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關(guān)鍵詞:過程生成;基克問題解決模式;有理系數(shù)多項式;可約性;教學(xué)設(shè)計
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1002-7661(2012)05-015-03
培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力,已是各國教育改革中倍受關(guān)注的問題,然而我國的實際教學(xué)卻不盡如人意,尤其是高等數(shù)學(xué)課堂,大都沉浸在“定義性質(zhì)定理例題”的注入教學(xué)中,無益于數(shù)學(xué)素質(zhì)的提高與創(chuàng)造型人才的培養(yǎng)。為何如此?一是遺傳多年的傳統(tǒng)觀念的冥頑不化,二是教育研究重理論而不重實踐。筆者倡導(dǎo)“過程生成”教學(xué)理念,本文給出基于“過程生成”理念的基克問題解決模式教學(xué)設(shè)計實例。
一、過程生成理念
基于過程哲學(xué)思想,參照基礎(chǔ)教育新課改的三維目標,筆者提出“過程生成”教學(xué)理念:
教學(xué)是動態(tài)的知識生成過程。該過程始于某種背景,在思想、情操的層層支配下,激發(fā)對學(xué)習目標的步步追求,從而誘導(dǎo)已有知識、技能、方法的循循攝入,形成流變與合生:在流變中創(chuàng)造新知識、練就新技能、獲得新方法、增長新智慧、形成價值觀、積聚創(chuàng)造能量。
過程生成不是過程與生成的簡單疊加,而是強調(diào)在過程中生成(因為對教學(xué)而言,有教學(xué)過程未必有生成,有生成未必有良好的過程),其中過程是基礎(chǔ),生成是創(chuàng)造,二者缺一不可,相輔相成。
過程生成教學(xué)以過程哲學(xué)為世界觀,以意會哲學(xué)為認知論,以知識在過程中生成為基本策略,以動態(tài)性、整體性、連續(xù)性、攝入性、生成性為基本原則。
二、基克問題解決模式
20世紀初以來,人們對問題解決及其相關(guān)思維技能作了大量的研究,尤其是自皮業(yè)杰的認知理論面世和認知心理學(xué)產(chǎn)生以后,人們更熱衷于從認知的角度來解釋人類解決問題的過程,更真實地描述了人類解決問題的動態(tài)過程,基克問題解決模式(圖1所示)就是其中之一。
三、基于“過程生成”理念的基克問題解決教學(xué)模式
遵循“過程生成”理念,參照基克問題解決模式,提出基于“過程生成”理念的基克問題解決教學(xué)模式如下:
1、提出問題
2、理解表征問題
找出相關(guān)信息,忽略無關(guān)細節(jié),分析詞句含義,理解表征問題。許多問題中,運用圖形表征可能更有助于理解整個問題。在理解表征問題過程中,若問題的解析與頭腦中已有的的解題系統(tǒng)產(chǎn)生某種匹配(即“圖式激活”),則直接進入嘗試解答階段,否則需要尋求解答的路線。
3、尋求解答路線
尋求解答路線的一般方法可能有算法式和啟發(fā)式,常用的啟發(fā)式有目的分析法、逆向反推法、爬山法、類比思維法等。如果尋求失敗即退回到№2。
4、嘗試解決方案
亦即是執(zhí)行解答計劃,此時要保證每一個步驟的正確。
5、評價總結(jié)
當完成某個解決方案后,要對結(jié)果進行評價總結(jié)。如果成功且滿意就停止,那么就要對求解過程予以完善且建構(gòu);否則就退回到前面幾個階段,重新求解。
需要注意的是,如此分步只是一種表述形式,實際的問題解決過程并非為如此線性,可能是跳來跳去的、跨步的。
基于“過程生成”理念的基克問題解決教學(xué)重在體現(xiàn)具有動態(tài)性、整體性、連續(xù)性、攝入性和生成性的問題解決過程。
四、案例設(shè)計
在高等代數(shù)教材或教學(xué)中,關(guān)于有理系數(shù)多項式的可約性都是直接定義本原多項式,直接給出高斯引理,直接給出愛森斯坦判別法,無益于數(shù)學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。本文使用基于“過程生成”理念的基克問題解決模式,給出有理系數(shù)多項式的可約性問題的教學(xué)設(shè)計,意在拋磚引玉,達到棄絕注入式教學(xué)模式的目的。
1、問題提出
我們知道,在上只有一次多項式不可約多項式,在上只有一次或二次不可約多項式,但在上卻有任意次不可約多項式.那么就存在問題:如何判斷有理系數(shù)多項式在上的可約性?
2、理解和表征問題
(1)分析聯(lián)想:激活基本圖式
有理數(shù),即整數(shù)之比,聯(lián)想到解分式方程去分母,頓悟出:有理系數(shù)整系數(shù)。如,顯然與在上有相同的可約性,此例具有一般性。于是有理系數(shù)多項式在上可約性的研究可歸結(jié)為整系數(shù)多項式在上的可約性來研究。
(2)奇思異想:初擬求解路線
設(shè),討論的可約性。因為整系數(shù)容易處理,并且“在上可約在上也可約”,所以如果能證明“在上可約在上可約”,那么有理系數(shù)多項式在有理數(shù)域上可約性問題即可以轉(zhuǎn)化為整系數(shù)多項式在整數(shù)環(huán)上來研究,倘若如此豈不快哉!因此我們大膽地確定問題解決路線:
嘗試證明以上“期望”:在上可約在上可約;
當“期望”成立時,尋求整系數(shù)多項式在整數(shù)環(huán)上可約性的判別方法。
3、尋求解答
探究:設(shè)且在上可約,為簡明起見,簡寫為,探究過程見圖2。
圖2說明:只要證明的系數(shù)互素,我們的期望就能夠?qū)崿F(xiàn)。注意到,其中是系數(shù)的最大公因數(shù),所以的系數(shù)互素。于是所要證明的問題即是“由、的系數(shù)互素推出的系數(shù)互素。為了表述方便,稱系數(shù)互素的整系數(shù)多項式為“本原多項式”。這樣所證問題即可表為:
猜想I:本原多項式的乘積是本原多項式。
4、嘗試解決方案
(1)試證猜想I
設(shè)、都是本原多項式,且,,要證是本原多項式,即需證明。但因為的系數(shù)是抽象的而無法直接推演,故考慮反證法。
假如,為爭取更好的可用條件,取的素因子而代替。分析已知條件與的關(guān)系:因為、都是本原多項式,所以的系數(shù)中存在著不能被整除的數(shù),的系數(shù)中也存在著不能被整除的數(shù),于是應(yīng)抓住這些不能被整除的系數(shù)來“做文章”。不過因為或者中不能被整除的系數(shù)并不確定,所以如何“抓”就成了問題。然而“槍打出頭鳥”卻隱喻著深刻的數(shù)學(xué)哲理:第一個、最大的、最小的等等都是很好的數(shù)學(xué)方法!所以不妨設(shè)、…、但,、…、但,依此假設(shè)及素數(shù)的性質(zhì)即可推得,獲得矛盾,所以猜想成立,亦即是得到了高斯引理。
至此我們得到結(jié)論“若,則在上可約在上可約”。于是可進入。
一、精心設(shè)計教學(xué),充分暴露過程
教師要設(shè)計出科學(xué)、清晰的教學(xué)思路,暴露出數(shù)學(xué)家、教材編寫者、教師、學(xué)生的思維過程。教學(xué)思路不等于教師的思路,也不等于學(xué)生和教材的思路,更不等于數(shù)學(xué)家的思路,而是在協(xié)調(diào)上述4個思維過程(思路)相互關(guān)系上形成的一條以學(xué)生思維為核心、教與學(xué)協(xié)同發(fā)展的整體思路,這樣才能真正做到以思維過程為中心來組織教學(xué)。例如數(shù)學(xué)概念是整個數(shù)學(xué)知識結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),是構(gòu)成數(shù)學(xué)知識體系的“細胞”。現(xiàn)行九年義務(wù)教學(xué)教材中許多內(nèi)容都簡化了概念的提出過程,省略了暴露概念提出的豐富知識背景及發(fā)展、探索過程,而這些概念是如何抽象、概括的,解決問題的方法是如何構(gòu)想的,學(xué)生都甚感茫然。因此教師不應(yīng)急于把概念全盤托出、一言了之,而應(yīng)精心探究,重新組織教學(xué)內(nèi)容,設(shè)計合理而完美的教學(xué)流程,展現(xiàn)數(shù)學(xué)知識的發(fā)展過程,充分暴露知識的背景,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問題情景,以順應(yīng)學(xué)生的心理需求和思維發(fā)展規(guī)律。例如在教學(xué)有理數(shù)乘方概念時,可通過設(shè)計環(huán)環(huán)相扣的提問,引入概念:(1)棱長是5厘米的正方體的體積如何表示?(2)4個負6相乘,用式子如何表示?4個字母a相乘呢?(3)上述幾個式子都是什么運算?(4)乘法運算的結(jié)果是什么?(5)上述各式的因數(shù)有何關(guān)系?(6)提出乘方概念。然后安排一些坡度適宜的題以使學(xué)生初步形成乘方概念。這樣的概念教學(xué)不僅能充分暴露問題的提出、發(fā)展過程,而且能使學(xué)生在整個過程中始終處于積極的思維狀態(tài),達到思有源泉、思有方向、思有順序、思有所獲。
總之,講解概念要求構(gòu)建情境,提供素材,揭示概念的形成過程;講解定理(公式)要求模擬定理(公式)的發(fā)現(xiàn)過程;例題、習題的教學(xué)要求探索變式,拓廣成果,對解題思路進行內(nèi)化、深化探索,總結(jié)升華,也就是說,應(yīng)注意數(shù)學(xué)概念、公式、定理、法則的提出過程,知識的形成、發(fā)展過程,解題思路的探索過程,解題方法和規(guī)律的概括過程,使學(xué)生在這些“過程”中展開思維,發(fā)展能力。
二、反思學(xué)生所想,倒攝暴露思維
學(xué)生解題往往只注重結(jié)論的正確與否,而很少關(guān)注這個結(jié)論的思維過程,并從中總結(jié)經(jīng)驗,深化知識。因此,教師看到學(xué)生的正確答案時,不能就此滿足,而應(yīng)該啟發(fā)如何發(fā)現(xiàn)、選擇與調(diào)控解題思路,引導(dǎo)學(xué)生(根據(jù)需要和可能)去反思思維過程,倒攝結(jié)論的形成路線,達到暴露思維的目的。例如在一元二次方程的根與系數(shù)關(guān)系應(yīng)用的一節(jié)習題課教學(xué)中,我叫一名學(xué)生板演習題:已知兩數(shù)a、b滿足ab≠1,且2a+8a+3=0,3b+8b+2=0,則有=()。這個學(xué)生觀察片刻,便添上了正確答案1.5。如此神速,令一些同學(xué)目瞪口呆。我抓住契機,誘導(dǎo)學(xué)生自我倒攝思維過程,既優(yōu)化了該生自身的思維品質(zhì),又啟迪了其他學(xué)生的思維。
計算是七年級數(shù)學(xué)的教學(xué)重點也是難點,如何把握這一重點,突破這一難點呢?例如在上完有關(guān)冪的性質(zhì)后,進入下一階段――單項式的乘除法時,我設(shè)計了如下兩個例題:
(1)請分別指出(-2)×2,-2×2,-2-2,2-2的意義。
(2)請判斷下列各式:
①a+a=a
②a÷a=a=a
③-ag(-a)=(-a)+2=-a
④(-a)÷a=0
⑤(a-2)?a=a+3+1=a
解后我便引導(dǎo)學(xué)生進行回顧小結(jié):(1)計算常出現(xiàn)哪些錯誤?(2)出現(xiàn)這些錯誤的原因有哪些?(3)怎樣克服這些錯誤呢?同學(xué)們各抒己見,針對各種“病因”開出了有效的“方子”。實踐證明,這樣的例題教學(xué)是成功的,學(xué)生在計算的準確率、計算的速度兩方面都有了極大的提高。
三、實施小題大做,顯微暴露思維
數(shù)學(xué)中的許多細小部分往往蘊涵著十分豐富的思想內(nèi)含,存在著很大的訓(xùn)練價值。在這些地方教師要善于化隱為顯,“小題大做”,挖掘其精髓,促使學(xué)生在顯微中充分暴露思維過程,發(fā)揮其應(yīng)有的潛在功能。這樣不僅能活躍學(xué)生思維,拓寬思路,而且能激發(fā)學(xué)生的求知欲望,培養(yǎng)探索能力,長期堅持下去,形成良性循環(huán),十分有利于學(xué)生智力的發(fā)展和數(shù)學(xué)能力的提高。例如絕對值概念:
|a|=a(a>0)0(a=0)-a(a
教師教會學(xué)生這一代數(shù)定義固然重要,但更重要的是引導(dǎo)學(xué)生清晰地領(lǐng)會利用分類思想解決問題的方法。所以在講授時應(yīng)采用慢鏡頭式的思維剖析,暴露分類思想的思維過程,為后面的廣泛應(yīng)用奠定堅實的基礎(chǔ)。
例如學(xué)生在解“ax+b=cx+d”類型的一元一次方程時,很容易在符號上出錯,從而導(dǎo)致答案的錯誤。教師可以對學(xué)生進行“小題大做”,顯微暴露。
解方程6x-7=4x-5,學(xué)生板練如下:
解:6x+4x=7-5 10x=2 x=0.2 (1)
我在教學(xué)過程中并沒有隨口問:“同學(xué)們,這個同學(xué)做得對嗎?”而是問:“同學(xué)們,還有其它不同的解答嗎?”學(xué)生陷入了沉思,經(jīng)過演算,又有許多同學(xué)舉手了,其他解答如下:
解:6x-4x=-5-7 2x=-12x=-6 (2)
解:6x-4x=-5+72x=2 x=1(3)
“那么這個一元一次方程到底還有沒有其它的解呢?如果有的話,一共有多少個解呢?”
討論結(jié)果是:這個一元一次方程的解只有一個,解法(3)才是正確的。
學(xué)生在學(xué)習一元一次方程“ax+b=cx+d”的解法時,逐步體會到了化歸思想(使方程逐步轉(zhuǎn)化為“x=a”形式),而在這個過程中出現(xiàn)各種錯誤(主要是忽略了方程的項是連同前面的符號)是學(xué)生(特別是基礎(chǔ)不夠扎實的同學(xué))的共性,我根據(jù)其數(shù)學(xué)思維過程的呈現(xiàn),引導(dǎo)他們積極探索,使他們經(jīng)歷了“觀察、實驗、比較、歸納、猜想、推理、反思”等理性思維活動的基本過程,優(yōu)化了學(xué)生的思維品質(zhì),提高了數(shù)學(xué)思維能力,培養(yǎng)了創(chuàng)新精神和實踐能力。
我曾經(jīng)聽過《多邊形的內(nèi)角和》的教學(xué)的一堂優(yōu)質(zhì)課:執(zhí)教老師這樣安排學(xué)生探究,逐步暴露學(xué)生的思維過程,讓學(xué)生在過程學(xué)習中掌握數(shù)學(xué)思想方法:
探索一:老師拿出一張四邊形紙片,請同學(xué)們回答這四邊形的內(nèi)角和為多少度?
學(xué)生用多種方法得出結(jié)果:1.直接量出每個內(nèi)角度數(shù),然后相加;2.把四邊形分成三角形,計算內(nèi)角和;3.利用已經(jīng)知道的結(jié)果;……
引導(dǎo)學(xué)生思考:在方法2中有幾種不同的分法?
探索二:再拿出一張五邊形紙片,要求學(xué)生用分割成三角形的方法,求五邊形的內(nèi)角和。如果是六邊形、七邊形呢?
當學(xué)生經(jīng)歷、體驗了不同的探索方案后,再引導(dǎo)學(xué)生思考:從剛才的探究中,你又發(fā)現(xiàn)了什么?你是怎么推導(dǎo)出來的?這種思考方法對自己今后學(xué)習有什么啟發(fā)?
通過親身體驗、反思,學(xué)生獲得了一種重要的數(shù)學(xué)思想方法,學(xué)會了從多角度去思考體會探索的方法、策略,并在探究中不斷地展現(xiàn)自己的思維過程,加強了數(shù)學(xué)知識和能力的相互溝通,提高了問題解決的能力。
四、了解學(xué)生難惑,鋪墊暴露思維
數(shù)學(xué)解題過程是思維的過程,解題方法的優(yōu)劣、速度的快慢都取決于思維能力的高低。而思維的提高與發(fā)展又依賴于解題過程中所創(chuàng)設(shè)的問題情景,所以解題訓(xùn)練是培養(yǎng)思維能力的良田沃土。一般來說,綜合性能愈強,知識跨度愈大的數(shù)學(xué)題,要求解題的思維層次愈高、方法的技巧性愈熟練,學(xué)生就愈難以理解,思維的訓(xùn)練價值愈大。這就要求教師精心設(shè)計,作必要的鋪墊,以減少坡度,順利地從未知引渡到已知。這種鋪墊引渡,實質(zhì)上就是把架橋鋪路的思維過程暴露出來,化作切實可行的小步子。例如學(xué)過二次函數(shù)的頂點式內(nèi)容之后,讓學(xué)生解答這樣一道題目:(如圖1)在一場籃球賽中,小明跳起投籃,已知球出手時離地面高米,與籃圈中心的水平距離為8米,當球出手后水平距離為4米時到達最大高度4米,設(shè)籃球運行的軌跡為拋物線,籃圈中心距離地面3米,問此球能否投中?
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學(xué)生紛紛建立平面直角坐標系(如圖2),點(4,4)是圖中這段拋物線的頂點,由頂點式解得這段拋物線對應(yīng)的函數(shù)為:y=-(x-4)+4(0≤x≤8)
當x=8時,y=
籃圈中心距離地面3米
此球不能投中
個別學(xué)生運用拋物線的對稱性,觀察出該拋物線經(jīng)過了(8,)點,得出了同樣的結(jié)論。
學(xué)生一般做完題就萬事大吉,很少有人能夠深入地反思,因此錯過了研究探索的契機。我不失時機地發(fā)揮指導(dǎo)作用,引導(dǎo)學(xué)生思索。
師:若假設(shè)出手的角度和力度都不變,則如何才能使此球命中?
生:跳得高一點;向前平移一點。
師:在出手角度和力度都不變的情況下,小明的出手高度為多少時能將籃球投入籃圈?(如圖3)
師:在出手角度、力度及高度都不變的情況下,則小明朝著籃球架再向前平移多少米后跳起投籃,也能將籃球投入籃圈?(如圖4)
這是一個以學(xué)生日常生活為背景,適合初中學(xué)生探究的問題,學(xué)生可以初步學(xué)會從數(shù)學(xué)角度去解決實際問題,掌握數(shù)學(xué)的思維方法,將探究、創(chuàng)新活動貫穿于課堂教學(xué),使學(xué)生的學(xué)習由被動灌裝變?yōu)橹鲃拥奶剿?,學(xué)生的自主性、能動性和創(chuàng)造性得到培養(yǎng)??梢婁亯|思維暴露,實質(zhì)是給學(xué)生架設(shè)“梯子”,促使學(xué)生思維躍上“臺階”。
五、開展誘錯悟誤,糾繆暴露思維
在學(xué)習活動中,學(xué)生的思維錯失和思維定勢偏差往往帶有很強的主觀性,常又具有普遍性。抓住它作剖析治理,有較大的訓(xùn)練價值。《中小學(xué)數(shù)學(xué)》初中(教師)版2004年第5期刊登了這樣的教學(xué)案例:一位初一的老師在講完負負得正的規(guī)則后,出了這樣一道題:“3×(-4)=?”A學(xué)生的答案是“9”。老師一看:“錯了!”于是馬上請B同學(xué)回答,這位同學(xué)的答案是“12”,老師便請他講一講算法:……下課后聽課的老師對給出錯誤的答案的學(xué)生進行訪談,那位學(xué)生說:站在-3這個點上,因為乘以“一”,所以要沿著數(shù)軸向相反方向移動四次,每次移三格,故答案為9。他的答案的確錯了,怎么錯的?為什么會有這樣的想法?又怎樣糾正呢?如果我們的例題教學(xué)能抓住這一契機,并就此展開討論、反思,無疑比講十道、百道乃至更多的例題來鞏固法則要好得多,而這一點恰恰容易被我們所忽視。因此,教師有時還應(yīng)有必要采用多種手段如相似因素的遷移、思維定勢的誘導(dǎo)、特殊條件的遺漏、應(yīng)具條件的欠缺、沖動心態(tài)的干擾、終極目標的誘惑等巧妙設(shè)置某種誘誤情境,讓學(xué)生充分暴露病源,然后引導(dǎo)他們進行自我治療,從“陷阱”中掙扎出來,走出誤區(qū),吃塹長智。但是學(xué)生在學(xué)習中的謬誤,有時比較隱蔽,隱藏于深層次中,不充分暴露思維過程,就治不到“點”子上,挖不到“根”子上。教師在為學(xué)生糾繆救失時,要重視思維過程的展現(xiàn),以便從深層次上作診斷和矯治。例如:已知等腰三角形一腰上的高等于腰長的一半,則頂角等于?搖?搖?搖?搖。學(xué)生往往錯解為30°,錯誤的原因就是學(xué)生沒有認真理解“三角形的高”這個知識點。他們認為“三角形的高”都在三角形內(nèi)部。學(xué)生通過反思、討論,知道鈍角三角形的高有兩條在三角形外部,從而得到另一解為150°。通過反思,學(xué)生們發(fā)現(xiàn)本題的錯誤在于對圖形的分類不全面造成漏解。
總之,面對學(xué)生的失誤,老師不要過早地點明,而應(yīng)在暴露學(xué)生思維失誤的過程中,讓學(xué)生自我發(fā)現(xiàn),并在老師的正確思維的積極引導(dǎo)下自我糾偏。同時,在糾繆過程中彌補學(xué)生的知識缺陷和思維缺陷,更有力地促進思維日益縝密。
六、言盡但是意存,延伸暴露思維
教師指導(dǎo)學(xué)生解題,常有這種現(xiàn)象,題目解完了,但學(xué)生的思維過程并沒有就此結(jié)束,正在向縱深拓進,可謂“言盡意存”。教師若能有效地抓住這個理想的思維機會,把延伸的思維過程揭示出來,也是很有訓(xùn)練價值的。譬如,解后審視解題過程,評價原認識過程、檢查解題過程是否準確,討論或論證是否嚴密,方法是否恰當,有沒有更簡潔更高明的方法,對所得到的結(jié)果能否進一步引申推廣,能否總結(jié)出規(guī)律來,等等。例如:已知一元二次方程ax+bx+c=0,兩實根的平方和為m,兩實根的和為n,試求am+bm+2c的值。對于此題,很多學(xué)生在練習時,沒有清晰的思路;有些學(xué)生考慮了根與系數(shù)的關(guān)系,雖然能解出此題,但過程較為繁瑣。于是我在點評時,鼓勵大家反思題目已知及所求目標的特征,比較所求目標am+bm+2c與方程ax+bx+c=0,就會發(fā)現(xiàn)它們中a、b、c出現(xiàn)的順序完全一致,只是目標中c的系數(shù)為2,方程中c的系數(shù)為1,而從1到2的最簡單的方法就是加法。經(jīng)過如此反思、探索,基礎(chǔ)較好的學(xué)生馬上頓悟:為什么不利用方程根的定義來解決這一問題呢?于是得到了簡捷的求法。
通過對解題思維的反思,學(xué)生重新審查題意,更正確、完整、深刻地理解了題目的條件和結(jié)論,激活了思維,開闊了思路,使思維的靈活性在變換和化歸的訓(xùn)練中得到了培養(yǎng)和發(fā)展。
綜上所述,通過延伸思維引導(dǎo)學(xué)生自我總結(jié)和領(lǐng)悟解題中的數(shù)學(xué)思維與數(shù)學(xué)方法,積累對數(shù)學(xué)知識聯(lián)系的整體感知,這對于培養(yǎng)學(xué)生思維的評價能力、發(fā)散能力、創(chuàng)造能力,提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素質(zhì)大有裨益。過程教學(xué)是很精彩的,但必須是科學(xué)的、合理的、自然的,否則,過程教學(xué)就只是花架子,起不到任何培養(yǎng)學(xué)生思維能力的作用。
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