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第15章 数学逻辑思维方法教学(4)

整体性质未必是局部性质的概括,更未必是局部性质的叠加。例如,数列的性质不仅体现在它的各项中,更体现在它的项与项的相互关系中。因此,通项公式前n项和的公式,都是数列整体性质的体现。又如,关于复数的模的研究,共轭复数的性质,以及与此有关的一系列公式,都反映了复数集的整体性质,它们不是个别复数所能具有的。又如,整数集与数轴上的整点集一一对应;有理数集与数轴的有理点集一一对应,但有理点集在数轴上的分布具有稠密性,这是整点所不具有的;同样,实数点在实数轴上的分布具有完备性,这又是有理点集所不具备的,复数集包含了实数集,但复数集具有无序性,这是复数集所特有而异于实数集的性质。

因此,在数学教学中,要帮助学生正确把握概念的整体性质。

3.在命题教学中培养整体意识

数学命题由条件、结论两部分构成,条件与结论之间以某种推理链联系着,从而构成了一个具有因果关系的整体,利用命题可以揭示有关数学对象的性质,或者数学对象之间的关系。概念与命题共同构成了推理的网络,从而体现了数学的整体性质。

(1)重视命题的整体把握

在教学中,要全面地把握命题的条件和结论,了解其因果关系和整体结构,例如,要研究命题的条件对于结论而言是否充分的,还是必要的;是否充分必要的,还是非充分非必要的。如果命题的条件对于其结论而言是充分必要的,那么,命题的条件和结论就实现等价,从而可以相互替换。

要注意研究公式成立的条件,公式的变形和转化,以及公式的某些特例,从整体上把握公式的运用。

(2)探索命题之间的关系

数学命题之间存在多种联系,如蕴涵关系,等价关系,等等。对命题间关系的探索研究,有助于揭示数学内容之间的内在联系,能体现数学的整体性和统一美。

二、在解题教学中培养整体意识

解题结构的优化,取决于对己知条件的整体、综合运用的程度,取决于对题意的整体把握程度,当然也取决于对求证(解)结论的理解和分析的程度。不少学生对题意的理解,对条件的利用往往是片面的、孤立的和局部的,从而使解题的过程冗繁多错,因此,在解题教学中,要积极培养学生的整体意识,从而探索更优美的解法,更好的解题效果。

1.重视对研究对象的整体现象

一些问题如从局部考虑或逐一考虑,则计算复杂,但如从整体把握,则能略去繁琐细节,反而容易找到解题捷径。

2.抓住求解对象与已知条件的整体关系

问题的条件与求解对象间,必然存在某种关系,把握好这种关系,容易找到解题途径。

3.把握条件的整体性质

局部与整体是一对矛盾,对已知条件的每个部分进行剖析,有时能体会已知条件的整体性质,有时又应对已知条件作整体考虑,才能优化解题程序。

(第五节 )学生应形成正确的数学观

正确的数学观念是高层次的科学素质,在普通教育的十二年间,学生花了大量时间学习数学,应当对数学产生较为正确的认识,然而,中外调查研究结果表明,不少学生埋头于计算,对正在学习的数学存在诸多误解。这就扭曲了数学学习的本来意义。

一、各国数学课程重视正确学科观念的培养

1.数学观念的涵义

什么是正确的数学观念?人们存在不同的见解,然而,正面阐述这个问题的文献并不多见。综合国内外数学课程的有关材料,正确的数学观念应包含如下成份:对数学的初步正确的认识;对数学的感情和兴趣;解决数学问题的愿望;对数学美、数学创造的鉴赏;形成正确的空间观念;把日常生活问题数学化要求;对数学问题拥有解决的能力和信心。正确的数学观念并无统一的标准,因为它是随着学生数学水平的提高,数学经验的丰富,而逐步形成的。

2.培养数学观念列入课程标准

各国推出面向21世纪的数学课程标准,都把培养学生正确的数学观念作为数学课程目标的重要组成部分,如:

美国力求让学生懂得数学的价值,并形成对自我数学能力的信心;

英国注意引导学生欣赏数学美,形成对数学创造的鉴赏能力;

法国重视数学的文化内容,通过历史背景的介绍,让学生了解数学的继承性和统一性;

德国重视发展学生的空间观念;

前苏联注意介绍数学思想方法的形成及其斗争,以及它们在认识现实世界中的作用。

3.我国未来的数学课程标准,将把数学观念的培养放在更突出地位

1999年4月,在教育部的支持下,我国九年义务教育数学课程标准研制小组成立,该小组撰写的《关于我国数学课程标准研制的初步设想》在几个有影响的数学教育杂志发表,在全国范围内掀起有关数学课程标准的热烈讨论,根据该设想的初稿和修改稿,培养正确的数学观念,成为未来的数学课程目标的主要组成部分之一,在我国数学课程标准中,将按不同学段逐步予以阐述,体现了长期培养,逐步完善的科学要求,按照我国数学课程标准的设想,培养学生的数学观念有以下各项:数学的来源;数学的地位;数学与现实生活的联系;数学思维的特点;数学的趣味性和挑战性;数学美和数学的力量,等等。和以往的数学教学大纲相比,新数学课程标准在数学观念的培养方面,提法更全面,地位更突出。

二、中学生的数学现存在诸多片面性

当前各国中学生对数学的认识却存在诸多的片面性。根据相关调查研究,发现中学生数学观的片面性或对数学的误解表现为以下几个方面。

1.把数学等同于计算

学生(甚至部分社会人士)对数学的这一误解,可以追溯到我国数学历史根源。我国古代数学大多与计算相联系,在我国数学史上,算术和代数的成果较几何为多,即使几何的研究,也偏重于计算,演绎推理的重要性,很晚才得到强调。我国古代数学著作不少以算经相称。以往一段时期,人们把小学数学称为算术,就源于这一传统,对数学的这一误解,低年级学生较为普遍。20世纪80年代以来,我国重视几何教学,重视推理论证,学生的上述误解,已在一定程度上得到纠正。

2.把数学看成一堆概念和法则的集合

不少学生孤立地学习数学概念和法则,看不到或少看到概念和概念之间,法则和法则之间,概念和法则之间,章节之间,科目之间,存在深刻的内在联系。由于存在上述误解,就难以体会数学的威力、魅力和价值,学习上死记硬背,导致效果不佳、惧怕、焦虑和厌烦心理。1998年8月,在韩国召开的东亚国际数学教育研讨会上,美国南密苏里州立大学谭美拉教授报告了《美国4—8年级学生数学学习焦虑情绪的调查》,她指出,教师在课堂教学中强调的东西过多,教学进度快,教学铺垫过少,对数学术语的解释模糊不清,过分注重数学的特殊技巧,频繁的限时测验,都给学生造成压力,从而产生焦虑甚至厌烦情绪。同样,根据华南师范大学数学系对中学生的调查,学生中间对数学的惧怕,厌烦情绪相当普遍,这对数学观念的正确形成是十分不利的。

3.数学问题观念呆板化

相当多学生(甚至有些教师)把数学问题等同于课本的练习题、复习题、或者考试的考题。他们习惯于数学问题有确定的、甚至唯一的答案。

例如,澳大利亚教授Clarke举例说,对以下问题:写出通过点(2,1)的五条直线的方程。

许多学生的回答让命题的教师们感到惊奇,这些学生认为题目的条件不够充分,因为题目没有包含两点,或者一点一斜率,因而构造不出所需要的方程。

当前,国内外有关专家正在开展开放性数学问题研究,这对于帮助学生形成良好的数学观念有重要意义。我们期望有关成果在未来数学课程中得到体现。

4.看不到或少看到活生生的数学问题

现实生活存在丰富多彩的问题与数学相关。然而,多数学生对这些问题认识肤浅,甚至没有认识。例如,香港中文大学所作的一次调查中,有如下的问题与谈话:

问话者:如果你的哥哥利用一张表,以便记录每晚睡眠时间有多长,他是否在作数学?

学生1:是的,因为那张纸是长方形的,而且表格中包含了放在一起有许多格子,因此,记录睡眠小时数是数学。

学生2:纸,就是一张纸,而且所记录的是睡眠小时数,因此再次与数学联系在一起。

可见,受试学生把数学和数字,图形等同起来。因此,帮助学生了解、理解现实生活中的数学问题,形成解决这些问题的意识和能力,是教学课程的重要任务。

三、培养正确数学观念的策略

当前我国中学生的数学观念,有不少正确成份,也存在误解或片面性,培养学生的数学观念,要注意以下策略。

1.统筹安排,及早培养

这是长期,综合性任务,它应贯穿于数学教育的全过程,并应该:

①划分层次教学要求。即根据各年级学生的年龄特征和教学内容,确定数学观念所形成的基本要求,以对数学的认识为例,各学段应该包含如下的教学要求:

小学1—3年级初步了解数学在日常生活的许多用处,数学包含许多计算问题。

小学4—6年级认识数学来源于现实生活,它研究图形特征和数量关系。

初中认识利用数学符号能表达数量关系和规律,进行推理和运算。

高中认识利用数学能概括模式,研究关系,如研究静止状态和运动过程,局部问题和整体问题,必然规律和偶然条件,图形变化特征和数量关系。

②及早打开数学视野,拓宽数学课程内容,传播现代数学思想,不断丰富对数学的认识。例如,小学数学应该渗透用字母表示数的思想,初中数学要加强函数思想的渗透,高中数学应包含概率和微积分,用向量方法统一处理平面几何与立体几何的有关问题。

③把握观念的发展变化,每个年级,每个学段的开始,每个重要概念,重要思想方法的引入,都能使学生的数学观念产生飞跃。课程的设计要有助于学生完成这些飞跃。例如,初一的有理数概念,初二的实数概念和几何推理方法,初三的函数概念和统计方法,高一的函数思想和立体几何推理方法,高二的模式关系思想和数形结合方法,高三的极限思想和微积分等方法,等等。这些既是数学学习的难点,也能对数学观念的正确形成产生重要影响。教师应了解学生数学观念的变化,并通过多种活动,促进观念的发展。

④加强训练应用意识,让儿童从早期起,就逐步接触和处理实际问题。让他们体会到,生活当中处处有数学,处处用得着数学。应该让学生认识到,日常生活中的数学问题,没有贴上“数学”的标签,也未必有唯一答案,甚至没有答案。根据我国中学数学的实际情况,初中数学每学期设有一次探索性活动,高中数学每学期设有探究性课题,开展好这类活动,对提高学生的应用意识,将有促进作用。

2.明暗结合、逐步培养

对不同年龄、不同学段的学生,其观念的培养,应采用不同方法;观念中的不同因素,亦应以不同方法予以训练。

①数学的对象宜明讲,通过概念,定理,公式的教学,逐步地,正面地揭示数学的对象。

②数学的特点宜暗宣,通过系统的教学,使学生对数学的认识,由模糊变为明朗,有感性认识上升为理性认识。

③数学的价值宜体会。我国学生大都体会到数学在学习中的价值(他们往往把数学的价值与它在考试中的地位联系在一起)。今后,要创造更多机会,让学生体会到数学在日常生活中、在社会主义建设中的价值。

④数学的应用宜实践,课程要为各年级的有关章节,安排适当的实践作业,在实践中,全面发展学生的应用意识和能力。

3.内外联系,交错培养

理论联系实际的能力,不能局限于课堂内,也不能局限于数学课程之内,这是中小学阶段各课程共同的、整体性的任务。

①揭示数学的内在联系,课程要打破条块分割,重视数形结合,不断揭示数学的多样性和统一性,低年级要注意新观点的逐步渗透,高年级要适当运用新观点回顾复习旧知识。

②重视课程的交叉配合,数学课程要加强和其他学科的联系,其他课程要注意数学思想方法的运用。因此,教师应具备较宽阔的知识面,而且各科教师间的交流和合作是十分重要的。

4.面向全体,个别培养

观念的形成过程,存在个体和群体的差异,我们既要力争全体学生数学观念的健康成长,又要帮助每个学生数学观念的正确形成。

①允许学生以不同速度,在不同层次上,发展其数学观念。

②提供机会,让学生相互交流,相互影响,从而促进观念的健康发展。

③加强个别辅导,帮助学生及时排除学习障碍,恢复对数学学习的兴趣,以便树立学好数学,用好数学的信心。

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