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今天,我說課的內容是北師大版七年級上冊第三章第六節第一課時《探索規律》。首先談談我的設計理念:
1.數學學習內容是現實的、有意義的,是“身邊的數學”。
2.課堂是學生的,學生是學習的主人。
3.數學學習的過程是形成思想和方法的過程。
接下來我將從以下幾個方面闡述對本節課的認識和設計思路。
一、教材分析
《探索規律》作為本章最后一節,是對前面所學知識的綜合應用,也是對這些知識的拓展與延伸。本節主要通過對學生非常熟悉的日歷中的規律的探索,使學生體會到代數式是刻畫現實世界的有效數學模型,對建立初步的符號感,幫助學生樹立數學建模的思想具有重要的作用,同時也為學習后續知識,如方程、函數等內容做了重要的鋪墊,是中考重點考查的一個知識點。
二、教學目標
根據新課標的要求及七年級學生的認知水平,我制定本節課的教學目標如下:
1.經歷探索數量關系,會用代數式表示簡單的問題中的規律,并驗證規律。
2.親歷探索規律的過程,了解問題解決的意義、思想和方法,培養抽象思維能力,有條理的表達能力和與人交流的能力。
3.體驗數學與生活之密不可分,規律之美,勇于探索的意志品質。
三、教學重難點
使學生經歷探索規律、驗證規律過程,逐步學會用代數式表示規律。訓練學生用抽象的符號來表示規律,難點是體會數學模型思想。
四、教法
根據新課標和教材說明的要求,在教學中我將分別采用:①情景教學法;②小組合作法;③活動探究法;④模型演示法等。
五、本課運用教具
日歷,自制課件,折紙,棱柱模型,三角板。
六、教學過程
為了突出學生的主體地位,我設計了六個教學環節:溫故知新;合作探究;解釋應用;拓展延伸;回顧反思;布置作業。具體如下:
1.巧設情境,激發興趣。
舉班齊唱“1只青蛙,1張嘴……”的兒歌。學生發現這是一首永遠也唱不完的兒歌,我順勢提問:大家能用一句話概括這首兒歌的內容嗎?學生大聲回答:“n只青蛙,n張嘴,2n只眼睛,4n條腿,n聲撲嗵跳下水……”原來,用一個含有字母的代數式就可以使得問題變得簡潔而明確。這就是規律給我們帶來的好處。那么,你們能想起來哪些我們曾經學過的有規律的數學結論嗎?
在學生聯想、回憶、踴躍回答之后,我通過屏幕展示我們曾經探索過的一些的數學規律,使學生感受規律的簡約之美,同時感受數學的嚴謹性。
2.小組合作,探索規律。
數學教學活動必須建立在學生的認知發展水平和已有的知識經驗基礎之上,向學生提供充分從事數學活動的機會。本節課我借助學生熟知的日歷來引導探究,非常貼近學生的生活實際,使學生明白了數學來源于生活,又應用于生活。
在2分鐘的熟悉課本內容后,學生開始分組探究日歷中的規律。
探究內容一:日歷中同一行、列及對角線上的數字規律。將全班同學分成8組,分組解決不同的問題,讓每個學生在小組中交流自己發現的規律,用字母表示這些規律,并要求組內其他組員驗證規律。然后各組匯報交流結果。
探究內容二:日歷中同一行、列及對角線上數字之和的規律。數學,是思維的體操,是開啟學生智慧之門的鑰匙。本節課一個突出的特點,就是利用有限的資源,引導學生展開多方位的探索,將問題分析透徹。在此過程中,我只根據實際情況作適當點撥,鼓勵學生用自己的語言有條理地、清晰地闡述自己的觀點。
探究內容三:日歷殊形狀如十字型、H型、W型中數字之和的規律,這一活動側重于對學生發散性思維的培養。經歷了一番觀察、分析、猜想、驗證的探究活動之后,學生會主動提出設問,并利用手中各自不同的日歷進行探索、交流,感受數學活動的創造性,以及數學思想方法的重要性。
3.應用解釋,體驗成功。
新課標指出,數學教學活動應該是一個經歷將具體問題抽象成數學模型并進行解釋與應用的過程。為此我設計了第三個計算工地鋼管數量的問題。新穎的問題總是能立刻吸引學生的注意力,易于活躍學生的思維,又培養學生的數感,讓他們體驗生活與數字、圖形,密不可分,從而樹立應用數學的意識。我們需要的是等待學生討論后的完美答案。
4.延伸拓展,舉一反三。
新課程倡導學生多動手,動腦。這一環節中,我設計三個問題,由師生互動完成,使學生在獲得數學理解的同時,培養他們的動手操作能力。
第一個問題由教師演示各種棱柱模型,鼓勵學生自己觀察,得出結論,并清晰地表達發現的規律。
第二個問題是老師、學生共同在折紙游戲中探究完成。我設計了三組問題,這三組題目,由淺入深,逐層推進,對培養學生的類比思想很有好處。同時本題的背景又賦予數列以實際意義,可以加深學生的印象和理解,也是幫助學生建立函數思想的一個很好的問題。
第三個問題要求學生從答案中再發現規律,生成新的結論,是一個相當不錯的拓展延伸,以此來鼓勵學生挑戰自我,體驗成功。
一紙道具,使每位學生都活躍起來,他們邊折,邊想,邊討論,充分享受著思維帶來的快樂的不覺中,獲得了知識與方法的內化。在民主交流、和諧輕松的氣氛中,順利完成教學目標,并突破本節課的重、難點。
5.回顧反思。
學生通過探索的過程,獲得了新知識、新經驗,無論是認知,還是情感,都全方位地得到發展,再通過交流評價,形成反饋機制,既利于他人的進步,又有助于自己的成長。如教學最后,我設計了這樣一個問題:通過本節課的學習,各小組交流一下你有什么收獲、感想,你的表現如何,今后要怎么做等。
6.布置作業。
關鍵詞:拔尖科技人才;素質結構;創造性
中圖分類號:G40-012 文獻標識碼:A 文章編號:1008-2646(2012)06-0086-05
拔尖科技人才通常是指在科技領域有著杰出貢獻的科技工作者,其顯著標志是高素質、高水平和高能力。那么,什么是拔尖科技人才?拔尖科技人才有什么樣的素質結構?如何培養拔尖科技人才?搞清楚這些問題對于我們制定科學的拔尖科技人才培養措施有著積極意義。
一、拔尖科技人才的素質結構
縱觀科學技術發展史上著名的科學家,以及當代科技各領域的專家、頂尖高手,拔尖科技人才往往具備下面一些基本素質:
1. 良好的智力稟賦
從心理學的角度來看,構成智力的要素包括觀察力、記憶力、思維力等。觀察力是人們在一定理論思維指導下,通過感官或借助科學儀器有目的、有計劃地感知研究對象,從而獲得科學事實的一種能力。無論是科學發現還是技術發明,都需要善于獲得對象的第一手資料,這就需要觀察。特別是復雜事物,良好的觀察能力是科學發現的重要前提。丹麥天文學家第谷曾經精確地觀察了700多顆星,準確、詳盡記錄了它們的運行軌跡,為開普勒行星三大定律的建立奠定了基礎。可見,良好的觀察能力是科學創新的前提。
記憶力是對感覺過的材料保持再現的能力。無論是科學上的發現還是技術上的發明,都需要對記憶中的材料給予加工。越是復雜的事物,包含的信息越多,越需要有良好的記憶力。否則,思維就成為無源之水,創新也就無從談起。良好的記憶力一般包括記憶的敏捷性、記憶的持久性、記憶的正確性和記憶的系統性。
思維力通常是指對儲存在大腦中材料進行加工的能力。思維力良好,善于對獲得的材料進行加工處理,從而發現事物內在不同要素之間的聯系,而且能夠從一般的原理出發,對事物之間的關系做出正確的判斷,科學地揭示事物的本質。
2.富有創造性思維
創造性思維是一種開創性的、探索未知的復雜的思維,它能夠產生新穎獨特的、有社會意義的思維成果。創造性思維最顯著的特點是思維結果的新穎性。
創造性思維的發生機制主要包括濃厚的問題意識、對未知事物的好奇心和創造性想象。問題意識通常是指“理論研究中的一種主動地發現問題、捕捉問題的心理意向,這種心理意向是以這樣一種認識為前提的,即認為理論研究是圍繞問題展開的,并以問題為其發展的第一推動力。”[1]縱觀科學發展的歷史,科學上許多重大的發現往往從問題的產生開始,問題是科學創新的起點。普朗克根據“黑體輻射”現象提出能量子假說;德國著名科學家勒梅特根據星系譜系的紅移現象提出了宇宙大爆炸理論假說。如果沒有他們對這些問題的疑問和深入思考,就不會有這些科學上的重大發現。正因為如此,指出:“問題是新知識、新學問的老祖宗,古往今來一切新知識的產生與積累都因為要解答問題”。好奇是人人具有的一種天性,對于拔尖科技人才來說,好奇心猶如一個內在的驅動力,不斷地催促著研究者去探索事物產生的原因,從而發現事物之間本質聯系。可見,沒有好奇心,就不會有對事物認識的深化。愛因斯坦許多重大的科學思想的創造,無不是這種好奇心的驅使下完成的。創造性想象,就是對已儲存在頭腦中的表象進行加工、改造并創造出新形象的過程。想象可以突破時間、空間的束縛,實現“遙接千載,思通萬里”,把不相關的事物、現象和過程給予有效的連接和組合,從而創造出新的形象、新的過程。創造性想象是創造性思維的重要品質。愛因斯坦在《論科學》一文中深有感觸地說:“想象力比知識更重要,因為知識是有限的,而想象力概括著世界上的一切,推動著進步,并且是知識進化的源泉。嚴格地說,想象力是科學研究中的實在因素”。[2] 列寧指出:“有人認為,只有詩人才需要幻想,這是沒有理由的,這是愚蠢的偏見!甚至在數學上也是需要幻想的,甚至沒有它就不可能發明微積分。”[3]創造性的想象,無疑是拔尖人才素質的重要素質之一。
3.合理的知識結構
對于拔尖科技人才來說,什么樣的知識結構是合理的,人才研究專家告訴我們,扎實的基礎知識、精深的專業與廣博的相關知識是必要的。從知識和能力的關系看,知識是能力的基礎;從基礎知識和專業知識的關系看,基礎知識是專業知識的根基。前蘇聯物理學家、諾貝爾物理學獎金獲得者蘭道在1962年曾提出“蘭道三角理論”,曾形象地解釋了創造性人才的知識組合方式。他認為拔尖科技人才往往是屬于正三角形類“Δ”,這種人才“頭腦敏銳,且基礎知識雄厚”,可以做出重大的發明創造。精深的專業知識也是拔尖人才知識結構的必然要求。中國社會科學院研究生院副院長鄒東濤更形象地用“十字型人才”概念來說明創造性人才的知識結構系統。如果用“一”表示掌握知識的寬度,“|”表示掌握專業知識的深度,拔尖創造性人才的知識組合往往是“十”字型的,這種人才博專相濟、相輔相成,他們既有較寬的知識面,又在某一領域有比較深入的研究,更重要的是敢于出頭、冒尖、有創新意識。現代科學正在不斷的交叉、綜合,新的科學構想、新的技術突破,往往產生在這些領域。所以,廣博的知識是能夠為創新提供新鮮的養料和信息。正如美國數學家維納指出的,“在科學發展上可以得到最大收獲的領域是各種已經建立起來的部門之間被忽視的無人區”。[4]他自己正是選定了一個與數學、物理學、生物學、神經生理學和電工學等都有關聯的“科學處女地”展開了工作,終于在1947年創立“控制論”這門嶄新的學科,對現代計算、控制、通訊、自動化技術、生物學和醫學理論都產生了重要影響。
4.創造性心理品格
心理品格,是一個內涵比較廣泛的概念,包括性格、興趣、動機、意志、情感等方面。具有高度創造性的人往往具有下列心理品格:對研究的對象熱愛、興趣濃厚,有毅力,意志堅強。這其中,最重要的品格是興趣和意志。興趣是人們積極探索某種事物或者進行某種活動的心理傾向。一般來說,對某事物興趣濃厚,集中注意力,可以促使人們去刻苦鉆研、積極思考,有利于創造性活動的完成。美國著名華人學者丁肇中講授說:“任何科學研究,最重要的是要看對自己所從事的工作有沒有興趣。……比如搞物理實驗,因為我有興趣,我可以兩天兩夜、甚至三天三夜在實驗室里,守在儀器房,我急切地希望發現我所耍探索的東西。”正是對基本粒子研究有著濃厚的興趣促進了他的探索熱情,從而使他獲得巨大的成功。
意志是人為了達到預定的目的,自覺地運用自己的智力與體力進行活動。科技創新充滿了艱辛,有失敗,有挫折,頑強的意志力是克服困難的基礎,有利于創造性活動的完成。居里夫人為了從瀝青鈾礦中提煉出鈾,沒有實驗室,只有一間破舊房子,屋頂漏雨,墻壁透風,儀器缺乏,但是,她依然不論嚴冬或盛夏,不分黑夜和白天,整天緊張地工作著。在瀝青鍋里無數次的攪拌,幾萬次的過濾、提純,終于在四年多的時間,提煉出了10克純鐳。鐳的發現,不僅引起科學和哲學的巨大變革,為人類探索原子世界的奧秘打開了大門,也給人類的健康帶來了福音。居里夫人克服困難的勇氣,堪稱是意志力活動的典范。
5.高尚的道德情操
價值觀是人們對客觀事物以及對自己行為結果的意義、作用效果等重要性的評價。價值觀是一種內在尺度,支配著人們對人生目的和意義的看法。價值觀具有相對的穩定性和持久性,其一旦形成便成為指導和支配著人們的行為指南。拔尖科技人才,其崇高的價值取向表現為有理想、有抱負、事業心強、關心社會,能夠將自己理想追求與國家、人民的利益命運緊密結合。愛因斯坦說:“我每天上百次地提醒自己:我的精神生活和物質生活都依靠別人的勞動,我必須盡力以同樣的分量來報答我所領受了的和至今還在領受著的東西”;“我從來不把安逸和享樂看作是生活目的本身……,照亮我道路的,并且不斷給我新的勇氣去愉快地正視生活的理想,是真、善、美。”愛因斯坦的這段話不僅是自身崇高價值取向的寫照,也是他一生事業的追求。為了反擊納粹,他曾經寫信給羅斯福總統研制原子彈。當他得知日本廣島遭原子彈轟炸的消息時,他非常遺憾地說:“我現在最大的感想是后悔,后悔當初不該給羅斯福總統寫那封信。……我當時是想把原子彈這一罪惡的殺人工具從瘋子希特勒手里搶過來。想不到現在又將它送到另一個瘋子手里。……我們為什么要將幾萬無辜的男女老幼,作為這個新炸彈的活靶子呢?”[5]這里,我們可以深切感到愛因斯坦那崇高偉大的社會責任感。同樣,我國著名科學家錢學森之所以為國人所敬仰,不僅僅是他為我國“兩彈一星”所做出的巨大貢獻,他崇高的愛國情懷也在感動著每一個人。錢學森曾留學美國,當他得知中華人民共和國誕生的消息后,按捺不住內心的喜悅,希望早日回國,為國效力。盡管美國政府百般刁難,甚至抄家、拘禁都難以抑制他那顆歸國的心。就是在96歲高齡時,依然惦記著國家的教育事業,惦記著人才的培養,無不反映了他身系國家的崇高理想。可見,崇高的價值取向,是一個拔尖科技人才的重要品質。
二、拔尖科技人才的培養
拔尖科技人才的素質特征內在地包含著培養方法。拔尖科技人才的培養主要是通過學校教育來進行,特別是大學教育是其基本素質形成的關鍵性環節。當他們走向工作崗位時,工作單位的學術氛圍、政策導向也是重要的因素。拔尖科技人才的培養應主要立足于這幾個方面。
1.轉變教育觀念,改革育人模式
當前,我國教育觀念總體上側重于對學生知識的傳授,這種觀念集中體現在中小學應試教育中。就是在大學教育教學活動中,也不乏“一言堂”或“滿堂灌”現象,忽視學生德智體美等多方面素質的養成,學生主體地位得不到發揮,制約了學生創造性思維。我國著名科學家錢學森在總理看望他時曾談到:我們還沒有一所大學能夠按照培養科學技術發明創造人才的模式去辦學,沒有自己獨特的創新的東西,老是冒不出杰出人才。那么,創新教育應該怎樣進行?美國著名心理學家羅杰斯有一段話值得我們深思。他說,人的創造力只有在他感覺到心靈自由和心理安全的條件下,才能獲得最優的表現和發展。美籍華人柯領通過長期的教育研究也提出過一個命題:心靈的自由是創造的根本。這表明心靈的自由與創造力發揮有著內在聯系。心靈的自由是一種思想的自由、思維的自由。思維的主體展開思維的翅膀,自由的聯想、自由的想象。當然,這里的心靈自由絕不是胡思亂想,是一種對真理的自由探索,是對理想目標的執著追求,是一種求真、求善、求美的高度統一。要達到這樣的理想狀態,就需要我們克服以知識傳授為主的教育觀念和教學模式,改革考試單一的評價體系,強化人文的、藝術的、美的教育,將科學教育、藝術教育、美的教育、人文的教育等有機結合,解放人的心靈、提升人的境界,讓學生的個性、特長發揮有廣闊的空間。心靈的自由才有創新的自由。
2.注重基礎科學教育與專業知識教育相結合
基礎科學教育,是形成拔尖人才合理基礎知識的必然要求。客觀上來說,我國在基礎科學教育方面搞的還是比較好,無論是內容的選擇、課時的安排還是方法的運用都取得了良好的效果。我們經常看到“國際大學生數學建模”,往往得到好名次的都是中國人。而且,隨著國家對拔尖人才培養的重視,基礎科學教育的重要性更加突出,一些大學在基礎科學教育方面都采取了一系列措施。清華大學于2009年啟動了“清華學堂人才培養計劃”,分別建立了清華學堂數學班、物理班、化學班、生物科學班、計算機科學班和錢學森力學班,聘請一批學術造詣深厚、教學經驗豐富、具有國際視野的一流學者擔任各班首席教授。南京大學一些部系在基礎教育方面制定了一系列方案,不僅加強了重點實驗室的建設,在辦學模式、教學內容、教學手段和科研管理等方面都有一系列措施。
專業知識是指一定領域或范圍內相對穩定的系統化、理論化的知識。科技創新總是在一定的領域里進行,特別是在高、精、尖領域,不僅涉及的科學原理復雜、尖端,同時存在多種學科的交叉滲透,沒有精深的專業知識是難以實現創新的。一般來說,拔尖人才的專業教育往往是在研究生階段,即碩士或博士階段。專業知識教育要抓前沿。不同學科的前沿不同,理論研究有理論上的前沿,應用學科也有技術上的前沿。在學科前沿領域,或者不同前沿學科的交叉地帶,往往是科技創新的生長點,培養拔尖科技人才,需要在前沿專業知識方面入手。
3.掌握創造性思維方法,提高智力水平
馬克思指出:“蜜蜂建筑蜂房的本領使人間的許多建筑師感到慚愧。但是,最蹩腳的建筑師從一開始就比最靈巧的蜜蜂高明的地方,是他在用蜂蠟建筑蜂房以前,已經在自己的頭腦中把它建成了。”[6]馬克思在這里指出了人類的創造性活動是一種自覺的能動性過程,是運用創造性思維的結果。思維的創造性是人類智力的核心,良好的智力稟賦是通過思維能力表現出來的,學習和掌握創造性思維方法來提高智力水平是培養拔尖人才的必要手段。
創造性思維方法很多,有唯物辯證思維方法,有隨近代科學發展起來的系統思維方法。此外,聯想、想象、類比等也是比較重要的方法。科技史上大量創新無不運用到了這些思維方法。要全面掌握這些方法,不僅需要專門的學習,教師在教學活動中滲透也是必要的。教師在授課過程中,不僅要使學生了解科學知識、科學原理,還要使學生了解這些知識和原理是怎樣產生的,運用了什么樣的思維方法。教師只有將知識的講授與思維方法運用有機結合,才能教會學生“學會學習、學會思考”。大學的創新教育就要基于這兩點。笛卡爾說,在一切知識中,對人類最有用的知識是關于方法的知識。只有掌握了科學的思維方法,發現問題、分析問題的能力就強,良好的智力稟賦就得以體現。
4.創造心理養成與實踐能力提高相結合
創造心理是集諸如創新意識、動機、興趣、理想、信念、情感、意志等多種因素的統一,其中興趣、情感、意志是最重要的部分。興趣是一種具有持久、穩定的心理傾向。當人們對某一創新活動感興趣,這種興趣將成為創新活動的推動力。興趣的激發與培養往往是通過教學中設置問題,啟發學生思考,通過層層推進、循循善誘,在解決問題中使學生體驗到發現問題的樂趣和解決問題的成就感,這種樂趣與成就感可以覆蓋努力時帶來的枯燥和煩惱,從而吸引學生對問題的進一步思考。在教學中,啟發式教學、探究式教學是激發和培養學生興趣的重要方法。要求學生參加實踐,如參加調研,做有一定難度的實驗或寫論文,并且嚴格要求,嚴格訓練,既可以提高學生的能力,又培養了學生意志的堅毅性。
5.營造良好的文化氛圍
拔尖科技人才的培養既是學校教育的過程,也是在工作崗位上成就的過程。因此,營造有利于拔尖科技人才成長的文化氛圍也是一個重要環節。
一是構建寬松、自由的文化環境。學術無,探索無止境。著名國學大師的“獨立之精神,自由之思想”就是講的這個道理。科學研究活動需要有充分的自由,要給善于思考的人提供機會。學術研究不能受政治的束縛,不能受俗世所干擾,也不能受利益驅使,否則就不會有創新。科技創新要敢于打破別人又超越別人。如果人家說什么我們說什么,沒說過的就不敢說,顯然培養不出拔尖人才。創新是一個探索未知的過程,充滿了不確定性,失敗、挫折在所難免。所以,我們要容許失敗,寬容失敗,將失敗看做是成功的一部分。
二是營造尊重知識、尊重人才的良好氛圍。科技人才往往是將其一生的精力都奉獻給科技事業,科學知識是其財富,服務社會是其人生價值的基本追求。尊重知識,尊重人才本質上就是讓他們的知識能夠發揮作用,人生價值得以體現。
三打造敢為人先、敢于競爭的學術風氣。人才的成長需要競爭,競爭是人才成長的一個重要環節。所以,要提倡競爭,鼓勵冒險,勇于開拓新領域。要敢于打破權威,敢于超越前人,不要為已成的學說所壓倒。
四是樹立求真務實的嚴謹學風。科學創新本質是一個追求真理的實踐活動,真理具有客觀性,真理不以人們的意志為轉移,真理面前人人平等。只有按照客觀事物的本來面目出發,實事求是,尊重客觀規律,發揮主觀能動性,才能有所創新,有所發現。
五是創新教育體制,遵循教育規律辦事。大學間人才素質的競爭,表面看是大學綜合實力的競爭,其背后是不同教育體制的競爭。中國科學院院士朱清時曾經指出,當前我國高校不能夠很好地培養拔尖人才,其最大的受制因素是學校的行政化趨勢,或者是上級的行政干預,以致于學校這樣一個學術機構難以按照教育的規律來辦。北大章啟群教授認為,當前中國教育的根本問題不是教育方法問題,而是體制問題。這些說明,不合理的教育體制也是制約拔尖人才培養的一個因素。改變目前教育管理體制,實現教授治校、學術主導、社會監督、政府服務的教育體制,是培養拔尖人才的必要環節。積極創建人才脫穎而出的法律、規章、評價制度,讓大學成為真正進行教育的地方,回到大學最開始的原點,是培養拔尖人才的關鍵。
參考文獻
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