渗透数学基本思想指导科学设计学习过程_数学论文

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      笔者从2011年~2014年全程参与了厦门市湖里区区域课改课题“先学后教,反馈矫正”,该课题实验以小组合作为框架,以导学案为抓手,改变了教师的教学观念,改善了课堂景观,促进了学生自学能力和合作、交流的能力.

      一、“导学思考”设计的误区及反思

      在实施“先学后教、反馈矫正”课题的过程中,我们发现要落实“以学定教”的理念,导学案的编写至关重要.在整个课改实验中,导学案起着“抓手”的作用,学情的获得、讨论的聚焦、落实的依托,都有赖于导学案的质量.而“导学思考”的设计,则是导学案编写质量好坏的关键.

      目前我区所用的导学案,是集中我区骨干教师精心编写的成果.主要优点有:环节完备;容易上手;不易偏差.这些优点为“先学后教,反馈矫正”课题实验的顺利推进,起到了重要的作用.不足之处主要是“重技能轻思维、重结果轻过程”.由于参与编写的教师刚开始接触课改,对课标的理念把握不够到位,加上时间仓促且缺乏实践反馈,这份导学案相当多的“导学思考”缺乏有效的设计,甚至停留在内容搬家的低层次上.有些问题甚至简单地等同于习题,缺乏知识的发生、发展的过程.教师和学生,课堂聚焦的焦点,往往不自觉地集中在“解题的技能”上.由于没有经验,编写者缺乏对教材深刻的解构,学生在使用导学案时,就难以形成属于自己的建构.有些问题虽有设计,但缺乏梯度上和指向上的考虑,没有考虑到一个教学班级学生学习基础和思维层次上的诸多差异.这些不足直接影响到获得学情的准确性和全面性,致使教学主动性出现迷失.一方面有些教师容易囿于导学案的框架,认为只要完成导学案预设的任务就符合要求了,忽视对教学中生成性问题的主动思考和探索,导致教师主导性的被动化.另一方面由于设计方面的缺失和分层方面考虑的不足,学生学习的主动性也逐渐受到消极的影响.学有余力的学生感受不到相应的挑战思维上也得不到有效的发掘,而基础较差的学生又往往缺少足够的成功体验以及成功体验之后的拾级而上.

      由此,要依托导学案进一步推动新一轮课改,在“导学思考”的设计上,编写者就应站在更高的角度去思考问题.不仅要考虑知识与技能的落实,还要考虑其发生与发展的过程,也要注重数学思想的渗透.同时,在问题的设计上,还要充分体现层次,让不同层次的学生都能够主动预习,反馈给教师各层次的学情,以便更好地聚焦目标.

      二、改进的策略

      要想从根本上改进目前导学案设计中存在的“重技能轻思维、重结果轻过程”的弊端,编写者必须对课标的变化有深刻的领会.2011版课程标准在实验稿基础上,将双基拓展为四基,即基础知识、基本技能、基本思想、基本活动经验.这种变化体现了对于数学课程价值的全面认识,学生通过数学学习不仅仅获得必需的知识和技能,还要在学习过程中积累经验、获得数学发展和处理问题的思想.创新精神的培养需要三个基本要素:创新意识、创新能力和创新机遇.其中,创新意识和创新能力的形成,不仅仅需要必要的知识和技能的积累,更需要思想方法、活动经验的积累.以数学的基本思想为主线,进行“导学思考”的设计,可以从数学课堂的源与流入手,通过设计“好的活动”与“好的问题”,既兼顾基础知识、基本技能,又从学生的可持续发展的需求出发,落实基本思想和积累基本活动经验,从而克服这种弊端.

      初中数学思想主要是分类讨论思想、数形结合思想、函数与方程思想、转化与化归思想;也有人认为,初中数学思想主要指:函数思想、换元思想(代换思想)、数形结合思想、等效思想、优化思想;还有人认为,初中数学思想包括等量替换、数形结合、分类、递归、转化、换元、配方等.笔者采用史宁中先生的观点:数学推理思想、数学模型思想.人们通过抽象,从客观世界中得到数学的概念和法则,建立了数学学科;通过推理,进一步得到更多的结论,促进数学内部的发展;通过建模,把数学应用到客观世界中,沟通了数学与外部世界的桥梁.

      下面笔者结合实际案例,重点谈谈如何以数学抽象思想、数学推理思想、数学模型思想为主线,进行初中数学导学案的“导学思考”设计.

      1.以抽象思想为主线

      所谓的数学抽象思想,就是把与数学有关的知识引向数学的内部.数学抽象有两类:数量与数量关系的抽象、图形与图形关系的抽象.数学抽象分为两个层次:直观描述与符号表达.与此相关的课标中的关键词是数感、符号意识、空间观念、几何直观.

      (1)数感与符号意识.(案例:二次函数数学活动)在数量与数量关系的抽象中,侧重关注数感与符号意识的培养.数感主要指关于数与数量、数量关系、运算结果估计等方面的感悟.符号意识主要指能够理解并且运用符号表示数、数量关系和变化规律;知道使用符号可以进行运算和推理,得到的结论具有一般性.数感与符号意识的培养,主要还是要让学生通过精心设计的数学活动去积累经验,在积累经验的基础上,逐渐上升到感悟的层次.

      例1 《二次函数的数学活动部分》

      导学思考:

      问题1.①观察下列两位数的和与积,看看有什么规律:

      11×19,12×18,13×17,14×16,15×15,16×14,…,19×11

      ②观察下列两位数的和与积,看看有什么规律:

      21×29,22×28,23×27,24×26,25×25,26×24,…,29×21

      ③你能再写一组这样的两位数的乘积吗?并用二次函数的知识解释你所写的式子也符合上面的规律.

      ④按照这个规律,补全下列乘积式.

      101×199,102×198,103×________,

      104×________,________×________,…,________×101.

      其中,乘积最大的式子是________;

      701×799,702×798,703×________,

      704×________,________×________,…,________×701.

      其中,乘积最大的式子是________;

      101×299,102×298,103×________,

      104×________,________×________,…,________×101.

      其中,乘积最大的式子是________;

      反思:若两个正数的和________,则当这两个正数________时,它们的乘积最大.

      你会用字母表示这个规律吗?

      ⑤你能否用二次函数的知识证明你的发现?和同学交流下,看看谁的方法好.

      该案例的设计,主要立足于让学生通过几组数的乘积去发现规律、感悟规律、运用规律、证明规律.从计算到观察,再到补全规律,然后是运用规律写出符合规律的一组乘积式,最后在运用所学的二次函数的方法进行规律的验证.通过这一连串活动的设计,让学生在充足的数字规律积累的基础上,上升到用字母表示规律、用函数知识证明规律,这就是一种循序渐进的数感与符号意识的培养.

      (2)空间观念和几何直观.在图形与图形关系的抽象中,编写者要特别注重空间观念和几何直观这两个关键词.空间观念主要指根据物体特征抽象出几何图形,根据几何图形想象出所描述的具体物体;想象出物体的方位和相互之间的位置关系;描述图形的运动和变化;根据语言的描述画出图形等.几何直观主要指利用图形描述和分析问题,几何直观在整个的数学学习过程中,都发挥着重要作用.就初中学生的思维特点来说,多动手操作、动手实践是一种重要的培养空间观念和几何直观的途径.教学中应让学生在动手中去观察、辨别、猜想、验证和运用,而不是依靠教师强行的灌输.

      例2 《圆周角与圆心角1》

      导学思考:

      问题1:怎么定义圆周角?

      ①动手试一试:如图,在⊙O上任取两点A、B,则∠AOB是⊙O的一个圆心角.试着画一画,把角的顶点从圆心往外移动,你可以画出几类不同的角?

      (教师指出,像……这样的角,就是我们要研究的圆周角.)

      

      ②有人说,顶点在圆心的角叫做圆心角,顶点在圆周上的角就叫做圆周角.你同意吗?

      (通过反例进行概念的辨析)

      问题2:圆周角定理的发现与证明.

      ①你刚才画的圆周角和圆心角在位置上有什么共同点?(都是同弧所对的角)

      ②再画几个这条弧所对的圆周角,量量这些角的度数.有什么发现?

      把你的发现用猜想的形式写下来.

      ③观察你们小组所画的图形,圆心和圆周角有几种位置类型?

      选择你认为最简单的一种,证明你的猜想.(引导学生选择圆心在圆周角一边的情形)

      ④怎么证明另外的情形呢?想一想,和同学交流下.

      ⑤再举几个例子说明你的发现.

      反思归纳:________.

      该案例的设计,立足点在于让学生从已有的圆心角的概念出发,通过角的顶点的位置变化,感受到圆周角的存在和研究的必要;继而通过具体的测量猜想同弧所对的圆周角和圆心角的关系,然后运用转化的思想引导学生进行证明.在学生完成知识建构的过程中,不断地动手画图、测量、观察,遵循由具体的数量抽象出由位置关系决定的角度的关系(用一般性的符号表示),从而达到空间观念和几何直观的培养.

      2.以数学推理思想为主线

      所谓的数学推理思想,就是指数学推理是一种基本思维方式,贯穿于整个数学学习的始终.它包括归纳推理和演绎推理.归纳推理命题由小到大,结论是或然的;演绎推理命题从大到小,结论是必然的.归纳推理的功能在于发现结论;演绎推理的功能在于验证结论,二者相辅相成.以数学推理思想为主线,进行导学设计,就是从数学的基本思维方式入手,从数学带给学习者的最持久的收获入手,这也是数学思考和问题解决的需要.

      (1)演绎推理

      例3 《二次函数的数学活动部分》

      导学思考:

      在平面直角坐标系中,点A的坐标是(0,2),在x轴上任取一点M,连接AM,作线段AM的垂直平分线

,过点M作X轴的垂线

,记

的交点为P.

      ①请同学们观察几何画板,当老师拖动点M时,点P形成的曲线是什么形状?

      ②设点P的坐标为(x,y),如何求该曲线相应的函数解析式呢?

      a.要求函数解析式,就是求x与y的关系;

      b.由垂直平分线的性质,可以得到________=________;

      c.能否用含x、y的式子表示上面的等量关系呢?

      d.把上面的等式化成y=________的形式

      ③能验证前面我们的猜想了吗?

      ④如果把点A的坐标改为(0,4),其余作图步骤不变,你会求点P运动所成的曲线相应的函数关系式了吗?试一试.

      反思:到定点的距离与到定直线的距离相等的点,形成的曲线是________.

      该案例的设计先让学生动手操作,再以几何画板课件进行演示,让学生通过观察发现奇妙的结论,引发学生的好奇心理,再步步为营进行引导,通过列方程的方法证明y与x之间的函数关系确实是二次函数.该设计侧重让学生学会用演绎的方法去验证猜想的正确与否.

      (2)归纳推理

      例4 《平方差公式1》

      导学思考:

      由两个单项式组成的多项式称为二项式.两个二项式相乘,结果会是几项呢?写出几个这样的乘积式,并把结果写出来.

      ①各小组整理上面所列的乘积式,讨论下,从结果看可以分成几类?

      ②从结果看,你最喜欢哪一类?为什么?

      ③请你再写两个这样的乘积式.

      ①这些式子的左右两边分别有什么特征?

      ②你能否用一个简洁的式子表示上面的规律?(用字母a、b表示)

      请你画一长方形,使它的面积等于阴影部分的面积.

      

      探索是数学思考的一个重要认知方式,也是衡量一节数学课有没有数学味的一个指标.课程标准上这么描述数学思考:在参与观察、实验、猜想、证明、综合实践中,发展合情推理(即归纳推理)和演绎推理能力,清晰表达自己的想法.如何在我们日常的教学中抓住时机,去设计、去让学生感悟呢?就如本节平方差公式,如果只是为了达到一种技能的目的,传统的设计与方法可能一点也不逊色.但数学课堂到底要给学生什么东西呢?知识只是学生进一步学习的平台,思考才是相伴一生的.基于此,本节的导学设计站在数学推理思想的高度,以观察、猜想、验证入手,以观察、猜想、验证收尾,让学生在课堂中充分思考、充分表达,力图凸显对数学思考的理解.另外,在突破掌握平方差公式特点这一难点时,采用从特殊到一般再到特殊的认知方式,尽量考虑初二学生的认知特点.至于问题解决,则对教材用图形面积解释平方差公式进行了重构,培养学生灵活运用所学知识解决问题的意识.

      3.以模型思想为主线

      模型思想的建立是学生体会和理解数学与外部世界联系的基本途径.这种模型思想,从宏观的角度讲,是将现实生活中抽象出的数学问题,用数学符号来研究数量关系和变化规律的思想;从微观的角度讲,运用某种提供的模型或策略解决类似问题的做法,也可以说是一种模型思想的运用.下面通过微观和宏观两个案例谈谈笔者具体的策略.

      例5 《三角形的中位线2》

      导学思考:

      问题:如图点D、E、F分别是△ABC各边的中点,线段AD和EF有什么特殊关系?

      

      分析:①两条线段的关系通常是平行、垂直、平分、倍数等关系.由图可知,不可能平行;通过改变图形的形状,也容易探究出不可能垂直或存在固定的倍数关系;于是我们可以大胆猜想:AD和EF互相平分.

      ②如何证明两条线段互相平分呢?通过平行四边形的性质来证明是一种重要的途径.

      ③题中有丰富的中点的资源,这就给我们利用中位线定理提供了基础.

      请你根据以上分析,写出解答过程.

      根据以上解决问题的模型继续探究:

      如图,E、F、G、H分别是AB、BC、CD、DA的中点,连接EG和FH.

      求证:EG和FH互相平分.

      

      反思:利用中位线定理解决线段间的数量和位置关系,是一种常用的方法.要点是:有三角形找中点,有中点找三角形.

      该案例从微观的层面呈现了模型思想在导学设计上的渗透.给出的问题在三角形中位线背景下,通过平行四边形的模型去处理两条线段互相平分的结论.待解决的问题则是在四边形各边中点的条件下,探究类似的结论.通过对问题的剖析,逐渐深入到模型的本质,从不知模型到感知模型,再到运用模型.

      例6 《最短路径问题2——造桥选址问题》

      导学思考:

      问题:A、B两地在一条河的两岸.现要在河上造一座桥MN.桥造在何处可使从A到B的路径AMNB最短?(河的两岸是平行的直线,桥与河垂直)

      ①请你画出从A到B的路径示意图.

      ②路径的长指的是哪些线段的和?

      ③路径最短取决于什么?

      ④“AM+BN最短”,与前面我们学过的最短路径问题有什么区别联系?

      ⑤那么,我们如何把不共端点的线段的和最小,转化为共端点的线段的和最小?

      ⑥请你画出路径最短时点N的位置.

      解决问题:

      设m>0,A(-8,m+l)、B(4,-m),线段MN⊥x轴于N,MN=1.若点N(a,0),求当AM+MN+BN最小时,a的值.

      该案例的设计从宏观的层面呈现了模型思想的导学设计.设计者在对“造桥选址”的问题进行深入探究后,认为其本质是如何把没有公共端点的两条线段的和最小的问题,转化为有公共端点的两条线段和最小的问题.设计中侧重引导学生分析问题、感知模型、提炼模型、解决问题,并通过变式创设了一个以动点为背景的“造桥选址”问题,体现了这种模型思想的进一步延拓.

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