xué)服務(wù).
杜賓斯基等人在APOS理論中提出,學(xué)習(xí)者在經(jīng)歷概念抽象的過程中,會經(jīng)歷操作、過程、對象與圖式四個階段. 奧蘇貝爾(D.P.Ausubel)認(rèn)為概念的形成與發(fā)展大致需經(jīng)歷八個階段的心理歷程. 結(jié)合以上理論,我國的學(xué)者章建躍與曹才翰共同提出了概念形成的一般過程,需經(jīng)歷七個階段(見圖1)[1].
此理論對于一般意義上的概念教學(xué)具有明確的指導(dǎo)意義. 但教學(xué)是一個動態(tài)的過程,具有一定的復(fù)雜性與靈活性,尤其受一些概念的特征與學(xué)生認(rèn)知水平的影響,教學(xué)實施過程中,難免會出現(xiàn)不遵循以上線性發(fā)展順序的情況. 那么,教師在教學(xué)中應(yīng)怎樣地引導(dǎo)學(xué)生的思維,幫助學(xué)生構(gòu)建清晰的概念,促進(jìn)其核心素養(yǎng)的提升呢?這是一個值得教師深入探討的問題.
培養(yǎng)策略
1. 問題驅(qū)動,孕育新知
傳統(tǒng)教學(xué)模式中,教師習(xí)慣用“傳授”的方式進(jìn)行教學(xué),學(xué)生按照教師的指令進(jìn)行學(xué)習(xí). 這種模式下,學(xué)生一般不會主動對教學(xué)過程或內(nèi)容產(chǎn)生疑問,也不會主動去探索新知,而是被動地接納. 顯然,這種教學(xué)模式禁錮了學(xué)生的思維,讓學(xué)生養(yǎng)成被動學(xué)習(xí)的習(xí)慣,從而缺乏學(xué)習(xí)的主動性.
隨著新課改的推進(jìn),“以學(xué)生為主體”的課堂模式登上教育的舞臺,明確了學(xué)生在課堂教學(xué)中的主體地位. 如何化被動為主動,讓學(xué)生積極主動地參與教學(xué)活動呢?實踐證明,豐富的情境能有效地激發(fā)學(xué)生的探究熱情;具體的問題,能啟發(fā)學(xué)生的思維;良好的課堂氛圍,能激發(fā)學(xué)生的潛能. 學(xué)生在和諧、民主、自由的課堂中自主合作探究,不僅能充分張揚學(xué)生的個性,還能有效地激發(fā)創(chuàng)新意識,為數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的形成奠定基礎(chǔ).
案例1? “數(shù)軸”的教學(xué)
本節(jié)課的教學(xué)重點與難點在于數(shù)軸的建模及有理數(shù)與數(shù)軸一一對應(yīng)關(guān)系的教導(dǎo). 照本宣科地進(jìn)行填鴨式教學(xué),只會讓學(xué)生處于云里霧里的狀態(tài),無法弄清概念的本質(zhì),更談不上對概念的深刻理解. 而創(chuàng)設(shè)問題情境,驅(qū)動學(xué)生的思維,是實施課堂導(dǎo)入的關(guān)鍵. 在設(shè)計問題情境之前,教師首先要思考:數(shù)軸教學(xué)的目的、作用以及生活意義是什么?只有弄清了這些問題,才能從真正意義上引導(dǎo)好學(xué)生.
基于以上思考,筆者在本節(jié)課教學(xué)時,創(chuàng)設(shè)了以下問題情境.
羽毛球館在學(xué)校大門東側(cè)40 m處,圖書館在羽毛球館東40 m處,小明從學(xué)校大門出發(fā),先往西走了110 m,又折回來往東走了320 m,求小明在圖書館的什么位置?
這是一個與學(xué)生生活密切相關(guān)的問題,很快就吸引了學(xué)生的注意力,還沒等教師提出要求,不少學(xué)生已經(jīng)在草稿紙上圈圈畫畫,進(jìn)行探究了.
巡視過程中,筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生的思維非常活躍,各種表達(dá)方法都有,大部分學(xué)生選擇的是用線段圖來表示. 為了讓學(xué)生有一個明確的研究方向,教師可鼓勵學(xué)生先自主描述這個問題情境,然后統(tǒng)一要求學(xué)生在自己所畫的線上取一點為0點,而涉及的一些數(shù)據(jù),則可用直線上的點來表示.
通過不斷地交流與修正,學(xué)生的意見逐漸趨于統(tǒng)一:以學(xué)校為0點,學(xué)校往東作為正數(shù)方向,學(xué)校往西作為負(fù)數(shù)方向,并選擇一個標(biāo)準(zhǔn)長度為單位. 如此,在這個問題情境的驅(qū)動下,數(shù)軸的三要素已初見端倪. 學(xué)生在此探究過程中,不僅表現(xiàn)出了良好的主動思考、探究的能力,還對數(shù)軸的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了良好的情感傾向.
2. 歸納類比,形成概念
有些數(shù)學(xué)概念相對抽象,學(xué)生學(xué)習(xí)起來有一定難度. 但仔細(xì)分析,會發(fā)現(xiàn)知識之間存在一些關(guān)聯(lián)性,根據(jù)這個特征,將學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的舊知與新知進(jìn)行類比教學(xué),往往能實現(xiàn)知識由此及彼的遷移,達(dá)到良好的教學(xué)效果.
初中階段涉及的概念較多,如函數(shù)、不等式等,雖然類型繁多,但知識之間確實存在一定的聯(lián)系,抓住這些聯(lián)系就為教學(xué)提供了類比的條件. 從學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)出發(fā),通過類比的方式,將已知遷移到未知的領(lǐng)域中,并類比分析、歸納總結(jié),即可突出重點,突破難點,提高教學(xué)成效.
類比是一種重要的數(shù)學(xué)思想方法,除了在概念教學(xué)中應(yīng)用得較多,在解題中也有大量使用. 因此,教師應(yīng)從思想上重視這種方法的應(yīng)用,并從行動上加強(qiáng)對這種方法的探究. 值得注意的是,教師應(yīng)從思維上形成一個認(rèn)識:類比就是類比推理,它是知識的遷移過程,而非兩個或兩類知識的差異性比較.
案例2? “反比例函數(shù)”的概念教學(xué)
在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)后,筆者特設(shè)計了以下幾個問題,讓學(xué)生進(jìn)行類比推理與概括.
問題1:觀察以下四個表達(dá)式,y=,y=7a+20,y=3.8n,t=,并思考以下問題.
(1)以上四個表達(dá)式中,分別有幾個變量?
(2)每個式子中的變量之間有沒有關(guān)系?若有,說一說其中的聯(lián)系.
(3)我們一般應(yīng)用哪些模型來研究變量間的關(guān)系?
(4)你們對這些函數(shù)熟悉嗎?
(5)能否為不熟悉的函數(shù)起個名字?
設(shè)計意圖? 循序漸進(jìn)的問題串,讓學(xué)生對函數(shù)產(chǎn)生更為直觀、深刻的認(rèn)識,學(xué)生通過一次函數(shù)與正比例函數(shù)的回顧,再次體會函數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系,從而將這種關(guān)系遷移到反比例函數(shù)中. 隨著認(rèn)知矛盾的產(chǎn)生,學(xué)生自然而然地產(chǎn)生了進(jìn)一步探究的想法,隨著新舊知識的類比概括,學(xué)生對反比例函數(shù)的概念產(chǎn)生了初步的認(rèn)識.
問題2:大家回憶一下,當(dāng)初研究一次函數(shù)的時候,是從哪些方面著手進(jìn)行分析的?如果要研究反比例函數(shù),該從何處著手呢?
問題3:觀察問題1中所提供的反比例函數(shù)解析式,它們之間存在哪些異同點?(分組合作)
問題4:通過以上的類比與總結(jié),大家對反比例函數(shù)的解析式所具備的公共特征已有所了解,現(xiàn)在請大家根據(jù)正比例函數(shù)的定義,推導(dǎo)出反比例函數(shù)的定義.
隨著以上問題的逐個擊破,學(xué)生獲得反比例函數(shù)的定義為:形如y=(k≠0,且為常數(shù))的函數(shù). 教師強(qiáng)調(diào):x為自變量,y為x的函數(shù),k為反比例系數(shù).
任何一種函數(shù)思想方法的研究,首先是概念的研究,讓學(xué)生對概念的圖象與性質(zhì)產(chǎn)生清晰的認(rèn)識后,再學(xué)會運用概念來解決相應(yīng)的問題[2]. 以問題引導(dǎo)與類比歸納的方法,意在幫助學(xué)生將舊知的學(xué)習(xí)方式進(jìn)行加工,遷移到新知的學(xué)習(xí)中. 同時,類比、歸納思想的應(yīng)用,使得學(xué)生大概了解了研究函數(shù)問題的通用方法,為今后研究其他函數(shù)做鋪墊.
根據(jù)本例可知,緊扣知識內(nèi)部聯(lián)系,不僅能順利實現(xiàn)知識的遷移,還能有效地發(fā)展學(xué)生的思維,讓學(xué)生通過一個問題的研究獲得解決一類問題的能力. 因此,類比歸納,獲得概念的過程是概念教學(xué)的關(guān)鍵,也是培養(yǎng)學(xué)生形成良好學(xué)習(xí)能力的基礎(chǔ),更是促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)形成的基本條件.
3. 揭示內(nèi)涵,深化概念
在學(xué)生對概念有了明確的認(rèn)識后,接下來的教學(xué)任務(wù)就是揭示概念的內(nèi)涵與外延,讓學(xué)生全方位地認(rèn)識與理解概念,為概念的靈活應(yīng)用奠定基礎(chǔ). 如何揭示概念的內(nèi)涵,這是廣大教育者一直探索的問題,也是令不少教師感到困惑與棘手的問題之一. 為此,筆者針對這個教學(xué)環(huán)節(jié)做過多方面的嘗試. 實踐證明,引導(dǎo)學(xué)生動手操作、引用概念的發(fā)展史、多角度分析概念等方法是揭示概念內(nèi)涵的有效措施.
案例3? “無理數(shù)”的教學(xué)
為了揭示無理數(shù)的內(nèi)涵,讓學(xué)生感知無理數(shù)的特征,筆者特以認(rèn)識為例,引導(dǎo)學(xué)生感知揭示概念內(nèi)涵的過程,以深化學(xué)生對無理數(shù)概念的理解.
分析:縱觀的形成與發(fā)展歷史過程,在很早之前就出現(xiàn)了的近似值,但較晚才證明它無法用分?jǐn)?shù)的形式來表達(dá). 從認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的角度分析,初中階段學(xué)生從已有的生活經(jīng)驗出發(fā),能對有理數(shù)產(chǎn)生比較合理的認(rèn)識,但對無理數(shù)的認(rèn)識卻處于一個模糊的狀態(tài). 結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知特點,教授有理數(shù)與無理數(shù)的區(qū)別時,教師可引導(dǎo)學(xué)生從近似值的角度出發(fā),感知其無限不循環(huán)的小數(shù)特征,而非通過邏輯證明的方式來理解.
問題1:一個邊長為x的正方形,它的面積為x2. 若x的值為1,那么該正方形的面積為x2=1(x<2);若x的值為2,那么該正方形的面積為x2=4(x=2);若該正方形的面積為x2=2,那么x=,這個到底是多長呢?大家分析一下,是大于2還是小于2?
生1:我認(rèn)為應(yīng)介于1,2之間.
師:介于1,2之間的數(shù)有很多,到底是哪個數(shù)呢?
生2:不對,我剛剛計算了,1.5的平方為2.25,該值顯然大于2.
生3:1.42=1.96,小于2.
師:由此能說明什么?
生4:可見x是大于1.4的.
師:非常好!根據(jù)以上方法,我們可利用“二分法”無限計算,所獲得的值會越來越接近. 如圖2所示,這些數(shù)沒有規(guī)律可循,不是無限循環(huán)小數(shù),因此無法用分?jǐn)?shù)表示,由此我們將此類數(shù)稱為什么數(shù)?在這里表示什么?
生5:這類數(shù)就是無理數(shù),在這里表示面積為2的正方形的邊長.
師:非常好,這就是所蘊含的幾何意義. 你們知道根號的由來嗎?
(學(xué)生搖頭,并充滿渴望地望著老師)
師:在拉丁語中,根為radix;在英語中,根為root,這兩者的首字母都是“r”,16世紀(jì)的斯蒂文和路多爾夫兩人將“r”變形成了根號. 到17世紀(jì),法國的笛卡爾在原來的基礎(chǔ)上,將根號進(jìn)行了完善,形成了今天我們所熟悉的“”. 現(xiàn)在請大家觀看無理數(shù)歷史發(fā)展的視頻. (播放微視頻)
設(shè)計意圖? ①利用“二分法”估算的大小,其目的在于讓學(xué)生深刻體會無理數(shù)不是無限循環(huán)小數(shù),無法用分?jǐn)?shù)來表示,從本源上將有理數(shù)和無理數(shù)進(jìn)行了區(qū)分. ②引用正方形面積來理解,是為了讓學(xué)生感知算術(shù)平方根的幾何意義,由此滲透了重要的數(shù)形結(jié)合思想,并讓學(xué)生體會并非所有帶“”的數(shù)都是無理數(shù). ③介紹根號的形成史,是為了讓學(xué)生體會生活與數(shù)學(xué)的關(guān)系,數(shù)學(xué)概念是由生活實際抽象而來的,最后又反過來為更好地生活服務(wù). 微視頻的播放,能有效地激發(fā)學(xué)生對概念學(xué)習(xí)的興趣.
此教學(xué)過程,教師將教材知識進(jìn)行了重新整合,通過一定的教學(xué)手段,凸顯了有理數(shù)與無理數(shù)的區(qū)別,深化了學(xué)生對無理數(shù)概念的認(rèn)識. 這種教學(xué)設(shè)計不僅讓學(xué)生感知了概念的產(chǎn)生與發(fā)展過程,對無理數(shù)的本源產(chǎn)生了理解,還讓學(xué)生深刻體會了知識的衍生、發(fā)展,以及與生活的聯(lián)系.
教育的本質(zhì)是“教書育人”,知識的重要性,不言而喻,而“育人”的理念,可滲透到課堂的每個角落. 微視頻的播放,激趣的同時,還讓學(xué)生感知數(shù)學(xué)概念從無到有,逐漸完善的過程,知道我們所熟知的知識并非是天上掉下來的,而是經(jīng)歷了一個艱辛的探究與發(fā)展歷程,體會在追求真理的學(xué)習(xí)道路上,只有保持堅持不懈、孜孜不倦、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度,不斷地克服困難,才能實現(xiàn)質(zhì)的飛躍.
李邦河院士提出:概念是數(shù)學(xué)的根本,數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)玩的是概念,而非技巧[3]. 縱觀近些年的中考試題,很多新穎的命題都源自概念,又高于概念. 因此,教師應(yīng)從思想上重視概念教學(xué),深入挖掘與探究概念的內(nèi)涵與外延,這對發(fā)展學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)具有深遠(yuǎn)的影響.
參考文獻(xiàn):
[1]曹才翰,章建躍.數(shù)學(xué)教育心理學(xué)[M]北京:北京師范大學(xué)出版社,2014.
[2]李興貴,王富英.數(shù)學(xué)概念學(xué)習(xí)的基本過程[J]. 數(shù)學(xué)通報,2014,53 (02):5-8.
[3]李邦河. 數(shù)的概念的發(fā)展[J]. 數(shù)學(xué)通報,2009,48(08):1-3,9.