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      過程與結果是數(shù)學活動的雙翼

      2016-06-07 17:39屠桂芳
      江蘇教育研究 2016年14期
      關鍵詞:方程探究過程

      【人物檔案】

      屠桂芳,南京市第十三中學校長,中國教育學會教育管理分會理事、江蘇省中學教育管理專委會理事,江蘇省學生體協(xié)副主任及省中學生田徑協(xié)會主席,南京師范大學教科院管理專業(yè)指導專家與碩士生導師。先后獲得南京市名校長“陶行知獎”、南京市數(shù)學學科帶頭人,南京市教育科研先進個人等稱號。先后發(fā)表學術論文60多篇,主編或參編論著9本,主持并完成國家級課題2個、省級課題6個,獲得市級及以上表彰19項,主持的課題“高中自主學習文化的創(chuàng)新與實踐”獲2013年江蘇省教學成果獎(基礎教育類)一等獎,“新課程校本化的規(guī)劃與設施”獲得教育部國家級教學成果獎二等獎。

      “數(shù)學教學是數(shù)學活動的教學”,這句名言流傳極廣,在數(shù)學教育的相關文章和課堂實踐中常被引用,積極作用可謂巨大。但是,它的負面作用也在潛滋暗長,比如有的課堂教學從一個極端(只重結果)走向另一個極端(只重過程),“開門遲遲不見山”的狀態(tài)在理論研討和教學實踐中都時有所見。其實,俄國教育家斯托利亞爾的完整表述是:“數(shù)學教學是數(shù)學活動的教學,而不僅僅是數(shù)學活動的結果的教學。”為此,我們將把這句話放在新課改的大背景下進行審視,在不同的層面上對“數(shù)學活動”討論,以期比較全面地認識它的現(xiàn)實意義。

      一、數(shù)學活動的目的是什么——不能為活動而活動

      鄭毓信教授等認為新課改的“新”主要有兩個“標志”,即“三維目標”與“自主、合作、探究”[1]。令人感興趣的是,這兩個“標志”有一個交集,那就是“數(shù)學活動”?!斑^程與方法”目標中的“過程”主要指的是活動過程,而“自主、合作、探究”只能在“活動”中進行?!读x務教育數(shù)學課程標準(2011年版)》把獲取“基本活動經驗”列為“四基”之一,“活動”得到了前所未有的重視。新課改十多年的實踐表明,重視活動、開展活動、以活動實現(xiàn)知識建構和能力培養(yǎng)的意識已經深入到數(shù)學教師的思想深處,極大地改變了數(shù)學課堂的價值追求和呈現(xiàn)形態(tài)。

      案例1:橢圓標準方程的探求

      新課程體系下,作為教學常態(tài)的“學生活動”,具有兩個鮮明的特點:一是全程參與,從設計解題方案開始,到坐標系的選擇、方程的建立、標準型的確定等都是在學生參與下進行的;二是全員參與,在活動的過程中,始終提倡自主探究與體驗等。

      如“求橢圓的標準方程”教學設計如下:

      (1)學生自主進行過程設計,心里有一個“漸進”的探求流程圖(此時學生已有求直線方程和圓方程的經驗積累),然后進入實施階段。

      (2)坐標系的選擇,依靠經驗與直觀,建立適當?shù)淖鴺讼担云谕角筮^程及最終結果的簡化和美化。

      (3)設出相關點的坐標,把幾何等式PF1+PF2=2a轉化為代數(shù)方程+=2a。

      (4)化簡的過程難度較大,應留出足夠的時間給學生自主嘗試,這是基于“四基”的要求。

      (5)由化簡得到(a2-c2)x2+a2y2=a2(a2-c2)之后,不宜直接“告知”學生令“a2-c2=b2”的換元,而是先讓學生觀察式子特征,從簡潔和美感的角度觀察是否還能進一步化簡。

      (6)在師生的共同參與下,化簡整理成標準方程+=1(a>b>0)。

      (7)反思上述的“標準方程”,是選擇“恰當”的坐標系才得到的“簡潔、優(yōu)美”的方程形式。由此類比得到焦點在y軸上的橢圓標準方程+=1(a>b>0)。如果橢圓在其他位置是不是就沒有方程了?顯然也是有的,不過其形式就不簡潔了。

      上述教學重視學生活動,體現(xiàn)出極大的教學效益。首先,“活動”本身就是一個目的。通過活動,學生體驗了求曲線方程的過程、方法、原則、注意事項等,能力上得到了提高,情感體驗得到了豐富,這都會為全面理解橢圓方程提供直接的背景,而不僅限于標準方程。同時也為之后求雙曲線和拋物線方程提供了活動經驗。因此,學生經歷的這個學習過程和方法的感受、體驗,對學習經驗的積累、提純、升華,對情感、態(tài)度、價值觀的培養(yǎng)和深化,本身就是一個巨大的收獲。

      其次,在數(shù)學活動“現(xiàn)實問題數(shù)學化、數(shù)學內部規(guī)律化、數(shù)學內容現(xiàn)實化”的過程中形成了完整的認知結構,增加了兩個新的元素:其一是橢圓的標準方程,其二是求曲線方程的基本步驟(簡記為“建立坐標系、設點的坐標、列等式、代坐標、化簡方程”等)。

      最后,回顧探求過程中,通過引導學生自己去建立坐標系推導橢圓的標準方程,給學生較多的思考時間和空間,讓學生樹立敢于挑戰(zhàn)自我的勇氣,耐心、細心地等價轉化解決化簡問題,變“被動”為“主動”,變“灌輸簡潔美、對稱美”為“發(fā)現(xiàn)簡潔美、對稱美”,學生的“感受”真切而實在。

      這三個收獲都很重要。通過過程體驗,學生收獲了“求曲線方程”這一程序性知識;通過明確總結與固化,學生收獲了“橢圓的標準方程”這一陳述性知識;最后通過求簡求美等反思活動,學生還在“策略性知識”上有所拓展。通過標準方程的推導培養(yǎng)學生觀察、運算能力和求簡意識,并能懂得欣賞數(shù)學的“簡潔美”,這個活動過程在知識與能力目標、過程與方法目標和情感態(tài)度價值觀目標上都有全面的體現(xiàn)。

      試想一下,如果只注重過程而不注重結果,或者只注重結果而不注重過程,則學生的“數(shù)學活動”都是不充分不完整的,學生能力的發(fā)展也是不全面的。

      傳統(tǒng)的教學法強調知識結果,忽略前期的探究和后期的反思,這已逐漸被人們認知并糾正。但“為活動而活動、為探究而探究”的極端傾向,淡化了教師的主導作用。案例1的前四步就是過程,而如果沒有(5)、(6)兩步就沒有結果,沒有(7)就沒有認知的正向遷移—深化了的結果。

      學生的數(shù)學活動是為了實現(xiàn)知識的豐富、能力的加強和素養(yǎng)的提高,這些自然不能脫離過程。欲達此目的,結果與過程同樣重要。英國教育部2013年提出數(shù)學教學要“改回嚴謹?shù)臄?shù)學”,就是對“只重過程不重結果”行為的矯正。

      二、活動的結束以什么為標志——有活動必須有總結endprint

      數(shù)學活動是從問題或情境開始的,那么它在何時結束呢?結束的標志又是什么呢?答案應該是“結果確認”。在活動的過程之中,學生的知識、能力、情感態(tài)度價值觀產生了新的變化,并影響個人的心理和文化品質,這些都是結果。

      對學生來說,數(shù)學學習不僅要學習數(shù)學的思維結果,更要學習數(shù)學思維的方式方法、發(fā)展數(shù)學能力,這都是“結果確認”的表現(xiàn)形態(tài)。能力的發(fā)展決不等同于知識與技能的獲得,能力的形成有其自身的特點和規(guī)律,它不是學生“懂”了,也不是學生“會”了,而是學生自己“悟”出了道理、規(guī)律和思考方法等。這種“悟”只有在數(shù)學活動中才能得以進行,因而教學活動必須給學生提供探索交流的空間,組織、引導學生“經歷觀察、實驗、猜想、證明等數(shù)學活動過程”,并把推理能力的培養(yǎng)有機地融合在這樣的“過程”之中。

      活動必須有結果,不能“只聽樓梯響,不見人下樓”。教師有主導課堂的職責、學生有順應或整合的需求、課堂有必須承載的教學任務。所有這些,不通過教學的總結反思都無法實現(xiàn)。對于課堂活動的預設目標,教師必須有一個清晰的“目標認可”。即使生成過程沒有完全按照預設的路徑進行,也必須在新路徑上有個最終結果。不宜有不了了之的活動,也不能有無限開放卻又不可捉摸的所謂“前景”。清晰明確、固定狀態(tài)的結果是教學活動的必然要素之一,也是教師的職責所在。

      案例2:分數(shù)的加法運算

      北師大的曹才翰教授講述了他在美國聽的一堂數(shù)學課。教師安排了多個活動,讓學生體會、探究分數(shù)的加法運算,學習活動非常熱烈。但最后,教師沒有總結出“同分母分數(shù)相加……”和“異分母的分數(shù)相加……”等運算法則,而是讓學生“談體會”。一個學生說“+=”,多位同學附和,教師隨即說“干得漂亮”,然后就下課了。聽課者課后問那位教師:“為什么你同意+=?”教師答道:“因為他們高興”。

      這自然是一個極端的案例,曹教授也感嘆“這樣的數(shù)學也太浪漫了”,在中國不會有這樣的教師和這樣“浪漫”的課堂。但是,教學中片面的“愉快教育”、極端的“建構主義”思潮,“為討論而討論”“為合作而合作”“為活動而活動”小組合作學習流于形式等只求“表面熱鬧”的教學,還是時有出現(xiàn)。只為學生“高興”、缺少教師的規(guī)范引導、放松嚴謹性的要求,必然導致活動的淺層化和幼稚化,造成學術規(guī)范的缺失。

      弗賴登塔爾有句名言:“與其說讓學生學習數(shù)學,不如說讓學生學習數(shù)學化?!逼鋵崱皵?shù)學化”總該“化”到某個程度,“化”出某個(數(shù)學上的)結果來?!盎钡倪^程可以是教育形態(tài),“化”的結果必須是學術形態(tài)或盡可能地接近學術形態(tài)。

      一次數(shù)學活動,重視過程但不能以犧牲結果為代價。雖然對于一些前沿課題,數(shù)學家一時找不到最終結果,不得不結束這個活動(比如第五公設和費爾瑪大定理,歷經千百年而終成正果),但是作為人類群體來說,這個研究活動肯定還會繼續(xù)下去,直到最終結果的顯現(xiàn)。比如哥德巴赫猜想,雖然當下的研究沉寂著,但是人類未來總歸會解決它。

      教學中注重學生的活動,主要的理論之一是“再創(chuàng)造”。然而“再創(chuàng)造”畢竟不同于“原創(chuàng)造”,更不能只有“再”而沒有“創(chuàng)造”。對此,弗賴登塔爾有明確的論述:“我們不應該完全遵循發(fā)明者的歷史足跡,而應是改良同時有更好的引導的歷史過程”[2]。“更好的引導”就是體現(xiàn)在結果的完整呈現(xiàn)上。與“原創(chuàng)造”相比,作為教學行為的“再創(chuàng)造”的優(yōu)勢也就在于“教師預設了結果”。學生、教材、教師三者的有機融合才構成多元化的課堂,任何一方的缺位都不能被允許。教師應該把史料中歷經多次失敗、長期探究而得來的結果性知識,在有限的時間內以學生可接受的形式呈現(xiàn)出來。只有如此,才能讓學生站在巨人的肩膀上,反思過程與結果,回望他們成功到來的路徑。1966年“菲爾茲獎”獲得者阿蒂亞說:“如果我們希望把人類積累起來的知識一代一代傳下去,我們就必須努力地去把這些知識加以簡化和統(tǒng)一”[3]。毫無疑問,“簡化和統(tǒng)一”應該用結果來體現(xiàn),這是教育者的責任所在。

      那么,結果的“呈現(xiàn)”由誰來完成呢?我們當然期待由學生完成總結。但數(shù)學的結果是用高度專業(yè)化的數(shù)學語言系統(tǒng)來表述的,比如一些規(guī)定的專用符號和約定,不可能通過“探究”而得到。因而在學生總結基礎上的教師跟進概括,不僅提高學生學習的效率,也可以在規(guī)范化上給學生做出示范。比如上面案例1中,“橢圓的標準方程”和“求曲線方程的步驟”,經教師啟發(fā)而呈現(xiàn)為完整的規(guī)范結果,可以給學生一個清晰、可靠而概括的印象。在2013年,英國教育部提出要“改回傳統(tǒng)的嚴謹數(shù)學”,這對我們也應該是個值得注意的苗頭[4]。所以,活動必須以結果確認為終點,有活動必須有總結,教師專業(yè)化、規(guī)范化的“最終總結”不可或缺。

      三、為什么說“結果也是過程的一部分”——過程與結果的辯證關系

      對學生活動以及知識發(fā)現(xiàn)過程的重視,代表了教育科學研究的最新潮流。因此從新課改起步階段理論界的重視,到之后一線教師積極回應的實踐,兩者互相激蕩形成共振,掀起的一個潮頭就是“過程重于結果”。這個潮頭的積極意義是讓一線教師領會到了新課改的一個重要思想,并迅速地走到新課改的正確軌道上。但是,把活動強調到偏頗的程度,選擇性地截取一句話而“為我所用”,就顯得過猶不及了。畢竟數(shù)學活動的最終結果導向——即數(shù)學知識,更有利于繼承和傳播。數(shù)學(以及其他的文化成果)是以穩(wěn)定的知識形態(tài)而得以世代流傳的,數(shù)學的意識、思想、方法也都需要形成清晰的可表述的形式,才能為學習者所領會和掌握。

      案例3:數(shù)列{an}滿足a1=1,an+1=2an+1,求該數(shù)列的通項公式。

      教學設計1:教師板演求解過程,得到通項公式an=2n-1,學生“聽懂了”,這個問題即是解決了。對于教學水平較高一些的教師還會讓學生模仿著練習,知道“這一類”問題就是這樣解決的。

      教學設計2:先讓學生自己探究,遇到困難進行討論。然后由學生把求通項的方法板演(或講演)出來,其他學生“聽懂了”之后模擬練習以求鞏固。教師的作用是適當點撥,并提供鞏固練習題。endprint

      上面的“教學設計1”,教師的板演代替了學生的自主活動,是只重結果不重過程。從達成的效果上看,學生“聽懂了”之后或許“長了見識”,但是沒有“形成能力”。這是一種低效率的教學方法,新課改后已經被完全拋棄。

      “設計2”當下廣泛流行,極具迷惑性,以致人們認為這就應該是新課改所提倡的“注重過程與方法,大膽推進學生探究活動”的教學模式。從達成的效果上看,學生的探究意識得到了強化、問題本身得到了解決、自主學習的能力得到了提高,因此可預言“過程與方法”目標的達成度高。但是此設計在“知識與能力”目標上的達成度還遠遠不夠。課堂上的顯性結果只有通項公式an=2n-1,只是一個問題得到解決。而在活動過程中,學生所獲得的豐富體驗與經驗,卻是內隱的,沒有形成整體文字的形式。遇到“同一類”問題之時怎么辦?就只能重新進行一次探究了。因此從課堂進程上看,學生“探究體驗”豐富了,“探究意識”增強了,但是我們不能由此肯定他們“探究的能力”有多么大的提高,只能肯定他們更熟練了而已。對于感悟能力不強的學生,很可能是之后每遇到一次這種題目,就從頭開始再探究。在此,嘗試給出以下的設計:

      教學設計3:先按“設計2”進行,在后面加上總結與反思的環(huán)節(jié)。即要求學生把活動中的“體驗與感悟”形成文字的形式。比如總結成如下的顯性結果:

      總結:求線性遞推數(shù)列通項公式的常用方法。

      方法一:觀察—歸納—證明。

      方法二:輔助數(shù)列法,在an+1=pan+q(p≠1)的兩邊同加上,構造一個等比數(shù)列。

      方法三(視具體情況選講):特征方程法。

      這里總結出的結果,不是公式、不是概念、不是定理,而是蘊含的思想方法。即把“思維過程”總結成明確的、顯性的、可表達的成果,并進一步地形成思維方式。這里不是向學生灌輸“題型+方法”,而是把思維活動的結果顯性化?!帮@性化”的過程是學生參與的,最終增加了學生的程序性知識和策略性知識。

      這里需要考慮的問題是把思路與方法固定化、模式化,是不是落入機械主義的窠臼,走到了“死記硬背”的邪路上去了呢?答案是否定的。事實上,一是這些方法源于學生的體驗活動,是切身感受過的東西,是學生自主生成的,不完全是教師給予的,教師起輔助作用;二是這樣的總結有利于形成思維模塊,對于提高探究活動的效率、形成聚合思維有極大的幫助;三是這些總結不是“死”知識,比如案例3中求數(shù)列通項的步驟以及案例1中求曲線方程的五個步驟等,模式化有益于學生的能力形成。即使是陳述性知識,比如概念、公式、原理等,它們或是對現(xiàn)實對象的高度抽象和概括,或是對一般規(guī)律性的深刻揭示,是人們進行思維活動的基本語素,是進行數(shù)學活動的基本工具,相信沒有人會否定這些“定型了的知識”在認識問題和分析問題中強大的生命力。

      那種只有活動而沒有結果的課堂,教師充當?shù)钠鋵嵤悄裂蛉说慕巧喊蜒蜈s進預先圈定的草場,讓它們自由啃食。至于啃食多少、消化多少,則不在考慮之列。這樣的教學,沒有發(fā)揮出教師應有的主導作用。

      學生是不斷發(fā)展中的人。在學習過程中,他們的數(shù)學知識在不斷地豐富、認知和能力結構在不斷地改進。學生由較低層次的數(shù)學現(xiàn)實出發(fā),調動他們的知識、啟動他們的思維、投入他們的情感,進行新一層次的數(shù)學活動;再進行更高一層的抽象、概括、解析、整合、具體化和一般化,數(shù)學活動的深度增加了、廣度擴大了;最后得到了更高一級的知識,再把高一級的知識投入到數(shù)學活動之中,又帶來更高強度更高水平的數(shù)學活動……

      這樣,數(shù)學學習進入以下的循環(huán):過程→結果→又一個過程→又一個結果……有時候很難把結果和過程截然分開,過程里有結果,結果里有過程,或交替、或并行、或分立、或融合,在循環(huán)往復中實現(xiàn)數(shù)學認知的螺旋式上升。就像《九九乘法表》一樣,既可以看作是已知的運算的結果,也可以看作是可用的運算程序,支撐著運算活動的全過程。

      數(shù)學活動是以數(shù)學思想為指導、用數(shù)學的方法解決問題,從而感悟數(shù)學知識、形成數(shù)學能力的實踐活動。重視學生的學習過程與結果,可以使得學生對所學知識不僅知其然,而且知其所以然。沒有過程的“結果”和沒有結果的“過程”,對數(shù)學活動而言都是殘缺的,都不能形成完整的認知結構。那種把一切交給學生、有活動無總結的課堂,在鶯歌燕舞之中很可能使“數(shù)學化”淪為虛無,使源自于數(shù)學自身的標準和規(guī)范蕩然無存。

      教學中“過程”和“結果”是數(shù)學活動的雙翼,無孰重孰輕。理解過程與結果的辯證關系,即需要通過方法論的重建使得教學內容真正成為可以理解的、可以學到手和可以加以推廣利用的,從而將數(shù)學課真正“教活、教懂、教深”?!八^‘教活,是指教師應當通過自己的教學活動向學生展現(xiàn)‘活生生的數(shù)學探究過程,而不是死的數(shù)學知識;所謂‘教懂,是指教師應當幫助學生真正理解有關的教學內容,而不是囫圇吞棗,死記硬背;所謂‘教深,則是指教師在教學中不僅應使學生掌握具體的數(shù)學知識,而且也應幫助學生領會內在的思維方法。”[5]

      數(shù)學教學中的過程與結果各有各的功效,新課程重視學生的過程參與,但并不說明結果不重要了,數(shù)學教學不應該走極端化。在教學中讓學生參與學習過程有助于他們對結果的理解,但為展示學生的思維而只注重過程的做法是不可取的。為此,課堂教學評價目標,宜著力在以下七個方面實現(xiàn):一是課堂教學目標是否明確、適當,二是教學要求是否根據(jù)實際需要做出適當?shù)恼{整,三是教學內容是否切合學生的承受能力和發(fā)展需求,四是教學過程是否關注學生的全面發(fā)展,五是教學方法的選擇是否能夠提高教學效率和學生學習興趣,六是學生的參與度與參與面是否足夠深廣,七是學生是否真正學以致用且目標達成度高。

      數(shù)學不僅幫助人們更好地探求客觀世界的規(guī)律,同時為人們交流信息提供了一種有效、簡捷的手段;數(shù)學在對客觀世界定性把握和定量刻畫的基礎上,逐步抽象概括,形成方法和理論,并進行應用,這一過程除了邏輯和證明外,充滿著探索與創(chuàng)造[6]。強化“為促進學習而教”的理念,在過程與結果之間尋找恰當?shù)钠胶恻c,讓過程與結果相得益彰。這就需要正確認識師生交往、師生互動、共同發(fā)展的現(xiàn)代教學觀,在教學過程中自覺地將外在的教育理念物化為自身的課堂教學行為,才能讓過程與結果并重,實現(xiàn)數(shù)學活動的目標,實現(xiàn)學生全面素質的提升。

      參考文獻:

      [1]鄭毓信.數(shù)學教育研究者的專業(yè)成長[J].數(shù)學教育學報,2013(10).

      [2]弗賴登塔爾著,陳昌平、唐瑞芬譯.作為教學任務的數(shù)學[M].上海:上海教育出版社,1995:3.

      [3]徐本順、殷啟正.數(shù)學中的美學方法[M],大連:大連理工大學出版社,2008.5.

      [4]黎景輝.關于數(shù)學教育知識鏈的傳遞問題[J].數(shù)學教育學報,2014(2).

      [5]鄭瑋、鄭毓信,HPM與數(shù)學教學中的再創(chuàng)造[J].數(shù)學教育學報,2013(3).

      [6]孔凡哲、王郢.在課堂教學中如何看待過程與結果[J].廣西教育,2005,(6).

      (屠桂芳,南京市第十三中學,210008)

      責任編輯:顏瑩endprint

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