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關(guān)鍵詞:數(shù)學思想方法,數(shù)學教材
一、問題提出
數(shù)學思想方法是以具體數(shù)學內(nèi)容為載體,又高于具體數(shù)學內(nèi)容的一種指導思想和普遍適用的方法。它能使人領(lǐng)悟到數(shù)學的真諦,學會數(shù)學的思考和解決問題,并對人們學習和應(yīng)用數(shù)學知識解決問題的思維活動起著指導和調(diào)控的作用。日本數(shù)學教育家米山國藏認為,學生在進入社會以后,如果沒有什么機會應(yīng)用數(shù)學,那么作為知識的數(shù)學,通常在出校門后不到一兩年就會忘掉,然而不管他們從事什么業(yè)務(wù)工作,那種銘刻在人腦中的數(shù)學精神和數(shù)學思想方法,會長期地在他們的生活和工作中發(fā)揮重要作用。所以突出數(shù)學思想方法教學,是當代數(shù)學教育的必然要求,也是數(shù)學素質(zhì)教育的重要體現(xiàn),如何在中學數(shù)學教材中體現(xiàn)數(shù)學思想方法也是一個十分重要的問題.
2001年我國新一輪基礎(chǔ)教育課程改革已正式啟動,此次基礎(chǔ)教育數(shù)學課程改革的特點之一就是把數(shù)學思想方法作為課程體系的一條主線。已經(jīng)有不少文章探討初中數(shù)學教材中的數(shù)學思想方法,但對高中數(shù)學教材中蘊含的數(shù)學思想方法探討較少。事實上,高中數(shù)學教材的改革也已經(jīng)開始醞釀,目前高中普遍使用的數(shù)學教材是人教社2000年版的《全日制普通高級中學教科書(試驗修定本)•數(shù)學》(下稱普通教材),也有部分高中根據(jù)學生的情況選用了原國家教委的《中學數(shù)學實驗教材(試驗本•必修•數(shù)學)》(下稱實驗教材)??梢哉f在素質(zhì)教育推動下,與舊數(shù)學教材相比這兩套新教材在內(nèi)容、結(jié)構(gòu)編排上都有了很大變化,都體現(xiàn)了新的數(shù)學教育觀念,而在原國家教委的《中學數(shù)學實驗教材》中尤其突出了數(shù)學思想和數(shù)學方法,體現(xiàn)了知識教學和能力培養(yǎng)的統(tǒng)一。本文就著重探討高中數(shù)學內(nèi)容中所蘊含的數(shù)學思想方法,并對實驗教材與普通教材在數(shù)學思想方法處理方面進行比較。
二、高中數(shù)學應(yīng)該滲透的主要數(shù)學思想方法
1、數(shù)學思想與數(shù)學方法
數(shù)學思想與數(shù)學方法目前尚沒有確切的定義,我們通常認為,數(shù)學思想就是“人對數(shù)學知識的本質(zhì)認識,是從某些具體的數(shù)學內(nèi)容和對數(shù)學的認識過程中提煉上升的數(shù)學觀點,它在認識活動中被反復(fù)運用,帶有普遍的指導意義,是建立數(shù)學和用數(shù)學解決問題的指導思想”。就中學數(shù)學知識體系而言,中學數(shù)學思想往往是數(shù)學思想中最常見、最基本、比較淺顯的內(nèi)容,例如:模型思想、極限思想、統(tǒng)計思想、化歸思想、分類思想等。數(shù)學思想的高層次的理解,還應(yīng)包括關(guān)于數(shù)學概念、理論、方法以及形態(tài)的產(chǎn)生與發(fā)展規(guī)律的認識,任何一個數(shù)學分支理論的建立,都是數(shù)學思想的應(yīng)用與體現(xiàn)。
所謂數(shù)學方法,是指人們從事數(shù)學活動的程序、途徑,是實施數(shù)學思想的技術(shù)手段,也是數(shù)學思想的具體化反映。所以說,數(shù)學思想是內(nèi)隱的,而數(shù)學方法是外顯的,數(shù)學思想比數(shù)學方法更深刻,更抽象地反映了數(shù)學對象間的內(nèi)在聯(lián)系。由于數(shù)學是逐層抽象的,數(shù)學方法在實際運用中往往具有過程性和層次性特點,層次越低操作性越強。如變換方法包括恒等變換,恒等變換中又分換元法、配方法、待定系數(shù)法等等。
總之,數(shù)學思想和數(shù)學方法有區(qū)別也有聯(lián)系,在解決數(shù)學問題時,總的指導思想是把問題化歸為能解決的問題,而為實現(xiàn)化歸,常用如一般化、特殊化、類比、歸納、恒等變形等方法,這時又常稱用化歸方法。一般來說,強調(diào)指導思想時稱數(shù)學思想,強調(diào)操作過程時稱數(shù)學方法。
2、高中數(shù)學應(yīng)該滲透的主要數(shù)學思想方法
中學數(shù)學教育大綱中明確指出數(shù)學基礎(chǔ)知識是指:數(shù)學中的的概念、性質(zhì)、法則、公式、公理、定理及由數(shù)學基礎(chǔ)內(nèi)容反映出來的數(shù)學思想方法??梢姅?shù)學思想方法是數(shù)學基礎(chǔ)知識的內(nèi)容,而這些數(shù)學思想方法是融合在數(shù)學概念、定理、公式、法則、定義之中的。
在初中數(shù)學中,主要數(shù)學思想有分類思想、集合對應(yīng)思想、等量思想、函數(shù)思想、數(shù)形結(jié)合思想、統(tǒng)計思想和轉(zhuǎn)化思想。與之對應(yīng)的數(shù)學方法有理論形成的方法,如觀察、類比、實驗、歸納、一般化、抽象化等方法,還有解決問題的具體方法,如代入、消元、換元、降次、配方、待定系數(shù)、分析、綜合等方法。這些數(shù)學思想與方法,在義務(wù)教材的編寫中被突出的顯現(xiàn)出來。
在高中數(shù)學教材中,一方面以抽象性更強的高中數(shù)學知識為載體,從更高層次延續(xù)初中涉及的那些數(shù)學思想方法的學習應(yīng)用,如函數(shù)與映射思想、分類思想、集合對應(yīng)思想、數(shù)形結(jié)合思想、統(tǒng)計思想和化歸思想等。另一方面,結(jié)合高中數(shù)學知識,介紹了一些新的數(shù)學思想方法,如向量思想、極限思想,微積分方法等。
因為其中一些數(shù)學思想方法都介紹很多了,這里只談一下初等微積分的基本思想方法。無窮的方法,即極限思想方法是初等微積分的基本思想方法,所謂極限思想(方法)是用聯(lián)系變動的觀點,把考察的對象(例如圓面積、變速運動物體的瞬時速度、曲邊梯形面積等)看作是某對象(內(nèi)接正n邊形的面積、勻速運動的物體的速度,小矩形面積之和)在無限變化過程中變化結(jié)果的思想(方法),它出發(fā)于對過程無限變化的考察,而這種考察總是與過程的某一特定的、有限的、暫時的結(jié)果有關(guān),因此它體現(xiàn)了“從在限中找到無限,從暫時中找到永久,并且使之確定起來”(恩格斯語)的一種運動辨證思想,它不僅包括極限過程,而且又完成了極限過程??v觀微積分的全部內(nèi)容,極限思想方法及其理論貫穿始終,是微積分的基礎(chǔ)。
三、普通教材與實驗教材在數(shù)學思想方法處理方面的比較
普通高中教育是與九年義務(wù)教育相銜接的高一層次基礎(chǔ)教育,在數(shù)學教材的編寫上,必須要注意培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、實踐能力和終身學習的能力。與舊教材相比,新的數(shù)學教材開始重視滲透數(shù)學思想方法,那么高中現(xiàn)行使用的普通教材與實驗教材在數(shù)學思想方法處理方面有何異同呢?因為內(nèi)容太多,下面只能粗略的作一比較。
1、相同之處在于
普通教材與實驗教材都多將數(shù)學思想方法的展示,融合在數(shù)學的定義、定理、例題中。例如集合的思想,就是通過集合的定義“把某些指定的對象集在一起就成為一個集合”,及通過用集合語言來表述問題,體現(xiàn)了集合思想方法來處理數(shù)學問題的直觀性,深刻性,簡潔性。對非常重要的數(shù)學思想方法也采用單獨介紹的方式,如普通教材與實驗教材都將歸納法列為一節(jié),詳細學習。
2、不同之處在于
(1)有些在普通教材中隱含方式出現(xiàn)的數(shù)學思想方法,在實驗教材中被明確的指出來,并用以指導相關(guān)數(shù)學知識的展開。
關(guān)于數(shù)學方法
我們舉不等式證明方法的例子。實驗教材在不等式一章第三節(jié)“證明不等式”中詳細講述了不等式證明的方法,比較法、綜合法、分析法、反證法。普通教材中雖然也在不等式一章,列出第三節(jié)“不等式的證明”介紹比較法、綜合法、分析法,但對方法的分析不夠透徹,更象是為了解釋例題。比如在綜合法的介紹中,普通教材只講:“有時我們可以用某些已經(jīng)證明過的不等式(例如算術(shù)平均數(shù)與幾何平均數(shù)的定理)和不等式的性質(zhì)推導出所要證明的不等式成立,這種證明方法通常叫做綜合法。”而在實驗教材更準確更詳細的介紹:“依據(jù)不等式的基本性質(zhì)和已知的不等式,正確運用邏輯推理規(guī)律,逐步推導出所要證明的不等式的方法,稱為綜合法。綜合法實質(zhì)上是“由因?qū)Ч钡闹苯诱撟C,其要點是:四已知性質(zhì)、定理、出發(fā),逐步導出其“必要條件”,直到最后的“必要條件”是所證的不等式為止”。分析法的介紹也是這樣,在實驗教材中給出了分析法實質(zhì)是“執(zhí)果索因”的說明,這樣學生能清楚的領(lǐng)會綜合法、分析法的要義,會證不等式的同時學會了綜合法和分析法,而不僅是能證明幾個不等式。
關(guān)于數(shù)學思想
在實驗教材第一冊(下)研究性課題“函數(shù)學思想及其應(yīng)用”中,明確提出“把一個看上去不是明顯的函數(shù)問題,通過、或者構(gòu)造一個新函數(shù),利用研究函數(shù)的性質(zhì)和圖象,解決給出的問題,就是函數(shù)思想”,并舉例用函數(shù)思想解決最值問題、方程、不等式問題,及一些實際應(yīng)用的問題。其實普通教材在講函數(shù)時也在用運動、變化的觀點,分析研究具體問題中的數(shù)量關(guān)系,通過函數(shù)形式把這種數(shù)量關(guān)系進行刻劃并加以研究,但從未提函數(shù)思想方法。雖然實驗教材中只是以研究性課題的形式,對函數(shù)思想作以介紹和應(yīng)用探討,可這已經(jīng)是一種重視數(shù)學思想方法的信號,隨著今后素質(zhì)教育的推進,和實踐經(jīng)驗的積累,我想數(shù)學思想方法在數(shù)學教材中會有更明確的介紹。我們舉向量的例子。
(2)實驗教材中還增加了一些數(shù)學思想方法的介紹。
關(guān)于數(shù)學方法
普通教材在第一冊第三章“數(shù)列”中只介紹了數(shù)列的概念、等差等比數(shù)列及其求和,而在實驗教材第二冊(下)的第十章“數(shù)列”中增加了第四節(jié)“數(shù)列應(yīng)用舉例”介紹了作差,將某些復(fù)雜數(shù)列轉(zhuǎn)化為等差等比數(shù)列的方法。這在潛移默化中也滲透了轉(zhuǎn)化的思想。又如在第一冊(上)中,增加了研究性課題“待定系數(shù)法的原理、方法及初步應(yīng)用”,閱讀材料“插值公式與實驗公式”,雖然不是作為正式章節(jié),但也體現(xiàn)了對數(shù)學思想方法的重視。再如數(shù)學歸納法普通教材介紹的相當簡略,而實驗教材詳細介紹了什么是歸納法,歸納法的結(jié)論是否一定正確,什么是數(shù)學歸納法歸納起始命題等問題,還舉了大量例子,切實注重讓學生真正理解方法。
關(guān)于數(shù)學思想
實驗教材中對向量,解析幾何的處理體現(xiàn)了將向量思想,幾何代數(shù)化思想的引入,并用這些數(shù)學思想方法來統(tǒng)領(lǐng)相關(guān)數(shù)學知識的介紹。實驗教材在第六章“平面向量”開首就講:“代數(shù)學的基本思想方法是運用運算律去系統(tǒng)地解答各種類型的代數(shù)問題;幾何學研究探索的內(nèi)容是空間圖形的性質(zhì)?!谶@一章中,我們首先要把表達“一點相對另一點的位置”的量定義為一種新型的基本幾何量……我們稱之為向量,……這樣,我們就可以用代數(shù)的方法研究平面圖形性質(zhì),把各種各樣的幾何問題用向量運算的方法來解答。再看普通教材第五章“平面向量”的前提介紹:“……,位移是一個既有大小又有方向的量,這種量就是我們本章報要研究的向量。向量是數(shù)學中的重要概念之一。向量和數(shù)一樣也能進行運算,而且用向量的有關(guān)知識更新還能有效地解決數(shù)學、物理、等學科中的很多問題。這一章里,我們將學習向量的概念、運算及其簡單的應(yīng)用?!憋@然實驗教材是從數(shù)學思想方法的高度來引入向量,這也使后面內(nèi)容的學習可以以此為線索,體現(xiàn)了知識的內(nèi)在統(tǒng)一。實驗教材在第六章“平面向量”之后,緊接著設(shè)置了第七章“直線和圓”,從第七章的內(nèi)容提要中我們看出這樣設(shè)計是有良苦用心的。內(nèi)容提要如下:“人們對于事物的認識和理解,總是要經(jīng)過逐步深化的過程和不斷推進的階段。對于空間的認識和理解,就是先有實驗幾何,然后推進到推理幾何,理推進到解析幾何。在第六章,我們引進了平面向量,并且建立了向量的基本運算結(jié)構(gòu),把平面圖形的基本性質(zhì)轉(zhuǎn)化為得量的運算和運算律,從而奠定了空間結(jié)構(gòu)代數(shù)化的基礎(chǔ);再通過向量及其運算的坐標表示,實現(xiàn)了從推理幾何到解析幾何的轉(zhuǎn)折。解析幾何是用坐標方法研究圖形,基本思想是通過坐標系,把點與坐標、曲線與方程等聯(lián)系起來,從而達到形與數(shù)的結(jié)合,把幾何問題轉(zhuǎn)化為代數(shù)問題進行研究和解決?!辈⑶以诤竺嬷本€的方程、直線的位置關(guān)系點到直線的距離幾節(jié)中都自然而然的延續(xù)了向量的思想和方法,使直線的學習連慣、完整、深刻。而普通教材將第一冊(下)的第五章設(shè)為“平面向量”,在第二冊(上)的第七章才設(shè)置“直線和圓的方程”,中間隔了不等式一章,并且在內(nèi)容上,也沒有將向量與直線方程聯(lián)系起來,關(guān)于法向量、點直線點法式方程都沒有講,只是隨后設(shè)置了“向量與直線”的閱讀材料簡單介紹法向量、直線間的位置關(guān)系。
四、重視數(shù)學思想方法,深化數(shù)學教材改革
1、在知識發(fā)生過程中滲透數(shù)學思想方法
這主要是指定義、定理公式的教學。一是不簡單下定義。數(shù)學的概念既是數(shù)學思維基礎(chǔ),又是數(shù)學思維的結(jié)果。概念教學不應(yīng)簡單地給出定義,而是應(yīng)引導學生感受或領(lǐng)悟隱含于概念形成之中的數(shù)學思想方法。二是定理公式介紹中不過早下結(jié)論,可能的話展示定理公式的形成過程,給教師、學生留有參與結(jié)論的探索、發(fā)現(xiàn)和推導過程的機會。
2、在解決問題方法的探索中激活數(shù)學思想方法
①注重解題思路的數(shù)學思想方法分析。在例題、定理證明活動中,揭示其中隱含的數(shù)學思維過程,才能有效地培養(yǎng)和發(fā)展學生的數(shù)學思想方法。如運用類比、歸納、猜想等思想,發(fā)現(xiàn)定理的結(jié)論,學會用化歸思想指導探索論證途徑等。
②增強解題的數(shù)學思想方法指導。解題的思維過程都離不開數(shù)學思想的指導,可以說,數(shù)學思想指導是開通解題途徑的金鑰匙。將解題過程從數(shù)學思想高度進行提煉和反思,并從理論高度敘述數(shù)學思想方法,對學生真正理解掌握數(shù)學思想方法,產(chǎn)生廣泛遷移有重要意義。3、在知識的總結(jié)歸納過程中概括數(shù)學思想方法,以數(shù)學思想方法為主線貫穿相關(guān)知識