推理能力包含合情推理能力與演繹推理能力,其實(shí)在《高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中,也提出了合情推理、演繹推理兩個(gè)概念,因此從義務(wù)教育階段開始,我們就要關(guān)注這兩種能力的培養(yǎng)。
一、合情推理和演繹推理的含義及重要意義
實(shí)際上自從標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)稿進(jìn)入試驗(yàn)區(qū)之后,老師就開始重視合情推理了。合情推理,一般包括歸納和類比,演繹推理一般就是從基本事實(shí)出發(fā),推出來一些定理,它們再作為推理的出發(fā)點(diǎn),來進(jìn)行論述。我們在判斷一個(gè)命題是否正確的時(shí)候,首先運(yùn)用合情推理的方法,包括直觀、操作、猜測,然后得出假設(shè)。這些假設(shè)是否能成立呢?我們就需要用演繹推理的方式去進(jìn)行證明。所以合情推理往往是一種發(fā)現(xiàn)的方法和手段,而演繹推理是一種證實(shí)的手段,它們相輔相成,共同完成對一個(gè)命題的認(rèn)識。我們在生活當(dāng)中,也用到很多的合情推理,如在統(tǒng)計(jì)當(dāng)中,在代數(shù)當(dāng)中,都用到很多合情推理。
美國有一位數(shù)學(xué)家和數(shù)學(xué)教育家叫波利亞,他寫了這樣一本著作叫《數(shù)學(xué)與猜想》,在這本書的序言中,他有這樣一段話說得特別好,他說作為以后要想把數(shù)學(xué)作為自己終身職業(yè)的人,他應(yīng)該學(xué)習(xí)演繹推理,因?yàn)檫@是這門學(xué)科的一個(gè)特點(diǎn),當(dāng)然他還要學(xué)習(xí)合情推理,因?yàn)檫@是使得他的研究工作能夠得以進(jìn)行的一種推理形式。如果你不是把數(shù)學(xué)作為自己終身職業(yè)的人,同樣也要學(xué)習(xí)演繹推理,因?yàn)閷W(xué)習(xí)了演繹推理,你就獲得了一種標(biāo)準(zhǔn),這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就可以用來衡量日常生活中我們碰到的一些事情。更應(yīng)該要學(xué)習(xí)合情推理,因?yàn)樵谒娜粘5纳町?dāng)中,方方面面都要用到合情推理。波利亞很辯證地把這兩種推理形式,對于一個(gè)無論是以后做數(shù)學(xué)的人,還是不做數(shù)學(xué)的人,它的重要性都闡釋得很充分。所以合情推理對于我們每個(gè)人都是很重要的。是不是合情推理這個(gè)詞就是從波利亞的類比推理和歸納推理來的呢?是的,英文翻譯過來可能就是合情推理,當(dāng)然我們更多指的是類比和歸納,當(dāng)然這里面還有其他直覺的、經(jīng)驗(yàn)的成分,包括特殊化和一般化??偠灾?,就是經(jīng)過一些合情合理的一些判斷,得到一個(gè)可能性的猜測,這樣一個(gè)思維過程就是一個(gè)合情推理的過程。當(dāng)然合情推理會有從特殊到一般,或者從一般到特殊等不同的思維形式。在以往我們的數(shù)學(xué)教育中,可能還是對演繹推理關(guān)注得多,但我們越來越認(rèn)識到合情推理和人的創(chuàng)新意識與實(shí)踐能力的培養(yǎng),聯(lián)系得非常密切,所以這次課程改革,在課程里面明確地提出來,要培養(yǎng)學(xué)生的合情推理能力。
二、培養(yǎng)學(xué)生的合情推理和演繹推理能力的策略
這個(gè)合情推理,在我們?nèi)粘θ说陌l(fā)展過程中的作用是非常大的,不專門從事數(shù)學(xué),可能很少有機(jī)會接觸嚴(yán)格的演繹推理,但是合情推理它卻要經(jīng)常使用到。我們?nèi)粘I钪械暮芏喱F(xiàn)象,其實(shí)往往都是由合情推理得來的,比如有這樣一句諺語:“八月十五云遮月,正月十五雪打燈?!蹦阏f這個(gè)生活經(jīng)驗(yàn)和常識的積累,我們怎么用演繹的方法去證明呢,它就是由合情推理產(chǎn)生的,但是它卻能夠指導(dǎo)我們很多的生活實(shí)踐。所以在日常的教學(xué)中,我們要讓學(xué)生大膽地去發(fā)現(xiàn)、大膽地去歸納,大膽地去猜想。我們在課堂上通過動(dòng)手操作,通過發(fā)現(xiàn),通過靈機(jī)一動(dòng)感悟到的東西,一定要大膽地說出來,敢于去猜,你才能邁出研究的第一步。這之后,再利用演繹的方法去從邏輯上去證明,也就有的放矢了。所以在咱們?nèi)粘5慕虒W(xué)過程當(dāng)中,千萬不要把合情推理作為演繹推理的一個(gè)簡短的前奏,很快過渡到所謂的“主旋律”了。
合情推理的落實(shí),跟老師自身對問題的設(shè)計(jì)也是很有關(guān)系的。如果我們只設(shè)計(jì)一些學(xué)生一看就很容易知道結(jié)論的問題,他就會覺得老師設(shè)計(jì)的這個(gè)合情推理環(huán)節(jié)很假,時(shí)間長了就對合情推理的環(huán)節(jié)提不起興趣。如果我們能夠設(shè)置好的問題情境,給他一個(gè)很開闊的空間,才能夠感受到合情推理的價(jià)值和意義所在。比如說在學(xué)習(xí)三角形中位線定理時(shí),我們可能遇到過這樣的問題——畫一個(gè)任意的四邊形,連接這個(gè)四邊形四邊中點(diǎn),得到了一個(gè)我們叫做中點(diǎn)四邊形的圖形。同樣是這個(gè)素材,如果讓學(xué)生求證這個(gè)中點(diǎn)四邊形是一個(gè)平行四邊形,很快就會過渡到演繹推理;可如果提出一個(gè)更開放性的問題:“同學(xué)們觀察我們新得到的這個(gè)四邊形你覺得它的形狀有什么特點(diǎn),可能是怎樣的四邊形呢?”那學(xué)生可能就要通過很多的手段——直觀的觀察、測量、猜想等一系列手段去思考,而這個(gè)問題又不像有一些問題那么膚淺,它確實(shí)有一定的思考空間,真得琢磨琢磨。只有通過觀察、測量、想象,才會產(chǎn)生它可能是平行四邊形的猜想,這個(gè)過程就顯得更真實(shí)。有了這樣一個(gè)過程,再提問:“為什么它是一個(gè)平行四邊形?”通過連接對角線的輔助線,構(gòu)造三角形的中位線,逐漸把這個(gè)問題證明了。當(dāng)然這樣的例子不止一個(gè),我們應(yīng)該更多地去挖掘。
其實(shí)在代數(shù)的學(xué)習(xí)當(dāng)中也有類似的例子,例如,先觀察下面算式:152-112=104,92-72=32,132-72=120……能不能自己也寫一個(gè)跟它們有同樣規(guī)律的算式呢?能不能用字母來表達(dá)剛才所呈現(xiàn)出規(guī)律呢?能不能證明剛才你所猜想的規(guī)律呢?實(shí)際上當(dāng)這些算式共同的規(guī)律就是奇數(shù)的平方差,它們結(jié)果都是8的倍數(shù)。然后我們用字母2m+1和2n+1來表達(dá)這兩個(gè)奇數(shù),要做適當(dāng)?shù)淖冃?,最后得出它含?這個(gè)因數(shù)。這個(gè)問題是由一些特殊的例子得到的一些特殊的規(guī)律,盡管前要求學(xué)生再舉幾個(gè)例子,但都不能替代證明。
三、在數(shù)學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生推理能力應(yīng)遵循的原則
許多老師在平時(shí)的教學(xué)過程中可能有這樣的體會——學(xué)生的推理能力一時(shí)半會兒培養(yǎng)不起來。所以在教學(xué)中千萬別著急,一定要遵循循序漸進(jìn)的原則。很多老師在七年級一接觸幾何就馬上開始學(xué)演繹證明,但實(shí)際上我們走得太急了反而容易摔跤,因此推理能力的培養(yǎng)要有層次性,先讓學(xué)生看到現(xiàn)象能夠初步地說明道理,由此出發(fā)再慢慢地規(guī)范化、形式化,再變成證明,一點(diǎn)一點(diǎn)走可能會走得更扎實(shí)一點(diǎn)。所以我建議大家在平時(shí)的教學(xué)過程當(dāng)中,把推理能力貫穿到每個(gè)領(lǐng)域、貫穿到每一節(jié)課當(dāng)中,不能一蹴而就,得有耐心。
其實(shí)許多核心概念跟知識技能的學(xué)習(xí)不一樣,一定要在一個(gè)過程中慢慢地去體會,慢慢地去滲透。所以老師如果試圖將某種能力落實(shí)在一節(jié)課中,這就錯(cuò)了,有些能力并不是老師教出來的,實(shí)際上是學(xué)生通過不斷地在解決問題的過程中慢慢感悟出來的,教師在教學(xué)中必須有耐心。