張世欽
摘 要 數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“常態(tài)化”的一個(gè)誤區(qū),是把實(shí)驗(yàn)僵化為一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié),“為實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)”. 數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)只有自然融入到常態(tài)教學(xué) 的整個(gè)過程當(dāng)中,與具體教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合,才能更好地體現(xiàn)其教學(xué)功能與育人價(jià)值.實(shí)現(xiàn)“自然融入”的關(guān)鍵,是讓數(shù)學(xué) 實(shí)驗(yàn)在學(xué)生的認(rèn)知過程中體現(xiàn)出適切性與必要性.
關(guān) 鍵 詞 數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn);自然融入;常態(tài)教學(xué);課例
筆者在線觀摩了一個(gè)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)研討活 動(dòng),活動(dòng)的主題是“數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)與核心素養(yǎng)”,旨在推動(dòng) 兩個(gè)方面的探討:一是數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)在發(fā)展學(xué)生數(shù)學(xué)核心 素養(yǎng)方面的功用與價(jià)值;二是如何將“數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)”融入 常態(tài)課的教學(xué)中.在課堂教學(xué)展示環(huán)節(jié),一位教師以 “等腰三角形的軸對(duì)稱性”(人教版《數(shù)學(xué)》八年級(jí)上冊(cè) 第十三章第3節(jié))這節(jié)內(nèi)容為例,進(jìn)行了課堂教學(xué)展 示.受活動(dòng)主題的啟發(fā),筆者在課例分析的基礎(chǔ)上,從 以上兩個(gè)方面對(duì)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了思考.
一、課例簡(jiǎn)要回放
環(huán)節(jié)一:引入概念
執(zhí)教者先引導(dǎo)學(xué)生回顧“三角形”的概念及性質(zhì), 然后由一般三角形過渡到“特殊三角形”(等腰三角 形).學(xué)生都能說出等腰三角形的定義:有兩條邊相等 的三角形叫做等腰三角形.
環(huán)節(jié)二:性質(zhì)猜想
引入概念并明確定義之后,執(zhí)教者讓學(xué)生畫一個(gè) 等腰三角形并觀察、猜想其性質(zhì).學(xué)生在教師引導(dǎo)下 獲得如下“猜想”:1等腰三角形是軸對(duì)稱圖形;2等腰 三角形的兩個(gè)底角相等;3等腰三角形底邊上的高、中 線與頂角平分線重合(三線合一).
環(huán)節(jié)三:數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)
“這些猜想是否正確呢?我們可以通過數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn) 來驗(yàn)證.”執(zhí)教者由此引出數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn).
實(shí)驗(yàn)活動(dòng)1:在一張形狀不規(guī)則的毛邊紙上,折疊 出一個(gè)等腰三角形.說一說你的折疊方法及理由.
很快,就有學(xué)生想到方法并展示操作:先將毛邊 紙對(duì)折一下,得到一條直邊,然后再對(duì)折使直邊對(duì)齊 得到一個(gè)直角,將這個(gè)直角頂點(diǎn)向內(nèi)任意翻折一下,
展開就會(huì)得到一個(gè)等腰三角形(. 如圖 1)
實(shí)驗(yàn)活動(dòng)2:用剪刀把剛才折疊得到的等腰三角 形剪下來,然后通過實(shí)驗(yàn)操作來驗(yàn)證“猜想1”.
一名學(xué)生到講臺(tái)上展示:將等腰三角形沿一條線 疊之后,兩邊完全重合,說明等腰三角形是軸對(duì)稱 圖形.
實(shí)驗(yàn)活動(dòng) 3:利用手頭的等腰三角形紙片,驗(yàn)證 “猜想2”(等腰三角形兩個(gè)底角相等).
學(xué)生沿對(duì)稱軸折疊,發(fā)現(xiàn)兩個(gè)底角重合,驗(yàn)證了 “等腰三角形的兩個(gè)底角相等”.
實(shí)驗(yàn)活動(dòng) 4:利用手頭的等腰三角形紙片,驗(yàn)證
“猜想3”(等腰三角形“三線合一”).
沿對(duì)稱軸折疊,頂角的兩邊重合,說明折痕與頂 角平分線重合;沿對(duì)稱軸折疊,底邊的兩端重合,說明 折痕又與底邊上的中線、高線重合.由此驗(yàn)證了“三線 合一”.
實(shí)物驗(yàn)證之后,執(zhí)教者還為學(xué)生提供了“幾何畫 板”(計(jì)算機(jī)軟件)驗(yàn)證.
實(shí)驗(yàn)活動(dòng)5:利用幾何畫板軟件驗(yàn)證“猜想2”.
一個(gè)等腰三角形,在保持等腰特征不變(“幾何畫 板”中設(shè)置頂點(diǎn)為底邊中垂線上的點(diǎn))的情況下,讓學(xué) 生上下拖動(dòng)頂點(diǎn)位置.可以發(fā)現(xiàn):隨著兩腰長(zhǎng)度(度量
值顯示)的變化,兩個(gè)底角度數(shù)(度量值顯示)也在變 化但是始終相等.
實(shí)驗(yàn)活動(dòng)6:利用幾何畫板軟件驗(yàn)證“猜想3”. 任意一個(gè)三角形,沿著平行于對(duì)邊的直線移動(dòng)一 個(gè)頂點(diǎn),只有當(dāng)另外兩邊長(zhǎng)度恰好相等(即圖中AB = AC)的時(shí)候,才出現(xiàn)''三線合一”的情形.(如圖2)
圖
環(huán)節(jié)三:推理證明
執(zhí)教者指出:'通過數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是不夠的,數(shù)學(xué) 結(jié)論最終還是要通過推理來證明.”接下來,將兩個(gè)命 題具體化為證明題.結(jié)果發(fā)現(xiàn),學(xué)生輕而易舉地給出 了證明,甚至每個(gè)命題都給出多種證明方法……
環(huán)節(jié)四:定理運(yùn)用(略)
二、課例分析
1“. 為實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)”導(dǎo)致認(rèn)知過程邏輯混亂
分析上述課例中的幾個(gè)'實(shí)驗(yàn)活動(dòng)”可以發(fā)現(xiàn),執(zhí) 教者設(shè)計(jì)'實(shí)驗(yàn)活動(dòng)1”的目的是通過'實(shí)驗(yàn)”的方法獲 得一個(gè)等腰三角形,為下一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提供具體的實(shí) 驗(yàn)材料.然而,從認(rèn)知順序來看,這個(gè)'為實(shí)驗(yàn)”而設(shè)計(jì) 的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)事實(shí)上造成了知識(shí)學(xué)習(xí)的邏輯混亂 . 因?yàn)?這里所用的'折疊”的方法,其本質(zhì)就是運(yùn)用了等腰三 角形的軸對(duì)稱性,初中階段對(duì)軸對(duì)稱(反射變換)的定 義就是'一個(gè)圖形沿某條直線對(duì)折之后,折線兩側(cè)的 部分能完全重合” '. 實(shí)驗(yàn)活動(dòng)1”用折疊后剪切展開得 到等腰三角形,然后在'實(shí)驗(yàn)活動(dòng)2”中又通過折疊重 合去驗(yàn)證'等腰三角形是軸對(duì)稱圖形”,這就相當(dāng)于邏 輯上循環(huán)論證(由折疊剪切得到的三角形當(dāng)然折疊重 合).事實(shí)上,從客觀的知識(shí)結(jié)構(gòu)上來看,等腰三角形 的兩個(gè)性質(zhì)定理(即課例中的兩個(gè)'猜想”)其實(shí)都是 源自于等腰三角形的軸對(duì)稱性.如果把'等腰三角形 是軸對(duì)稱圖形”作為對(duì)等腰三角形的一個(gè)定性描述的 話,那么兩個(gè)性質(zhì)定理其實(shí)就是更進(jìn)一步的定量刻 畫.課例在對(duì)稱性'實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”上的邏輯混亂,使得認(rèn) 知順序沒有體現(xiàn)知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系,對(duì)稱性在前后 知識(shí)上的主線作用沒有凸顯出來,學(xué)生對(duì)等腰三角形 軸對(duì)稱性的理解缺乏概念角度的認(rèn)識(shí)支撐,未能從概 念的本質(zhì)特征上思考為什么'折疊重合”.
剪切方法);實(shí)驗(yàn)活動(dòng)2、3、5屬于驗(yàn)證型數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)(驗(yàn) 證猜想);實(shí)驗(yàn)活動(dòng)4可以作為思路探索型數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn) 通過折疊操作探索證明思路);實(shí)驗(yàn)活動(dòng)6更適合作 為理解型數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)(演示“一般”與“特殊”之間的關(guān) 系).驗(yàn)證型數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在觀察與猜想的過程中用 于檢驗(yàn)或修正猜想;探索性數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)既可以在推理證 明的過程中發(fā)揮思維輔助作用,又可作為知識(shí)的鞏固 運(yùn)用;理解型數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)可以在推理證明之后促進(jìn)數(shù)學(xué) 知識(shí)的直觀化理解……然而,執(zhí)教者把這些實(shí)驗(yàn)活動(dòng) 籠統(tǒng)地僵化為一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié),就使得數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)在本節(jié) 課的功能與價(jià)值局限于某一個(gè)方面(僅僅是“驗(yàn)證”, 并且這里很多“驗(yàn)證”讓學(xué)生覺得沒有必要).
綜合以上幾個(gè)問題的分析,筆者認(rèn)為,課例執(zhí)教 者對(duì)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功用與價(jià)值的認(rèn)識(shí)過于狹窄片 面.沒有從認(rèn)知過程的整體上思考數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有 效融入,只是把幾個(gè)“數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)”內(nèi)容整體插入到原本 的教學(xué)過程中作為一個(gè)固定環(huán)節(jié),使得實(shí)驗(yàn)過程沒能 很好地促進(jìn)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維,反而降低了課堂效率, 擾亂了認(rèn)知理序,一定程度上阻礙了知識(shí)的內(nèi)在建 構(gòu).
三、關(guān)于數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的兩點(diǎn)感悟 在課例的分析的基礎(chǔ)上回歸本次活動(dòng)的主題,筆 者認(rèn)為研討活動(dòng)所指向的兩個(gè)問題其實(shí)是統(tǒng)一的:數(shù) 學(xué)實(shí)驗(yàn)只有恰當(dāng)、自然地融入到常態(tài)教學(xué)中,與具體 教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合,才能更好地體現(xiàn)其功用與價(jià)值.
數(shù)學(xué)教學(xué)應(yīng)該把發(fā)展學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)作為 目標(biāo)指向.[4]因此,我們就有必要從發(fā)展學(xué)生核心素 養(yǎng)的角度來思考數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的功用與價(jià)值.上述課例分 析使筆者獲得這樣一個(gè)感悟,即數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)作為一種教 學(xué)手段(從“學(xué)”的角度來說是一種學(xué)習(xí)方法),在核心 素養(yǎng)層面的功用與價(jià)值只有與具體教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié) 合才能充分體現(xiàn)出來.這里所說的“有機(jī)結(jié)合”,指的 是把數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)貫穿在知識(shí)內(nèi)容的引入、理解、鞏固、應(yīng) 用的整個(gè)過程中.比如,在知識(shí)的引入環(huán)節(jié),如果知識(shí) 具有一定的現(xiàn)實(shí)背景和操作特征,那么以數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的 方式引入就可能很好促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)抽象素養(yǎng)的形成 和發(fā)展;在知識(shí)理解(概念建構(gòu)或者原理揭示)環(huán)節(jié), 用具體而直觀的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)來闡釋數(shù)學(xué)關(guān)系結(jié)構(gòu),就可 能有效地促進(jìn)學(xué)生直觀想象素養(yǎng)或者模型思想(對(duì)應(yīng) 數(shù)學(xué)建模素養(yǎng))的發(fā)展;在知識(shí)的鞏固應(yīng)用環(huán)節(jié),數(shù)學(xué) 實(shí)驗(yàn)可以促進(jìn)學(xué)生應(yīng)用意識(shí)(對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)建模素養(yǎng))的 發(fā)展.就上述課例來說,分析中提到的“邏輯混亂”和 “環(huán)節(jié)化”,都是因?yàn)閳?zhí)教者對(duì)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)本身的功能與 價(jià)值認(rèn)識(shí)過于片面,沒有將它與等腰三角形性質(zhì)的認(rèn) 知過程有效結(jié)合.事實(shí)上,既然實(shí)驗(yàn)活動(dòng)1具有明顯的 應(yīng)用特征,那么就應(yīng)當(dāng)將它后置于性質(zhì)定理的鞏固應(yīng) 用階段;實(shí)驗(yàn)活動(dòng)6具有理解型數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)特征,那就可 以把它放在定理證明之后幫助學(xué)生“回歸直覺”;實(shí)驗(yàn) 活動(dòng)3、4可以作為推理證明過程中的“自由選擇”,一 些幾何直觀能力相對(duì)欠缺的學(xué)生可以在動(dòng)手操作中 獲得思路的啟發(fā).如果執(zhí)教者這樣去安排數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn), 就相當(dāng)于在整個(gè)認(rèn)知過程中為學(xué)生提供了特殊與一 般、具體與抽象、現(xiàn)實(shí)與數(shù)學(xué)之間的往返穿梭,讓數(shù)學(xué) 實(shí)驗(yàn)更好地發(fā)揮思維輔助與推動(dòng)作用.
數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)新興課題, 相關(guān)研究在近幾年呈“井噴”之勢(shì),大量的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)被 開發(fā)出來.[5]在這樣的背景下,一線教師需要特別注 意的是保持一種“理智的清醒”,既要充分認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)實(shí) 驗(yàn)的功用與價(jià)值,又要理性客觀地分析其適切性與必 要性,防止自己走進(jìn)盲目跟風(fēng)和泛化使用的誤區(qū).[6]
強(qiáng)調(diào)適切性,就是要讓數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)順應(yīng)認(rèn)知理序, 促進(jìn)認(rèn)知建構(gòu).就上述案例來說,實(shí)驗(yàn)活動(dòng)1的位置安 排就缺乏適切性.為了順應(yīng)知識(shí)建構(gòu),這里應(yīng)該從概 念定義(有兩邊相等的三角形)出發(fā),用問題去驅(qū)動(dòng) “實(shí)驗(yàn)”.比如,教師可以讓學(xué)生先在紙上根據(jù)定義畫 一個(gè)等腰三角形,然后剪下來,觀察并思考:為什么兩 邊相等的三角形就能“折疊重合”?在畫等腰三角形 的時(shí)候,學(xué)生根據(jù)定義畫圖必定是先畫兩條有公共端 點(diǎn)且相等的線段(其實(shí)就是畫出一個(gè)角),然后連接另 外兩個(gè)端點(diǎn);剪下來之后,學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行思考的時(shí) 候也就會(huì)自然而然地聯(lián)系自己的畫圖過程,主動(dòng)地進(jìn) 行折疊觀察.在這樣的概念操作和實(shí)物操作下,學(xué)生 就會(huì)認(rèn)識(shí)到等腰三角形的軸對(duì)稱與角的軸對(duì)稱、線段 的軸對(duì)稱存在內(nèi)在聯(lián)系:等腰三角形的軸對(duì)稱性實(shí)質(zhì) 上是源于角與線段的軸對(duì)稱性.
強(qiáng)調(diào)必要性,就是強(qiáng)調(diào)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)要盡可能地扣緊 學(xué)生的思維,要讓學(xué)生切實(shí)感受到外部操作對(duì)內(nèi)在思 維的推動(dòng)作用或者補(bǔ)充作用.如果學(xué)生具備了一定的 幾何直觀能力與空間想象能力,以致他們完全依賴于 內(nèi)在的表象操作就能解決當(dāng)前問題的時(shí)候,何必動(dòng)手 呢?就上述課例來說,實(shí)驗(yàn)活動(dòng)2、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)3、實(shí)驗(yàn) 活動(dòng)5、甚至實(shí)驗(yàn)活動(dòng)4,從“驗(yàn)證猜想”角度看都是沒有必要的.但是,它們?cè)凇巴评碜C明”環(huán)節(jié)可能卻是有 價(jià)值的,因?yàn)樘綄ぷC明思路的時(shí)候,在實(shí)驗(yàn)中觀察往 往能獲得思路上的啟發(fā).比如,學(xué)生會(huì)由“重合”想到 運(yùn)用三角形全等,由“折痕”想到添加輔助線……由此 說明,數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理想狀態(tài),就是讓外在的實(shí)驗(yàn) 操作恰好切中個(gè)體的內(nèi)在需求.做到這一點(diǎn)確實(shí)不容 易,但是我們“為思維而教”的目標(biāo)應(yīng)該是清晰而明 確的!
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