嚴(yán)必友
摘 要:以數(shù)學(xué)思維活動(dòng)引領(lǐng)數(shù)學(xué)教學(xué),教學(xué)生學(xué)會(huì)思考應(yīng)當(dāng)成為數(shù)學(xué)教學(xué)的本源性活動(dòng).教學(xué)生學(xué)會(huì)思考的數(shù)學(xué)活動(dòng)形式主要有三類:一是引導(dǎo)學(xué)生深入理解數(shù)學(xué)知識(shí)、追根溯源、反思質(zhì)疑;二是捕捉機(jī)會(huì)滲透并應(yīng)用數(shù)學(xué)思想方法;三是學(xué)會(huì)數(shù)學(xué)研究的一般方法,即經(jīng)歷提出問(wèn)題、猜想假設(shè)、探索驗(yàn)證、構(gòu)建概念、解決問(wèn)題等各環(huán)節(jié)的完整研究過(guò)程.
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)教學(xué);數(shù)學(xué)活動(dòng);數(shù)學(xué)思維
數(shù)學(xué)教育家A. A.斯托利亞爾有個(gè)重要的觀點(diǎn):數(shù)學(xué)教學(xué)是數(shù)學(xué)思維活動(dòng)的教學(xué)[1].的確,以數(shù)學(xué)思維活動(dòng)引領(lǐng)數(shù)學(xué)教學(xué),教學(xué)生學(xué)會(huì)思考應(yīng)當(dāng)成為數(shù)學(xué)教學(xué)的本源性活動(dòng). 數(shù)學(xué)教學(xué)既要使學(xué)生掌握現(xiàn)代生活和學(xué)習(xí)中所需要的數(shù)學(xué)知識(shí)與技能,更要發(fā)揮數(shù)學(xué)在培養(yǎng)人的思維能力方面的獨(dú)特作用,培養(yǎng)學(xué)生推理、判斷、決策的能力. 實(shí)際上,“授之魚(yú)不如授之漁”,教給學(xué)生學(xué)會(huì)數(shù)學(xué)思考的方法,他所學(xué)到的將是未來(lái)可持續(xù)發(fā)展所需要的思維品質(zhì).
那么,數(shù)學(xué)教學(xué)要從哪些方面教學(xué)生學(xué)會(huì)思考呢?筆者認(rèn)為,盡管“教學(xué)生學(xué)會(huì)思考”的形式和機(jī)會(huì)不一而足,但以下三類數(shù)學(xué)活動(dòng)形式應(yīng)是最主要的載體:一是引導(dǎo)學(xué)生深入理解數(shù)學(xué)知識(shí)、追根溯源、反思質(zhì)疑;二是捕捉機(jī)會(huì)滲透并應(yīng)用數(shù)學(xué)思想方法;三是學(xué)會(huì)數(shù)學(xué)研究的一般方法,即經(jīng)歷提出問(wèn)題、猜想假設(shè)、探索驗(yàn)證、構(gòu)建概念、解決問(wèn)題等各環(huán)節(jié)的完整研究過(guò)程. 本文就此做些探索和思考.
一、以數(shù)學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)為載體的學(xué)會(huì)思考
數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的大部分活動(dòng)聚焦于數(shù)學(xué)知識(shí)的理解與掌握. 數(shù)學(xué)概念、命題、公式、法則等知識(shí)的學(xué)習(xí)是數(shù)學(xué)活動(dòng)的主體,幾乎是每節(jié)數(shù)學(xué)課必然要面對(duì)的. 如何在這些常態(tài)的數(shù)學(xué)課堂里教學(xué)生學(xué)會(huì)思考也就成為數(shù)學(xué)教學(xué)的重要任務(wù).
思考是在具體的數(shù)學(xué)活動(dòng)中進(jìn)行的,在知識(shí)學(xué)習(xí)中“教學(xué)生學(xué)會(huì)思考”就要提供給學(xué)生自己投入數(shù)學(xué)知識(shí)的理解、建構(gòu)、掌握活動(dòng)的機(jī)會(huì). 這些數(shù)學(xué)活動(dòng)包括對(duì)情境材料的數(shù)學(xué)化、對(duì)數(shù)學(xué)對(duì)象的表述、對(duì)數(shù)學(xué)問(wèn)題及結(jié)果的反思質(zhì)疑等. 數(shù)學(xué)思考是以這些活動(dòng)為載體的,活動(dòng)越深入,思考也就越有質(zhì)量.
例如,以下“加權(quán)平均數(shù)”的教學(xué)片段由無(wú)錫江南中學(xué)張珉老師執(zhí)教,在并不復(fù)雜的數(shù)學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)中引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)對(duì)情境材料數(shù)學(xué)化、對(duì)數(shù)學(xué)對(duì)象表述、對(duì)數(shù)學(xué)問(wèn)題及結(jié)果反思質(zhì)疑等數(shù)學(xué)活動(dòng)進(jìn)行數(shù)學(xué)思考.
教師首先拋出一個(gè)引導(dǎo)性問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生思考.
師:(呈現(xiàn)問(wèn)題一)學(xué)校舉行一次知識(shí)競(jìng)賽,我班選派了15個(gè)同學(xué)參加競(jìng)賽,共有3種得分,分別是80分、85分、90分,你能求出這15個(gè)同學(xué)的平均成績(jī)嗎?
【評(píng)述】問(wèn)題一是為了引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)在一定的情境下必然會(huì)出現(xiàn)加權(quán)平均數(shù),而不是人為生造的. 該情境材料是學(xué)生身邊的生活情境,雖是以基礎(chǔ)知識(shí)為載體的簡(jiǎn)單問(wèn)題,但因問(wèn)題開(kāi)放,數(shù)學(xué)化過(guò)程中容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果,對(duì)學(xué)生的思考啟迪作用是顯而易見(jiàn)的.
生1:把80,85,90相加再除以3,就是這15個(gè)同學(xué)的平均得分.
師:這位同學(xué)的觀點(diǎn)是把3個(gè)得分加起來(lái)除以3,即[80+85+903](板書(shū)). 還有沒(méi)有不同的解法呢?
生2:我認(rèn)為,需要知道這3個(gè)成績(jī)?cè)谌藬?shù)里所占的比例,才能做.
師:哦!這位同學(xué)說(shuō),需要知道這3個(gè)成績(jī)所對(duì)應(yīng)的人數(shù). 好!現(xiàn)在有兩種觀點(diǎn):有同學(xué)說(shuō)把3個(gè)成績(jī)相加除以3,有同學(xué)說(shuō)這個(gè)平均分要看這3個(gè)成績(jī)?cè)谌藬?shù)里所占的比例.
我有些糊涂了,我們來(lái)分組討論一下. 請(qǐng)這個(gè)小組派一位代表來(lái)說(shuō)一說(shuō).
生3:我們組贊同第二位同學(xué)的方法,先找出每個(gè)分?jǐn)?shù)對(duì)應(yīng)的人數(shù),把分?jǐn)?shù)與對(duì)應(yīng)的人數(shù)乘起來(lái),相加,再除以總?cè)藬?shù),我們覺(jué)得這樣比較公平.
師:好的. 我們?cè)僬?qǐng)一個(gè)小組. 你們這個(gè)小組派一個(gè)代表,你們討論的結(jié)果怎么樣?
生4:我們也同意第二個(gè)同學(xué)的觀點(diǎn).
師:你們還是認(rèn)為,這3個(gè)成績(jī)要知道它對(duì)應(yīng)的人數(shù).
【評(píng)述】利用校園活動(dòng)創(chuàng)設(shè)情境問(wèn)題,貼近學(xué)生生活,情境自然. 教師語(yǔ)言比較生動(dòng)、幽默. 用解題方式復(fù)習(xí)舊知,比單純記憶背概念公式更有效,把知識(shí)與運(yùn)用情境結(jié)合,使知識(shí)情境化、條件化. 通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生合理地表述數(shù)學(xué)對(duì)象,討論、對(duì)比不同的結(jié)果,使學(xué)生思考、感悟加權(quán)平均數(shù)的產(chǎn)生原因.
師:(呈現(xiàn)問(wèn)題二)你來(lái)給每個(gè)成績(jī)分配一個(gè)人數(shù),這時(shí)候怎么來(lái)求平均成績(jī)?
生5:假如是15個(gè)人的話,我就分配3個(gè)成績(jī)正好都是5個(gè)人.
師:現(xiàn)在這位同學(xué)提出來(lái),把這三項(xiàng)成績(jī)都分配5個(gè)人,那么現(xiàn)在你能來(lái)求平均分了嗎?哪個(gè)同學(xué)來(lái)說(shuō)一說(shuō)?
生6:80×5+85×5+90×5,它們的和除以15.
師:15就是剛才的3個(gè)5相加,(板書(shū)) [80×5+85×5+90×55+5+5](教師特別把15改成5+5+5).
再請(qǐng)一個(gè)同學(xué),還有沒(méi)有什么其他的分配方法?好,你來(lái)說(shuō)一說(shuō),你有什么分配方法?
生7:因?yàn)?個(gè)成績(jī)都是5個(gè)人,所以只要把3個(gè)成績(jī)加起來(lái)乘以5,然后再除以15就行了.
師:哦,你跟他是一樣的. 還有沒(méi)有其他方法?
生8:分配成9,4,2.
師:就是分配成9個(gè)人,4個(gè)人,2個(gè)人. 現(xiàn)在這位同學(xué)把這15個(gè)同學(xué)分配成: 9,4,2 (板書(shū)). 請(qǐng)坐,這時(shí)候根據(jù)她的分配方法又怎么來(lái)求出平均數(shù)呢?你來(lái)說(shuō)說(shuō)看.
生9:把80×9+85×4+90×2,再除以9+4+2.
(板書(shū))[80×9+85×4+90×29+4+2] .
這是什么意思?9就是成績(jī)80在這組數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的次數(shù). 4就是85這個(gè)成績(jī)?cè)谡麄€(gè)這組數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的次數(shù). 同樣,2就是90這個(gè)成績(jī)?cè)谶@組數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的次數(shù). 根據(jù)成績(jī)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的次數(shù)不同,我們就給它一個(gè)數(shù)據(jù)——“權(quán)”. 我們就把“9,4,2”叫作“80,85,90”這三個(gè)成績(jī)的“權(quán)”,用這種方法求出的平均數(shù)叫作“加權(quán)平均數(shù)”.
【評(píng)述】巧妙地設(shè)置探究活動(dòng),讓學(xué)生“來(lái)給每個(gè)成績(jī)分配人數(shù)”,以此領(lǐng)悟“權(quán)”的本質(zhì),這樣的數(shù)學(xué)活動(dòng)不是局限于一個(gè)公式的識(shí)記與理解,而是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中自己思考其中的道理,對(duì)公式的理解自然也就趨于深刻.
毋庸置疑,對(duì)于概念或公式等知識(shí)性的新授課教學(xué),如果提供給學(xué)生合適的素材和問(wèn)題,設(shè)置有效的思考路徑,能夠產(chǎn)生良好的探索思考活動(dòng). 在這樣的思考過(guò)程中,學(xué)生學(xué)會(huì)的不僅僅是對(duì)知識(shí)的識(shí)記與掌握,更重要的是對(duì)問(wèn)題的分析、解決方法,隨著探索的深入自然也就深化了對(duì)知識(shí)的理解.
二、以數(shù)學(xué)思想方法學(xué)習(xí)為載體的學(xué)會(huì)思考
“教學(xué)生學(xué)會(huì)思考”的教學(xué)離不開(kāi)數(shù)學(xué)思想方法的滲透,數(shù)學(xué)思想方法實(shí)質(zhì)上是前人在數(shù)學(xué)研究中積累的成熟的思維方式,是數(shù)學(xué)思考的結(jié)晶.
中小學(xué)階段涉及的數(shù)學(xué)思想方法已經(jīng)很豐富.例如,常見(jiàn)的數(shù)學(xué)思想有對(duì)應(yīng)思想、比較思想、符號(hào)化思想、歸納思想、類比思想、轉(zhuǎn)化思想、分類思想、數(shù)形結(jié)合思想、統(tǒng)計(jì)思想、函數(shù)與方程思想,等等;常用的數(shù)學(xué)方法有換元法、配方法、消元法、反設(shè)法、分析法、綜合法、待定系數(shù)法、構(gòu)造法、模型方法、整體代換法,等等. 教學(xué)過(guò)程中注重挖掘、整理和滲透,無(wú)疑是激發(fā)學(xué)生數(shù)學(xué)思考的絕好機(jī)會(huì)和載體.
日本數(shù)學(xué)家米山國(guó)藏對(duì)數(shù)學(xué)思想方法的教學(xué)意蘊(yùn)有過(guò)中肯的評(píng)述:“學(xué)生在初中、高中時(shí)接受的數(shù)學(xué)知識(shí),因畢業(yè)進(jìn)入社會(huì)后幾乎沒(méi)有什么機(jī)會(huì)應(yīng)用這種作為知識(shí)的數(shù)學(xué),所以通常在出校門(mén)后不到一兩年就忘掉了. 然而,不管他們從事什么業(yè)務(wù)工作,唯有深深地銘刻于頭腦中的數(shù)學(xué)的精神、數(shù)學(xué)的思維方法、研究方法、推理方法和著眼點(diǎn)等,卻隨時(shí)隨地地發(fā)揮作用,使他們受益終身.”[2] 可見(jiàn),相較于數(shù)學(xué)知識(shí)的教學(xué),數(shù)學(xué)思想方法的教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思考力作用顯明.
例如,已知函數(shù)
[f(x)=sinx, x<1 ,x3-9x2+25x+a, x≥1.] 若函數(shù)f(x)的圖象與直線y=x有三個(gè)不同的公共點(diǎn),求實(shí)數(shù)a的取值集合.
引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)以數(shù)學(xué)思想方法為載體思考數(shù)學(xué)問(wèn)題,往往能使問(wèn)題迎刃而解.
本題首先應(yīng)結(jié)合函數(shù)圖象使用數(shù)形結(jié)合與分類討論思想思考問(wèn)題:當(dāng)x<1時(shí),f(x)=sinx與y=x有一個(gè)交點(diǎn);當(dāng)x≥1時(shí),f(x)=x3-9x2+25x+a與y=x應(yīng)有兩個(gè)交點(diǎn).接著使用特殊化思想,考慮x=1的情況,也有一個(gè)交點(diǎn);這樣,當(dāng)x>1時(shí),f(x)=x3-9x2+25x+a與y=x只能有一個(gè)交點(diǎn).再借助數(shù)學(xué)結(jié)合思想方法判斷y=x應(yīng)是曲線f(x)=x3-9x2+25x+a的一條切線,這就把問(wèn)題化歸為導(dǎo)數(shù)的幾何意義,至此問(wèn)題迎刃而解.
【評(píng)述】這類問(wèn)題的解題教學(xué),要避免局限于問(wèn)題解決的結(jié)果呈現(xiàn),而要致力于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)利用數(shù)學(xué)思想方法自主探索解題過(guò)程,讓學(xué)生感悟到分類討論、一般與特殊、數(shù)形結(jié)合以及化歸等數(shù)學(xué)思想方法的魅力與價(jià)值,并注重引導(dǎo)學(xué)生歸納數(shù)學(xué)思想方法使用的特點(diǎn)和規(guī)律.思想方法的使用與歸納本身就是一種高層次思維活動(dòng),對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)探索活動(dòng)能力,提升數(shù)學(xué)思考的層次與水平具有直接的意義,教學(xué)中應(yīng)善于捕捉各種機(jī)會(huì),適時(shí)地滲透數(shù)學(xué)思想方法,使得以數(shù)學(xué)思想方法為載體的學(xué)會(huì)思考的教學(xué)常態(tài)化.
三、以研究問(wèn)題的一般方法學(xué)習(xí)為載體的學(xué)會(huì)思考
“教學(xué)生學(xué)會(huì)思考”還應(yīng)當(dāng)上升到一個(gè)更高的層面——教給學(xué)生研究問(wèn)題的一般方法. 這里所謂研究問(wèn)題的“一般方法”,就是指研究數(shù)學(xué)問(wèn)題的基本方法,是一種本原的方法,是人們探索數(shù)學(xué)領(lǐng)域乃至整個(gè)世界的最根本方法,具體涉及以下幾個(gè)環(huán)節(jié):創(chuàng)設(shè)情境提出或形成問(wèn)題、構(gòu)建概念或關(guān)系、探尋或設(shè)計(jì)方法、提出解決問(wèn)題的猜想與假設(shè)、驗(yàn)證猜想、建立解決問(wèn)題的理論與方法.
這種方法論層面的數(shù)學(xué)教學(xué)每一步都激勵(lì)著學(xué)生的數(shù)學(xué)思考. 數(shù)學(xué)教學(xué)中,應(yīng)當(dāng)根據(jù)學(xué)習(xí)材料的特點(diǎn),設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)姆桨?,有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)提出問(wèn)題,建構(gòu)概念,尋找方法,最終學(xué)會(huì)研究問(wèn)題的一般方法.
例如,“對(duì)數(shù)”概念的教學(xué),就可以根據(jù)相關(guān)的素材,設(shè)計(jì)成由學(xué)生自己提出問(wèn)題、探尋方法、建構(gòu)概念、解決問(wèn)題的過(guò)程,從而使學(xué)生感受、學(xué)會(huì)研究問(wèn)題的一般方法.
以下“對(duì)數(shù)”的教學(xué)片段是由南京師范大學(xué)附屬中學(xué)張萍老師執(zhí)教.
師:同學(xué)們,在前面學(xué)習(xí)指數(shù)函數(shù)時(shí),我們?cè)?jiàn)過(guò)這樣的問(wèn)題情境.
問(wèn)題情境:某種放射性物質(zhì)不斷變化為其他物質(zhì),每經(jīng)過(guò)1年,這種物質(zhì)剩留量是原來(lái)的84%. 設(shè)該物質(zhì)的最初質(zhì)量為1.
問(wèn)題1 你能就此情境提出一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題嗎?
師:請(qǐng)將你的問(wèn)題寫(xiě)在草稿本上.
【評(píng)述】提供材料引導(dǎo)學(xué)生自己提出問(wèn)題,頗有新意和啟發(fā)性,很好地激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)思考的積極性. 而且,由于問(wèn)題的設(shè)置具有彈性和開(kāi)放性,給學(xué)生留出思考的余地,學(xué)生提出多種問(wèn)題,思考量是可想而知的.
生1:經(jīng)過(guò)5年,這種物質(zhì)的剩留量為原來(lái)的多少?
師:是多少呢?(寫(xiě)下來(lái))0.845=N.
師:還有不同的問(wèn)題嗎?
生2:經(jīng)過(guò)多少年,這種物質(zhì)的剩留量為原來(lái)的一半?
師:這個(gè)問(wèn)題怎么解決呢?(寫(xiě)下來(lái)) 0.84x=[12].
【評(píng)述】出現(xiàn)本節(jié)課的目標(biāo)性問(wèn)題,就可以順此繼續(xù)讓學(xué)生進(jìn)一步探索下去了.
師:同學(xué)們提出了很好的問(wèn)題,這兩個(gè)問(wèn)題實(shí)際上都與我們學(xué)過(guò)的指數(shù)函數(shù)y=0.84x有關(guān).
第一個(gè)問(wèn)題是已知指數(shù)x求冪y;第二個(gè)問(wèn)題是已知冪y求指數(shù)x.如果底數(shù)是未知的,那么,我們還可以解決已知指數(shù)x和冪y求底數(shù)a的問(wèn)題.
這些問(wèn)題本質(zhì)上就是在研究ab=N(其中a>0且a≠1)中已知兩個(gè)量求第三個(gè)量.
師:之前我們已經(jīng)研究了已知a,b求N,比如:
32=9,53=125…
我們還研究了已知b,N求a,比如:
a5=32?a=2,a3=5?a=[53]…
現(xiàn)在我們還可以研究什么問(wèn)題呢?
【評(píng)述】還可以研究什么問(wèn)題?仍讓學(xué)生自己去探尋.
生:已知a,N,求b.
比如:
2b=2?b=1,
2b=4?b=2,
2b=3?b=?
問(wèn)題2 2b=3,這樣的指數(shù)b有沒(méi)有呢?
【評(píng)述】拋出頗具思考誘惑性的問(wèn)題,啟發(fā)學(xué)生想辦法去判斷究竟是否存在這樣的b.無(wú)論是估計(jì)還是利用數(shù)形結(jié)合方法都能使學(xué)生領(lǐng)悟到研究數(shù)學(xué)問(wèn)題的一般方法.
生3:2b=2?b=1,2b=4?b=2,2b=3,b在1到2之間.
師:為什么?
師:2b從2增加到4,指數(shù)b就相應(yīng)地從1增加到2?
從數(shù)的角度進(jìn)行解釋.還能從其他角度來(lái)解釋嗎?
生4:2b=3這個(gè)問(wèn)題和指數(shù)函數(shù)y=2x有關(guān),我們可以作出它的圖象來(lái)觀察.
師:圖1是 2x=3與y=3的圖象,發(fā)現(xiàn)它們有交點(diǎn),而且只有一個(gè),那么指數(shù)b在哪里呢?
圖1
生5:交點(diǎn)的橫坐標(biāo)就是我們要求的指數(shù)b.
師:從形的角度來(lái)解釋很好,剛才那位同學(xué)實(shí)際上利用了指數(shù)函數(shù)的單調(diào)性,從數(shù)的角度作解釋的.
師:現(xiàn)在如何表示這里的指數(shù)b呢?指數(shù)b由2和3確定,數(shù)學(xué)家用log23來(lái)表示,讀作以2為底3的對(duì)數(shù),其中2為底數(shù),寫(xiě)在下方,3叫真數(shù).
這樣,我們就由等式2b=3(指數(shù)式)得到等式b=log23(對(duì)數(shù)式),對(duì)數(shù)式中的對(duì)數(shù)b就是指數(shù)式中的指數(shù).
……
師:根據(jù)這些具體的例子,你知道一般情況下,對(duì)數(shù)是怎么表示的嗎?
生:ab=N?logaN.
……
至此,完成對(duì)數(shù)概念的初步建構(gòu)學(xué)習(xí)過(guò)程.
【評(píng)述】綜觀整個(gè)教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì),立足于讓學(xué)生經(jīng)歷提出問(wèn)題、建構(gòu)概念、探尋或設(shè)計(jì)方法、提出解決問(wèn)題的猜想與假設(shè)、驗(yàn)證猜想、建立解決問(wèn)題的理論與方法,收到很好的教學(xué)效果. 學(xué)生在主動(dòng)探究的過(guò)程中,認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)對(duì)數(shù)的必要性,理解了對(duì)數(shù)概念建構(gòu)的意義和價(jià)值,發(fā)現(xiàn)遇到對(duì)數(shù)的問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化為指數(shù)問(wèn)題來(lái)解決,學(xué)生完全領(lǐng)悟到研究數(shù)學(xué)問(wèn)題的一般方法. 這一過(guò)程中思考的深度是可圈可點(diǎn)的.
以上所談的三類數(shù)學(xué)活動(dòng)是教學(xué)生學(xué)會(huì)思考的主流形式,課堂教學(xué)中只要注重尋求各種機(jī)會(huì)激發(fā)學(xué)生思考,是能夠收到良好的效果的. 但筆者認(rèn)為,教學(xué)生學(xué)會(huì)思考更應(yīng)成為一種教學(xué)觀念. 只有數(shù)學(xué)教師頭腦中形成一種根深蒂固的“教學(xué)生學(xué)會(huì)思考”的觀念時(shí),才能在日常的數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng)中產(chǎn)生一種真正意義上的教學(xué)生學(xué)會(huì)思考的效能.
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