关于推理能力的几点思考_数学论文

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在日常生活、学习和工作中,人们经常要对各种各样的事物进行判断,判断事物的对与错、是与非、可能与不可能等。判断是对事物的情况有所断定的思维形式。由一个或几个已知判断推出另一未知判断的思维形式,叫做推理。推理有演绎推理、归纳推理、类比推理等。

随着科学技术空前迅速的发展,人类进入了21世纪。人们面对纷繁复杂的信息,经常需要作出选择和判断,进而进行推理,作出决策。这对事情的成败、人的成长和发展都起着重要的作用。因而,义务教育阶段“数学课程的学习,强调学生的数学活动,发展学生的……推理能力”。

1 《标准》提出的推理能力

《标准》中指出:“学生通过义务教育阶段的数学学习,经历观察、实验、猜想、证明等数学活动,发展合情推理能力和初步的演绎推理能力。”演绎推理(亦称演绎法)的前提和结论间具有蕴涵关系,是必然性推理。演绎推理的主要形式是三段论。合情推理是根据已有的知识和经验,在某种情境和过程中推出可能性结论的推理。合情推理的主要形式是归纳推理和类比推理。

数学对发展推理能力的作用,人们早已认同并深信不疑。但是,长期以来数学教学注重采用“形式化”的方式,发展学生的演绎推理能力,忽视了合情推理能力的培养。应当指出:数学不仅需要演绎推理,同样需要合情推理,科学结论(包括数学的定理、法则、公式等)的发现往往发端于对事物的观察、比较、归纳、类比……,即通过合情推理提出猜想,然后再通过演绎推理证明猜想正确或错误。演绎推理和合情推理是既不相同又相辅相成的2种推理。

《标准》对推理能力的主要表现作了如下阐述:“能通过观察、实验、归纳、类比等获得数学猜想,并进一步寻求证据、给出证明或举出反例。”这就是说,学生获得数学结论应当经历合情推理到演绎推理的过程。合情推理的实质是“发现”,因而关注合情推理能力的培养有助于发展学生的创新精神。当然,由合情推理得到的猜想常常需要证实,这就要通过演绎推理给出证明或举出反例,《标准》中对一些公式、法则、定理的证明,也规定了相应的论证要求。

(1)能清晰、有条理地表达自己的思考过程,做到言之有理、 落笔有据。

无论在合情推理或演绎推理的过程中,思考者常常自己使用残缺不全、不连贯、具有高度情境性的语言,要把这种“内部语言”转化为外部语言,必须理清思考过程中每一个判断的理由和依据,使思考过程变得清晰而有条理,从而才能言之有理、落笔有据地表达。这里的表达,包括口头语言和书面语言2种形式, 以及学生用自己的语言表达和用数学的语言表达2个层次。

(2)在与他人交流的过程中, 能运用数学语言合乎逻辑地进行讨论和质疑。

用数学的语言与他人进行交流、讨论、质疑的前提是每个人都能清晰、有条理地表达自己的思考过程。这里,“用数学语言合乎逻辑”的表达是重要的,只有这样,才能确保讨论者有共同的语言和“规则”。质疑则是学生经过自己的分析、判断,对已有结论(自己的或他人的)的正确性提出疑问的理性思考,合乎逻辑的质疑是推理能力发展的更高级的阶段。

以往,人们在研究数学教学中发展学生推理能力时,往往首先想到几何。事实上,数学的各个分支都充满了推理——合情推理和演绎推理。应当认识到:几何为学习论证推理提供了素材,几何教学是发展学生推理能力的一种途径,但绝不是唯一的素材和途径。数学教学中发展学生推理能力的载体,不仅是几何,而且广泛地存在于“数与代数”、“概率与统计”和“实践与综合应用”之中。只有这样,才能使几何教学目标更加全面,才能进一步拓宽发展学生推理能力的空间。

2 推理能力的培养问题

《标准》中对义务教育阶段学生应具有的推理能力提出了明确的要求,要实现这些要求,达到培养学生的推理能力的目标,需要注意以下问题:

2.1 把推理能力的培养融合在数学教学过程中

能力的发展绝不等同于知识与技能的获得。能力的形成是一个缓慢的过程,有其自身的特点和规律,它不是学生“懂”了,也不是学生“会”了,而是学生自己“悟”出了道理、规律和思考方法等。这种“悟”只有在数学活动中才得以进行,因而教学活动必须给学生提供探索、交流的空间,组织、引导学生“经历观察、实验、猜想、证明等数学活动过程”,并把推理能力的培养有机地融合在这样的“过程”之中。任何试图把能力“传授”给学生,试图把能力培养“毕其功于一役”的做法,都不可能真正取得好的效果。

2.2 把推理能力的培养落实到不同内容领域之中

“数与代数”、“空间与图形”、“统计与概率”和“实践与综合应用”4个领域的课程内容,都为发展学生的推理能力提供了丰富的素材。所以,数学教学必须改变培养学生推理能力的“载体”单一化(几何)的状况,要为学生提供自主探索、合作交流的时间和空间;要设置现实的、有意义的、富有挑战性的问题,引导学生参与“过程”;要恰当地组织、指导学生的学习活动,并真正鼓励学生,尊重学生,与学生合作。这样,就能拓宽发展学生推理能力的空间,从而有效地发展学生的推理能力。

在“数与代数”的教学中,计算要依据一定的“规则”——公式、法则、运算律等,因而计算中有推理(算理)。现实世界中的数量关系往往有其自身的规律,用代数式、方程、不等式、函数刻画这种数量关系或变量关系的过程中,也不乏分析、判断和推理。这是一个经历观察、猜想、归纳、证明的过程,是一个既有合情推理又有演绎推理的过程。

在“空间与图形”的教学中,既要重视演绎推理,又要重视合情推理。即使在平面图形性质(定理)的教学中,也应当组织学生经历操作、观察、猜想、证明的过程,做到合情推理与演绎推理相结合。与原来的数学教学大纲相比,《标准》加强了3 维空间几何体(立体几何)的有关内容,并为学生“利用直观进行思考”提供了较多机会。

例 由6个正方体搭成一个几何体, 从正面看和侧面看的图形如图1所示。

图1 几何体前视图与侧视图

你能摆出这个几何体吗?

学生在实际操作的过程中,要不断地观察、比较、分析、推理,才能得到正确的答案,这个过程发展了学生借助直观进行推理的能力,有助于学生空间观念的形成。

“概率与统计”中的推理(也称统计推断)属于合情推理的范畴,是一种可能性的推理,与其它推理不同的是,由统计推理得到的结论无法用逻辑的方法去检验,只有靠实践来证实。因此,“概率与统计”的教学要重视学生经历收集、整理、分析数据,作出推断和决策的全过程。

2.3 通过学生熟悉的生活发展学生的推理能力

毫无疑问,学校的教育教学(包括数学教学)活动能推进学生推理能力更好地发展。但是,除了学校教育以外,还有很多活动也能有效地发展人的推理能力。例如,人们在日常生活中经常需要作出判断和推理,许多游戏活动也隐含着推理的要求等。所以,要进一步拓宽发展学生推理能力的渠道,使学生感受到生活、活动中有“学习”,养成善于观察、勤于思考的习惯。

例如,2个人握一次手,若每2人握一次手,则3个人共握几次手?n个人共握多少次手呢?这个问题与“由上海开往北京的1462次列车途中停靠23个站(不包括上海站和北京站),这次列车共发售多少种不同的车票”问题有深刻的内在联系,通过合情推理和类比的方法能发现许多有意义的规律。

2.4 要注意层次性和差异性

《标准》十分强调:数学教学要紧密联系学生的生活实际,从学生的生活经验和已有知识(从学生的实际)出发。推理能力的培养,必须充分考虑学生的身心特点和认知水平,注意层次性。

一般地说,操作、实验、观察、猜想等活动的难易程度容易把握,所以合情推理能力的培养应贯穿于义务阶段教学的始终。即使如此,《标准》在“学段目标”的“数学思考”部分的表述中,3 个学段仍然有着一定的层次:例如,“在教师的帮助下,初步学会选择有用信息进行简单的归纳和类比(第一学段)”;“能根据解决问题的需要,收集有用的信息,进行归纳、类比与猜测,发展初步的合情推理能力(第二学段)”;“能收集、选择、处理数学信息,并作出合理的推断或大胆的猜测”,“能用实例对一些数学猜想作出检验,从而增加猜想的可信程度或推翻猜想(第三学段)”……

3个学段培养学生演绎推理能力应更好地体现层次性, 《标准》在第一、第二学段中,并没有对此提出具体的要求,而是要求学生“能进行简单的、有条理的思考”,“能进行有条理的思考,能对结论的合理性作出有说服力的说服”,《标准》在第三学段才明确提出“体会证明的必要性,发展初步的演绎推理能力”的要求。

例如,“空间与图形”的学习,不同学段的学生观察、实验、推理的方式是不同的。在第一、二学段,学生主要通过简单的“看”、“摆”、“拼”、“折”、“画”等实践活动,感知图形的性质,或归纳得到一些结论;到了第三学段,在各种形式的实践活动中探索得到的结论,有时需要运用演绎推理的方式加以证明。如“画一个角等于已知角”的教学,大体经历这样的过程:用量角器、三角板画角,按照一定的步骤会用尺规画角——用重合的方法直观地感知所画的角等于已知角——学习了三角形的全等判别条件后,则可以用演绎推理的方式(利用“边边边”的全等条件)证明所画的角与已知角相等。

应当指出:培养学生的演绎推理能力不仅要注意层次性,而且要关注学生的差异。要使每一个学生都能体会证明的必要性,从而使学习演绎推理成为学生的自觉要求,克服“为了证明而证明”的盲目性;又要注意推理论证“量”的控制,以及要求的有序、适度。

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