紀(jì)學(xué)杰

【摘 要】數(shù)學(xué)文化是指人類在數(shù)學(xué)行為活動(dòng)的過程中所創(chuàng)造的物質(zhì)產(chǎn)品和精神產(chǎn)品。物質(zhì)產(chǎn)品指數(shù)學(xué)問題、數(shù)學(xué)方法、數(shù)學(xué)語言等知識(shí)性成分，精神產(chǎn)品指數(shù)學(xué)思想、數(shù)學(xué)審美等觀念成分。以此定義審視現(xiàn)在的課堂，數(shù)學(xué)教育的本質(zhì)是數(shù)學(xué)文化的傳播與學(xué)習(xí)的教育?！读x務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中明確指出：“數(shù)學(xué)是人類一種文化，它的內(nèi)容、思想、方法和語言是現(xiàn)代文明的重要組成部分?！比欢覀冞^去更多關(guān)注的是知識(shí)的傳遞、數(shù)學(xué)技能的訓(xùn)練，忽視了數(shù)學(xué)本身所蘊(yùn)含的豐富的文化淵源和背景。

【關(guān)鍵詞】數(shù)學(xué)文化 數(shù)學(xué)教學(xué) 單元整體教學(xué)

一、基于困惑點(diǎn)的學(xué)習(xí)起點(diǎn)分析和教學(xué)目標(biāo)分析

（一）學(xué)習(xí)起點(diǎn)分析

很多學(xué)生對(duì)圓和球體的理解是模糊的，不少教師對(duì)圓的定義的認(rèn)識(shí)是不清晰的。究其原因，一是在日常生活中存在大量球狀物體，導(dǎo)致學(xué)生誤將球等同于圓;二是古人在發(fā)現(xiàn)圓的過程中，都是從一些圓柱形狀的物體中逐步抽象出圓的模型和痕跡，所謂“面從體出”，說的就是圓是出自圓柱之中的。

（二）教學(xué)目標(biāo)分析

筆者認(rèn)為，對(duì)于高年級(jí)學(xué)生來說，淺層次的操作可以用深層次的推理來提升學(xué)生的思考，從而達(dá)到促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的教學(xué)目標(biāo)。比如，“圓為什么有無數(shù)條半徑？”“圓的直徑和半徑有什么關(guān)系？”等問題，教師完全可以放手讓學(xué)生自己去探究。

二、單元內(nèi)容的學(xué)情分析、知識(shí)本質(zhì)分析和數(shù)學(xué)思維方法分析

（一）學(xué)情分析

我們的教學(xué)要立足于數(shù)學(xué)文化的背景，溯本求源探究圓的本質(zhì)，提供豐富的生活素材來體現(xiàn)數(shù)學(xué)文化的價(jià)值，讓學(xué)生在逐步探究圓的周長和面積的過程中體會(huì)數(shù)學(xué)文化的魅力。在探究圓周率的過程中，我們不僅僅要介紹祖沖之等數(shù)學(xué)家研究圓周率π所取得的成就，更要讓學(xué)生經(jīng)歷圓周率形成的過程。

圓是小學(xué)階段學(xué)習(xí)的最后一個(gè)圖形，與之以前學(xué)過的直線圖形在性質(zhì)上有很大不同，但是它們的知識(shí)點(diǎn)又存在聯(lián)系。教師應(yīng)找準(zhǔn)聯(lián)系點(diǎn)，把未知的圖形轉(zhuǎn)化成已知的圖形，引導(dǎo)學(xué)生逐步探究圓的面積。

（二）知識(shí)本質(zhì)分析

新課標(biāo)中明確強(qiáng)調(diào)了學(xué)生操作和探索的必要性，這就要求教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中要充分考慮如何幫助學(xué)生經(jīng)歷“問題引領(lǐng)—合作探究—綜合梳理—問題解決”的探究過程。

“圓的認(rèn)識(shí)”這一單元的教學(xué)內(nèi)容有：圓的認(rèn)識(shí)、圓的周長、圓的面積、圓環(huán)的面積。這是在學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了長方形、正方形的周長和面積，平行四邊形、三角形、梯形的面積的基礎(chǔ)上安排的。學(xué)生已經(jīng)理解了周長和面積的概念，本單元需要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用轉(zhuǎn)化的思想把圓這一新圖形轉(zhuǎn)化成已經(jīng)學(xué)過的、熟悉的圖形。

（三）數(shù)學(xué)思維方法分析

圓是小學(xué)階段學(xué)生第一次接觸的曲線圖形，雖然與之前學(xué)習(xí)的幾何圖形有些不同，但是研究方法卻有著緊密聯(lián)系。在教學(xué)時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生尋找合適的契合點(diǎn)，合理應(yīng)用轉(zhuǎn)化思想，將圓形轉(zhuǎn)化為之前學(xué)過的直線圖形，并使學(xué)生認(rèn)識(shí)到，轉(zhuǎn)化是一種重要的思想方法。在日常生活和學(xué)習(xí)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)化復(fù)雜為簡單，從而提升對(duì)未知的認(rèn)識(shí)能力，使其在探究過程中體驗(yàn)“化曲為直”“化圓為方”的轉(zhuǎn)化的思想方法。

三、“圓的認(rèn)識(shí)”單元教學(xué)目標(biāo)的確定

（一）課程標(biāo)準(zhǔn)分析

《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中第二學(xué)段的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)是：通過觀察、操作，認(rèn)識(shí)圓，會(huì)用圓規(guī)畫圓。從操作到描述更加強(qiáng)調(diào)了在掌握知識(shí)與技能的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷過程，引發(fā)數(shù)學(xué)思考，從而從數(shù)學(xué)的角度認(rèn)識(shí)世界、解釋并解決數(shù)學(xué)問題。通過一系列數(shù)學(xué)史料，讓學(xué)生了解數(shù)學(xué)文化，提高學(xué)習(xí)興趣。

（二）不同版本教材對(duì)比分析

筆者分別選取人教版、蘇教版、浙教版和青島版數(shù)學(xué)教材進(jìn)行比較，以便更好體會(huì)教材的編寫意圖和設(shè)計(jì)思路。

關(guān)于“圓的認(rèn)識(shí)”，這四個(gè)版本的教材都是從生活情境入手。青島版教材情境導(dǎo)入環(huán)節(jié)出示了古代、現(xiàn)代各種車輪，通過學(xué)生自主提問“車輪為什么是圓的？”導(dǎo)入新課，教師以“生活中的圓”，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)圓與生活的關(guān)系，以及圓這一對(duì)稱圖形的數(shù)學(xué)美。在這一過程中，教師不僅引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)圓的定義、基本性質(zhì)，而且更重要的是，激發(fā)了學(xué)生對(duì)圓的科學(xué)認(rèn)知之外的無限想象，讓數(shù)學(xué)課在理性思維的同時(shí)具有文化高度。教師可以把有關(guān)圓的智慧和哲理，潛移默化地滲透到學(xué)生的頭腦中，讓學(xué)生逐漸形成關(guān)于圓的文化觀。

四、數(shù)學(xué)文化的滲透與教學(xué)實(shí)施建議

在數(shù)學(xué)文化的培養(yǎng)方面，本單元把數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)寓于文化的視野中，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷圓的定義過程、周長的測量、面積的推導(dǎo)等過程，將“圓的認(rèn)識(shí)”上升到了“圓的文化”的高度，使數(shù)學(xué)科學(xué)與人文精神渾然一體。

（一）圓的認(rèn)識(shí)

1.在古代數(shù)學(xué)文化中探究圓的文化源頭

本單元將研究的重點(diǎn)放在了文化的視域，彰顯了對(duì)于圓的認(rèn)識(shí)思考中的文化觀點(diǎn)、課程整合中的文化情懷。引入我國古代著名思想家孟子的“不以規(guī)矩，不成方圓”這一古訓(xùn)，在探究祖先制造工具原理的基礎(chǔ)上溯本求源，從歷史文化諺語中引出“圓”，課中引出墨子“圓，一中同長也”的研究結(jié)論，與學(xué)生自主探究結(jié)果相印證，追尋了圓的研究的文化源頭。在一步步學(xué)習(xí)圓的過程中，滲透和梳理圓的文化脈絡(luò)。

2.在變化中認(rèn)識(shí)圓與方之間的聯(lián)系

一個(gè)正n邊形，當(dāng)邊數(shù)越來越多，多邊形會(huì)越來越像一個(gè)圓。正如劉徽的“割圓術(shù)”所述：“割之彌細(xì)，所失彌少。割之又割，以至于不可割，則與圓合體，而無所失矣?！碑嫵龆鄠€(gè)正n邊形。給出n=3，4，5，8時(shí)的情形（見圖1）。讓學(xué)生在變化中認(rèn)識(shí)圓的內(nèi)接多邊形，觀察、發(fā)現(xiàn)圖形及其特征規(guī)律，為后續(xù)利用多邊形的周長探究圓的周長、利用多邊形的面積探究圓的面積做好鋪墊。

（二）圓的周長

1.畫曲為直

測量彎曲的圓的周長，對(duì)于五年級(jí)學(xué)生來說，是有一定活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)的。因?yàn)樵诘湍昙?jí)研究圖形的初步認(rèn)識(shí)和圖形的周長時(shí)，學(xué)生們就曾用毛線繞圓一周，再測量毛線的長度，從而將彎曲的線轉(zhuǎn)化為直的線段，探究出圓的周長的經(jīng)歷。另外，還用“滾動(dòng)法”把圓形物體在直尺上滾動(dòng)一周，從而測量出圓的周長，發(fā)現(xiàn)圓的周長與直徑之間的關(guān)系，引出圓周率。

2.畫圓為方

孟子所言：“不以規(guī)矩，不成方圓?！钡莱隽朔脚c圓有著緊密的聯(lián)系。

（三）圓的面積

在教學(xué)時(shí)，教師要求學(xué)生回憶舊知：圓形面積可以轉(zhuǎn)化為以前學(xué)過的哪些圖形？學(xué)生們想到了長方形、平行四邊形、三角形、梯形等。在探究的過程中，要凸顯數(shù)學(xué)的轉(zhuǎn)化思想和極限思想。如通過把圓形平均分成16份、32份、64份、128份……將曲線的圓轉(zhuǎn)化成越來越像長方形的平面圖形（見圖2），在轉(zhuǎn)化的過程中借助幾何畫板等多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)極限思想的滲透。同樣，也可以將圓形轉(zhuǎn)化成相等的三角形，通過一個(gè)三角形的面積公式推導(dǎo)得出圓面積的計(jì)算公式。

如果說課堂立意是一種外顯的文化，從中可以看到或是梳理出文化的脈絡(luò)與精神的話，那么“圓的認(rèn)識(shí)”單元教學(xué)所體現(xiàn)的引導(dǎo)學(xué)生研究的過程就是一種內(nèi)隱的、貫穿于課堂始終的數(shù)學(xué)精神，可以彰顯出數(shù)學(xué)課特有的一種文化風(fēng)景。本課在引導(dǎo)學(xué)生自己畫圓、確定圓心和半徑、研究圓心和半徑的特點(diǎn)的過程中，由學(xué)生操作、發(fā)現(xiàn)、歸納、提煉，從表層的現(xiàn)象入手，引導(dǎo)和等待學(xué)生自己撥開圓的“外衣”，抵達(dá)圓的“核心”，發(fā)現(xiàn)圓的概念的本質(zhì)。讓學(xué)生經(jīng)歷定義產(chǎn)生的過程，讓學(xué)生頭腦中的圓由上課伊始時(shí)的“靜態(tài)圓”發(fā)展成課結(jié)束時(shí)的“動(dòng)態(tài)圓”。同時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷對(duì)于“圓”的基本數(shù)學(xué)概念理解的過程、基本思想方法了解的過程，帶領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)特有的思維方式，切身感悟?qū)儆跀?shù)學(xué)獨(dú)有的美，數(shù)學(xué)本質(zhì)也在這樣的過程中被緩緩揭示。最終，學(xué)生的數(shù)學(xué)思維在圓的認(rèn)識(shí)、圓的本質(zhì)和圓的文化三個(gè)層次中得到了顯著提升。