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        素養(yǎng)導(dǎo)向下的數(shù)學(xué)概念教學(xué)的范式轉(zhuǎn)型

        2025-07-31 00:00:00李文靜
        數(shù)學(xué)之友 2025年11期
        關(guān)鍵詞:建模概念素養(yǎng)

        數(shù)學(xué)是全人類的共同財(cái)富,學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)就意味著掌握一種用現(xiàn)代科學(xué)語言構(gòu)建的知識和方法,培養(yǎng)理性的思維模式和技能,獲得數(shù)學(xué)能力,形成數(shù)學(xué)觀念,提升數(shù)學(xué)素養(yǎng).數(shù)學(xué)概念是組成數(shù)學(xué)的“細(xì)胞”,是構(gòu)建\"數(shù)學(xué)大廈\"的基石,所以在教學(xué)中,教師必須挖掘數(shù)學(xué)概念的教育功能,提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng).

        1概念教學(xué)的本質(zhì):從知識符號到素養(yǎng)載體

        1.1數(shù)學(xué)概念的三重教育價值再認(rèn)識

        數(shù)學(xué)概念不僅是靜態(tài)的知識符號,更是承載學(xué)科本質(zhì)的思維載體.從認(rèn)知發(fā)展視角來看,概念是學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基本單元,其教學(xué)應(yīng)實(shí)現(xiàn)三重轉(zhuǎn)化:一是符號表征向意義建構(gòu)的轉(zhuǎn)化,概念的符號形式需與學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)建立聯(lián)結(jié),通過“生活原型一數(shù)學(xué)抽象一形式化表達(dá)\"的漸進(jìn)過程,使學(xué)生理解概念的本質(zhì)屬性;二是孤立知識向思想體系的轉(zhuǎn)化,每個概念均蘊(yùn)含特定的數(shù)學(xué)思想,如導(dǎo)數(shù)概念關(guān)聯(lián)極限思想、數(shù)形結(jié)合思想及建模思想,教學(xué)中需揭示概念背后的思想脈絡(luò),形成“概念一方法一思想”的層級結(jié)構(gòu);三是知識技能向素養(yǎng)能力的轉(zhuǎn)化,概念的理解與應(yīng)用過程本質(zhì)上是數(shù)學(xué)抽象、邏輯推理、數(shù)學(xué)建模等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)過程,如“概率”概念的學(xué)習(xí),需經(jīng)歷從隨機(jī)現(xiàn)象觀察(數(shù)學(xué)抽象)到概率模型構(gòu)建(邏輯推理)再到?jīng)Q策應(yīng)用(數(shù)學(xué)建模)的完整素養(yǎng)發(fā)展鏈條.

        1.2新時代數(shù)學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵升級

        《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》將數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)界定為“具有數(shù)學(xué)基本特征的思維品質(zhì)、關(guān)鍵能力以及情感、態(tài)度與價值觀的綜合體現(xiàn)”1],因此概念教學(xué)需成為素養(yǎng)培養(yǎng)的主陣地.

        教師可以通過概念的生成過程,如從現(xiàn)實(shí)物體中抽象出“幾何體\"概念,培養(yǎng)學(xué)生剝離非本質(zhì)屬性、提取核心要素的能力,提升學(xué)生的數(shù)學(xué)抽象素養(yǎng);在概念的定義辨析中,如\"函數(shù)連續(xù)性\"與“可導(dǎo)性\"的關(guān)系辨析,培養(yǎng)學(xué)生的演繹推理與歸納概括能力,提升邏輯推理素養(yǎng);借助概念的應(yīng)用情境,如利用\"線性規(guī)劃\"概念解決資源分配問題,提升學(xué)生將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題的能力,同時提升學(xué)生的數(shù)學(xué)建模素養(yǎng).

        2立體化概念教學(xué)模型的構(gòu)建與實(shí)施

        2.1具身認(rèn)知視角下的概念生成機(jī)制

        基于建構(gòu)主義理論,在概念教學(xué)中,教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)“做中學(xué)”的具身認(rèn)知情境,通過多元表征促進(jìn)意義建構(gòu).

        2.1.1情境化概念引入,激活認(rèn)知錨點(diǎn)

        在教學(xué)中,教師可以設(shè)計(jì)如下真實(shí)問題情境作為概念生長的“認(rèn)知錨”

        (1)生活情境.例如,在“數(shù)列”概念教學(xué)中,以“細(xì)胞分裂”“斐波那契數(shù)列在植物生長中的應(yīng)用”等實(shí)例,讓學(xué)生感知數(shù)列的規(guī)律性.

        (2)學(xué)科情境.例如,在\"向量\"概念教學(xué)中,通過物理中的“力的合成與分解”“位移計(jì)算”的引入,建立向量的幾何意義與代數(shù)運(yùn)算的直觀關(guān)聯(lián),

        (3)認(rèn)知沖突情境.例如,在“復(fù)數(shù)\"概念教學(xué)中,通過“方程 x2+1=0 無解”的認(rèn)知矛盾,引發(fā)學(xué)生對數(shù)系擴(kuò)展必要性的深度思考.

        2.1.2過程化概念建構(gòu),經(jīng)歷抽象過程

        教師引導(dǎo)學(xué)生采用“觀察特例一歸納共性一形

        式定義一符號表征”的四步建模法進(jìn)行探究.下面以“函數(shù)單調(diào)性”概念教學(xué)為例.

        觀察特例:讓學(xué)生觀察 y=x2 在 (0,+∞) 的圖象變化趨勢.

        歸納共性:引導(dǎo)學(xué)生用自然語言描述“函數(shù)值隨自變量增大而增大\"的特征,

        形式定義:讓學(xué)生提煉“對任意 x12 ,都有f(x1)2), 的形式化定義.

        符號表征:幫助學(xué)生結(jié)合圖象(圖形表征)、解析式(符號表征)、生活實(shí)例(情境表征)進(jìn)行多元理解

        2.1.3可視化概念表征,突破抽象瓶頸

        教師可借助數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)概念的動態(tài)可視化.例如,利用GeoGebra演示“橢圓”概念中“動點(diǎn)到兩個定點(diǎn)距離之和為定值\"的動態(tài)生成過程,直觀呈現(xiàn)離心率對橢圓形狀的影響.又如,通過Desmos繪制函數(shù)圖象,讓學(xué)生在參數(shù)變化過程中,觀察“函數(shù)奇偶性”“周期性”的幾何特征,建立符號與圖形的雙向映射.

        2.2思維進(jìn)階導(dǎo)向的概念深度加工

        (1)概念網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)化建構(gòu).教師應(yīng)建立“概念群”教學(xué)意識,揭示概念間的邏輯關(guān)聯(lián)

        縱向關(guān)聯(lián):在“數(shù)系擴(kuò)充”教學(xué)中,建立“自然數(shù)一整數(shù)一有理數(shù)一實(shí)數(shù)一復(fù)數(shù)”的概念鏈,凸顯“運(yùn)算封閉性”這一核心驅(qū)動因素.

        橫向關(guān)聯(lián):在“三角函數(shù)\"教學(xué)中,從“單位圓定義\"“直角三角形定義\"“向量平移定義\"等不同視角,構(gòu)建多角度理解的概念網(wǎng)絡(luò).

        跨域關(guān)聯(lián):在“導(dǎo)數(shù)\"教學(xué)中,鏈接物理中的“瞬時速度”經(jīng)濟(jì)中的“邊際成本”,體現(xiàn)概念的跨學(xué)科本質(zhì).

        (2)批判性思維的深度訓(xùn)練.設(shè)計(jì)“概念辨析一反例構(gòu)造一命題推廣”的思維訓(xùn)練鏈.

        概念辨析:對比“頻率”與“概率”、“排列”與“組 合\"等概念的內(nèi)涵差異,強(qiáng)化對概念關(guān)鍵詞的精準(zhǔn) 理解.

        反例構(gòu)造:在“函數(shù)連續(xù)性\"教學(xué)中,讓學(xué)生構(gòu)造“存在極限但不連續(xù)”“連續(xù)但不可導(dǎo)”的反例,深化對概念充要條件的認(rèn)識.

        命題推廣:從“等差數(shù)列\(zhòng)"概念出發(fā),引導(dǎo)學(xué)生將相關(guān)命題推廣到“等和數(shù)列”“等積數(shù)列\(zhòng)"等,培養(yǎng)概念遷移與創(chuàng)新思維.

        (3)數(shù)學(xué)思想的顯性化提煉.教師應(yīng)在概念教學(xué)

        中嵌入“思想方法顯性化”環(huán)節(jié),如表1所示,

        表1

        2.3真實(shí)情境中的概念應(yīng)用遷移

        (1)問題解決能力的階梯式培養(yǎng).教師可以設(shè)計(jì)“基礎(chǔ)應(yīng)用一綜合應(yīng)用一創(chuàng)新應(yīng)用”的三級問題鏈

        基礎(chǔ)應(yīng)用:直接運(yùn)用概念解決單一問題,如用函數(shù)奇偶性判斷 f(x)=x3+sinx 的對稱性.

        綜合應(yīng)用:跨概念整合,解決復(fù)雜問題,如結(jié)合“導(dǎo)數(shù)\"和\"不等式”概念證明 ex?x+1

        創(chuàng)新應(yīng)用:在真實(shí)情境中創(chuàng)造性應(yīng)用概念,如利用\"正態(tài)分布”概念設(shè)計(jì)手機(jī)電池壽命的質(zhì)量控制方案.

        (2)數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)的項(xiàng)目化培養(yǎng).教師可以開展“概念導(dǎo)向\"的數(shù)學(xué)建模項(xiàng)目.下面以“共享單車調(diào)度中的最優(yōu)路徑規(guī)劃\"為例(應(yīng)用“圖論”“線性規(guī)劃\"等概念).

        實(shí)施流程如下.

        情境分析:明確調(diào)度目標(biāo)(最小化空車率與單車重載率).

        概念轉(zhuǎn)化:將“路徑\"轉(zhuǎn)化為“圖的邊”“調(diào)度成 本\"轉(zhuǎn)化為“邊權(quán)”

        模型構(gòu)建:建立“最優(yōu)路徑模型”

        求解驗(yàn)證:利用Python編程實(shí)現(xiàn)Dijkstra算法 或Floyd算法,檢驗(yàn)?zāi)P偷挠行?

        (3)跨學(xué)科應(yīng)用意識的深度拓展.教師可以挖掘概念在STEM領(lǐng)域的應(yīng)用價值.例如,在\"向量\"概念教學(xué)中,結(jié)合物理學(xué)中的“力的合成”計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的\"圖象平移或旋轉(zhuǎn)”,讓學(xué)生體會向量作為“幾何代數(shù)化\"工具的跨學(xué)科價值.又如,在\"統(tǒng)計(jì)\"概念教學(xué)中,引入生物遺傳學(xué)中的“概率分布”經(jīng)濟(jì)學(xué)中的“回歸分析\"案例,強(qiáng)化“數(shù)據(jù)驅(qū)動決策\(yùn)"的應(yīng)用思維.

        3素養(yǎng)發(fā)展導(dǎo)向的概念教學(xué)評價體系

        3.1多元評價維度的構(gòu)建

        教師應(yīng)突破單一知識掌握度評價,建立“三維度四層級\"評價框架(見表2).

        表2

        3.2過程性評價的實(shí)施策略

        教師可以采用“學(xué)習(xí)軌跡檔案袋\"法記錄概念學(xué)習(xí)過程.

        (1)概念生成日志.記錄學(xué)生在概念抽象過程中的困惑與突破,如“為什么需要引入虛數(shù)單位i”.

        (2)思維可視化作品.收集學(xué)生繪制的概念思維導(dǎo)圖、概念關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖等.

        (3)建模實(shí)踐報(bào)告.收錄學(xué)生在項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中撰寫的概念應(yīng)用方案、模型優(yōu)化反思.

        4新時代概念教學(xué)的挑戰(zhàn)與應(yīng)對

        4.1智能時代的教學(xué)范式轉(zhuǎn)型

        面對AI技術(shù)的沖擊,概念教學(xué)需強(qiáng)化“人類獨(dú)有優(yōu)勢\"的培養(yǎng),特別是深度理解能力和創(chuàng)新遷移能力培養(yǎng).

        在深度理解能力培養(yǎng)方面,教師要避免過度依賴AI工具而弱化概念思考,如在使用計(jì)算器計(jì)算導(dǎo)數(shù)時,仍需學(xué)生掌握導(dǎo)數(shù)的定義本質(zhì)與幾何意義;在創(chuàng)新遷移能力培養(yǎng)方面,可采用“概念 + AI\"的融合教學(xué)模式,如用Python驗(yàn)證“素?cái)?shù)分布猜想”,培養(yǎng)人機(jī)協(xié)同解決復(fù)雜問題的能力.

        4.2差異化教學(xué)的精準(zhǔn)實(shí)施

        針對學(xué)生的認(rèn)知差異,教師可以設(shè)計(jì)分層教學(xué)策略.針對基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生,通過概念具象化工具的引入,如立體幾何模型、函數(shù)變化動態(tài)演示等,降低認(rèn)知負(fù)荷;對于基礎(chǔ)較好的學(xué)生,提供概念拓展任務(wù),如探究“非歐幾何\"對“空間\"概念的顛覆與發(fā)展,滿足其學(xué)習(xí)需求.

        5結(jié)語

        數(shù)學(xué)教學(xué)的終極目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)學(xué)的眼光觀察世界、用數(shù)學(xué)的思維思考世界、用數(shù)學(xué)的語言表達(dá)世界的核心素養(yǎng).[2新時代的概念教學(xué),需脫離“概念定義 + 例題訓(xùn)練\"的傳統(tǒng)教學(xué)模式,構(gòu)建“知識建構(gòu)一思維進(jìn)階一素養(yǎng)生成\"的立體化教學(xué)體系,讓概念成為點(diǎn)燃學(xué)生數(shù)學(xué)思維的“火種”,使其在掌握學(xué)科本質(zhì)的過程中,發(fā)展適應(yīng)未來的關(guān)鍵能力與必備品格.當(dāng)每個數(shù)學(xué)概念都能在學(xué)生心中激發(fā)出理性思維的光芒時,數(shù)學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)便真正落到了實(shí)處

        參考文獻(xiàn)

        [1]中華人民共和國教育部.普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)M.北京:人民教育出版社,2020.

        [2]史寧中.學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與教學(xué)——以數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)為例[J].中小學(xué)管理,2017(1):35-37.

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