余業(yè)兵 張曉斌 范美卿 龍萬明
(1.西南大學(xué)附屬中學(xué)校 400700;2.重慶市教育科學(xué)研究院 400015;3.重慶市育才中學(xué)校 400050)
數(shù)學(xué)課堂教學(xué)是一個(gè)動態(tài)生成的過程,它具有生成性、開放性以及多變性.課堂教學(xué)中的生成源于教師的預(yù)設(shè),是學(xué)生的已有知識儲備、數(shù)學(xué)活動經(jīng)驗(yàn)、數(shù)學(xué)思維經(jīng)驗(yàn)、即時(shí)的情感態(tài)度等對教師預(yù)設(shè)問題綜合作用的結(jié)果.這種動態(tài)的結(jié)果有的是按教師預(yù)設(shè)的目標(biāo)穩(wěn)步推進(jìn)的,也有的是即時(shí)的、無序的、不斷變化的、不可完全預(yù)設(shè)的.那么我們?nèi)绾伟盐者@種動態(tài)課堂,以取得更好的教學(xué)效果呢?筆者認(rèn)為,教師應(yīng)對教學(xué)的素材包括即時(shí)產(chǎn)生的素材“順勢而導(dǎo)”,順應(yīng)數(shù)學(xué),順應(yīng)學(xué)生,隨數(shù)學(xué)知識發(fā)生發(fā)展的規(guī)律和學(xué)生的思維設(shè)計(jì)或者適時(shí)調(diào)整自身的教學(xué)設(shè)計(jì),靈活調(diào)控,順勢引導(dǎo),這樣的課堂方能收到好的效果.
在瑞士結(jié)構(gòu)心理學(xué)家皮亞杰看來,“人生而理性,人都有一種理解世界如何運(yùn)作并找出它們存在的次序、結(jié)構(gòu)和可預(yù)測性的內(nèi)在需要.這種個(gè)體對世界的理解和他們的經(jīng)驗(yàn)之間的認(rèn)知平衡狀態(tài)叫做趨力(equilibration)”[1].面對新知識,如果用已有知識經(jīng)驗(yàn)可以理解,則用同化方式;否則采用順應(yīng)的方式,即調(diào)整已有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn),“從而與認(rèn)知系統(tǒng)所擁有的知識和思考方式相一致”[2],以達(dá)到一個(gè)更高水平的平衡.人的認(rèn)知發(fā)展本質(zhì)就是個(gè)體面對新的刺激信息,通過不斷的同化和順應(yīng),從較低水平的平衡到不平衡再到更高水平的平衡的不斷適應(yīng)的過程.
根據(jù)皮亞杰平衡化建構(gòu)理論,課堂教學(xué)動態(tài)過程是這樣的:學(xué)生先是處于一個(gè)從較低水平的平衡狀態(tài),教師通過引導(dǎo)不斷給予學(xué)生新的刺激信息,在學(xué)生實(shí)現(xiàn)同化和順應(yīng)的過程中,不斷達(dá)到更高水平的平衡狀態(tài).為更好把握這種過程,促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知水平更好發(fā)展和課堂效益最大化,教師給予的新刺激就必須順應(yīng)學(xué)生的已有知識結(jié)構(gòu),考慮其當(dāng)前對新刺激的同化與順應(yīng)的能力水平.這樣的引導(dǎo)本質(zhì)是教師對教學(xué)諸要素的一種順應(yīng),我們把課堂教學(xué)中這種順應(yīng)引導(dǎo)叫做“順勢而導(dǎo)”.也就是說,課堂教學(xué)中教師要善于借助學(xué)生“學(xué)”的力量來發(fā)揮教師“導(dǎo)”的更大力量,即所謂“借力發(fā)力”.
章建躍博士說過:“數(shù)學(xué)教學(xué)應(yīng)做到取勢、明道、優(yōu)術(shù).”[3]那么,就數(shù)學(xué)課堂教學(xué)而言,教師的引導(dǎo)應(yīng)該取什么“勢”呢?這里的規(guī)律又都有哪些呢?我們通過案例就順什么“勢”,怎么“導(dǎo)”提出自己的一些思考與想法.
一方面,數(shù)學(xué)知識往往是以核心概念及其產(chǎn)生的子概念等構(gòu)成的知識群而存在的,這些知識的生成具有數(shù)學(xué)特有的生長規(guī)律;另一方面,每一個(gè)數(shù)學(xué)知識都在相應(yīng)的知識體系中占有一定位置,具有相應(yīng)作用,它的生成具有其體系內(nèi)的邏輯規(guī)律.這就要求我們教師在課堂引導(dǎo)時(shí)順應(yīng)這種規(guī)律,只有這樣,學(xué)生獲得的知識才是邏輯嚴(yán)密的有機(jī)整體,過程中的感悟與思維才更有序.
案例1“條件事件與積事件”教學(xué)片段
問題1已知試驗(yàn)Ω:“拋擲一枚質(zhì)地均勻的硬幣兩次”,已知事件A為“第一次出現(xiàn)正面”, 事件B為“第二次出現(xiàn)正面”,事件C=A∩B.求事件A、B、C的概率并用圖形來表示它們的關(guān)系,你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律?
師:這就是說,兩個(gè)事件積的概率等于概率之積.
變式若事件D:“至少有一次出現(xiàn)正面”,求概率P(C·D).
追問1對任意兩個(gè)隨機(jī)事件一定有積的概率等于概率的積嗎?
師:那P(A·B)與P(A)、P(B)到底有什么關(guān)系呢? 請看后面的問題.
追問2設(shè)事件E: “在第一次出現(xiàn)正面的條件下,第二次出現(xiàn)正面”, 求概率P(E).
師:你算出的結(jié)果與事件C一樣,那么它們真的一樣嗎?
生3:…….(思考中,迷惘,有同學(xué)手舉很高的,老師堅(jiān)持等待一會兒)
師:說得非常好,結(jié)果總數(shù)變了,說明什么變了?
生3:前提條件變了,事件C的前提是這次試驗(yàn)Ω:“拋擲一枚質(zhì)地均勻的硬幣兩次”,事件E的前提是事件A.
師:事件A都已經(jīng)發(fā)生了還說明了什么?
生3:事件A成了必然事件.
師:很好,事件C和事件E發(fā)生的前提條件不同,事件A的隨機(jī)性也不同.(即時(shí)做出表格)
不同點(diǎn)條件事件E積事件C發(fā)生前提這次試驗(yàn)事件A事件A必然事件隨機(jī)事件
追問3你能用圖形表達(dá)這種區(qū)別嗎?
生3:條件事件是A∩B在A(條件)中占的比例,而積事件是A∩B在全集中所占的比例.
設(shè)計(jì)意圖通過嘗試發(fā)現(xiàn)積事件的概率和事件概率的積引發(fā)學(xué)生的探究欲,再進(jìn)一步把條件事件和積事件做充分的比較學(xué)習(xí),使學(xué)生在充分體會概念內(nèi)部邏輯關(guān)系的同時(shí),鍛煉其發(fā)現(xiàn)問題和分析問題的能力,落實(shí)邏輯推理核心素養(yǎng)的培養(yǎng).
案例評述“條件概率”這個(gè)概念一直是學(xué)生學(xué)習(xí)的一個(gè)難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn),這里教師借助“條件概率”和“積事件的概率”的區(qū)別與聯(lián)系(片段中側(cè)重了區(qū)別,聯(lián)系限于篇幅未在文中給出),在引導(dǎo)中充分順應(yīng)條件概率概念產(chǎn)生發(fā)展的過程及其在概念體系中的邏輯關(guān)系,也就是順應(yīng)了數(shù)學(xué)知識發(fā)生發(fā)展之“勢”,學(xué)生學(xué)起來也就不那么困難了.
教育心理學(xué)家奧蘇貝爾認(rèn)為:“學(xué)習(xí)過程是在原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過程.”[4]根據(jù)這一理論,學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)對于新的學(xué)習(xí)是一個(gè)極其關(guān)鍵的因素,這就要求教師的引導(dǎo)應(yīng)充分考慮學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu),既不能把問題設(shè)置得過于簡單,表面上課堂很熱鬧,而實(shí)際上學(xué)生的思維并未得到充分的鍛煉;也不能設(shè)置得過難,讓學(xué)生夠不著,學(xué)生思維根本不能到達(dá);更不能重復(fù)學(xué)生已經(jīng)會了的發(fā)現(xiàn).順應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)一般說來應(yīng)包括兩個(gè)方面:一是順應(yīng)學(xué)生已有的知識結(jié)構(gòu),即教師的引導(dǎo)應(yīng)充分考慮學(xué)生以往所學(xué)的相關(guān)知識對新學(xué)知識可能出現(xiàn)的認(rèn)識與理解;二是順應(yīng)學(xué)生的已有活動經(jīng)驗(yàn),即教師的引導(dǎo)要考慮學(xué)生對類似問題曾經(jīng)有過的類似數(shù)學(xué)活動經(jīng)驗(yàn)可能產(chǎn)生的類比遷移.
案例2“平面向量的實(shí)際背景及基本概念”教學(xué)片段
?向量集中的特殊元素
問題3向量集當(dāng)中,有沒有特殊的元素呢?
實(shí)數(shù)集向量集特殊元素0零向量1單位向量
追問1在實(shí)數(shù)集中,有沒有特殊的元素?那么向量呢?
?向量與向量的關(guān)系
問題4我們研究了向量集中的兩種特殊元素,那么向量與向量之間有沒有什么特殊關(guān)系呢?
活動2如圖正方形ABCD與正方形CDEF,利用圖中的線段作出向量,你能發(fā)現(xiàn)兩個(gè)向量之間的一些特殊關(guān)系嗎?(兩分鐘獨(dú)立思考,然后兩分鐘小組討論)
關(guān)系兩條線段兩個(gè)向量相等長度相等長度相等方向相同平行所在的兩直線沒有公共點(diǎn)方向相同或相反(也叫共線)
設(shè)計(jì)意圖通過類比學(xué)生熟悉的實(shí)數(shù)中的特殊元素啟迪學(xué)生思維,引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)向量集中的特殊向量;在基于學(xué)生非常熟悉的兩條幾何線段特殊位置關(guān)系的基礎(chǔ)上設(shè)置開放性問題,引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)向量中的特殊關(guān)系,積累了通過類比研究數(shù)學(xué)新對象的活動經(jīng)驗(yàn),促進(jìn)了學(xué)生“四能”的提升.
案例評述這里教師借助了學(xué)生非常熟悉的兩類已經(jīng)學(xué)過的量(數(shù)量與幾何線段)進(jìn)行類比學(xué)習(xí),由于借助了學(xué)生已有的知識結(jié)構(gòu)和研究經(jīng)驗(yàn)(研究實(shí)數(shù)和幾何線段的經(jīng)驗(yàn))進(jìn)行引導(dǎo),這種順應(yīng)使得新知的獲得不僅是學(xué)生主動思維的結(jié)果,更是為學(xué)生如何研究一種新的量提供了一個(gè)很好的范例.
課堂教學(xué)中數(shù)學(xué)知識在學(xué)生頭腦中的加工過程往往異常復(fù)雜,學(xué)生的思維也會隨著教師的思維、同伴的思維、數(shù)學(xué)家的思維(或顯或隱存于數(shù)學(xué)知識背后)不斷變化,具有不可完全預(yù)見性,時(shí)不時(shí)會出現(xiàn)一些超出教師預(yù)設(shè)的意外.這就要求教師引導(dǎo)的重點(diǎn)應(yīng)是在順應(yīng)學(xué)生思維活動的前提下“提供適時(shí)和恰當(dāng)?shù)闹С?,提升思維的深度.”[5]一般說來,這種順應(yīng)“學(xué)生思維活動”的引導(dǎo)需做到以下三點(diǎn):一是要選好思維引導(dǎo)的切入點(diǎn),通常是選取學(xué)生思維不易到達(dá)的地方進(jìn)行引導(dǎo),保持思維的復(fù)雜性和完整性;二是要善于利用學(xué)生已經(jīng)解決過的問題,用其結(jié)果或用其方法或用其思維經(jīng)驗(yàn),引導(dǎo)時(shí)要多用“元認(rèn)知提示語”,比如“我們前面在分析一個(gè)函數(shù)時(shí)一般會分析它的什么?對于這個(gè)函數(shù)我們又該怎樣去分析它呢?”;三是要讓課堂節(jié)奏慢下來,留給學(xué)生思考的空間,要通過引導(dǎo)讓學(xué)生的思維深入下去,切忌引導(dǎo)問題設(shè)計(jì)太細(xì)、梯度太小而禁錮了學(xué)生的思考或用講解掩蓋了學(xué)生的思考,使學(xué)生掉入“學(xué)得多,悟得少”的誤區(qū).
案例3“函數(shù)的單調(diào)性與導(dǎo)數(shù)”教學(xué)片段
?在上第一個(gè)班時(shí)遇到了一點(diǎn)意外
環(huán)節(jié)1概念的直觀感知與粗略猜想的提出
問題1求出下列函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)并寫出單調(diào)區(qū)間.
追問1可導(dǎo)函數(shù)在某一個(gè)區(qū)間上的單調(diào)性與它的導(dǎo)函數(shù)有什么關(guān)系?
生:導(dǎo)函數(shù)大于零,則函數(shù)為增函數(shù);反之,為減函數(shù).
環(huán)節(jié)2概念的理性思考與辨析完備
問題2你能從幾何圖形的角度對這個(gè)猜想做出幾何解釋嗎?
生1:可導(dǎo)函數(shù)在某個(gè)區(qū)間上為增函數(shù),從圖像上看,切線的斜率大于零,故導(dǎo)函數(shù)大于零.
(教師用幾何畫板動態(tài)演示)
師:很好,這就是我們今天要學(xué)習(xí)的“函數(shù)的單調(diào)性與導(dǎo)數(shù)的關(guān)系”.下面我們一起對它做一般性表述:
一般地,函數(shù)f(x)在某個(gè)區(qū)間D上可導(dǎo),如果在區(qū)間D上f′(x)>0,那么函數(shù)f(x)在區(qū)間D上為增函數(shù);如果在區(qū)間D上f′(x)<0,那么函數(shù)f(x)在區(qū)間D上為減函數(shù).
師:也就是說“可導(dǎo)函數(shù)f(x)在區(qū)間D上f′(x)恒大于0”對于“f(x)在區(qū)間D上為增函數(shù)”來說是充分的.下面我們來看它的應(yīng)用.
一個(gè)學(xué)生突然站起來說:老師,我有一個(gè)不成熟的想法,它有充要條件嗎?
師:有的,這是大學(xué)我們要研究的內(nèi)容,高中階段不做要求.
生:哦…….(一副不甘心的樣子)
課后反思此處的教學(xué)處理總覺得不妥,學(xué)生思維既然能達(dá)到,為什么不順勢把充要條件講了,況且高考、自招均要考查單調(diào)性的逆向問題,那是需要f′(x)≥0的,更重要的是講了學(xué)生會對概念理解更深刻,既然講了利大于弊,干脆就講吧.教學(xué)不要機(jī)械地忠于教材,因?yàn)榻滩囊膊灰欢ň徒^對合理.
?在第二個(gè)班我們把教學(xué)設(shè)計(jì)改動了一下
環(huán)節(jié)1概念的直觀感知與粗略猜想的提出
問題1求出下列函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)并寫出單調(diào)區(qū)間.(對題目做了調(diào)整)
追問1可導(dǎo)函數(shù)在某一個(gè)區(qū)間上的單調(diào)性與它的導(dǎo)函數(shù)有什么關(guān)系?
生:導(dǎo)函數(shù)大于零,則函數(shù)為增函數(shù);反之,為減函數(shù).
環(huán)節(jié)2概念的理性思考與辨析完備
問題2你能從幾何圖形的角度對這個(gè)猜想做出幾何解釋嗎?
生1:可導(dǎo)函數(shù)在某個(gè)區(qū)間上為增函數(shù),從圖像上看,切線的斜率大于零,故導(dǎo)函數(shù)大于零.
追問1可導(dǎo)函數(shù)f(x)在區(qū)間D上f′(x)恒大于0,f(x)在區(qū)間D上一定為增函數(shù)嗎?
生1:一定為增函數(shù),減函數(shù)切線的斜率應(yīng)該是負(fù)的吧.
師:很好,這就是我們今天要學(xué)習(xí)的函數(shù)的單調(diào)性與導(dǎo)數(shù)的關(guān)系.下面我們一起對它做一般性表述:
一般地,函數(shù)f(x)在某個(gè)區(qū)間D上可導(dǎo),如果在區(qū)間D上f′(x)>0,那么函數(shù)f(x)在區(qū)間D上為增函數(shù);如果在區(qū)間D上f′(x)<0,那么函數(shù)f(x)在區(qū)間D上為減函數(shù).
師:對于教材上的這個(gè)知識,老師有些疑問…….
追問2可導(dǎo)函數(shù)f(x)在區(qū)間D上為增函數(shù),一定需要f′(x)恒大于0嗎?
生2:不一定,如f(x)=x3的導(dǎo)函數(shù)就是大于等于零的.
師:很好!也就是說“可導(dǎo)函數(shù)f(x)在區(qū)間D上f′(x)恒大于0”對于“f(x)在區(qū)間D上為增函數(shù)”來說僅僅是充分的.
生2:是的,它不必要.
師:老師還有一問題:
追問3可導(dǎo)函數(shù)f(x)在區(qū)間D上為增函數(shù),f′(x)一定是恒大于等于0嗎?
生2:一定,因?yàn)樾∮诹愕脑捑褪菧p函數(shù)了.
師:這個(gè)問題改為“可導(dǎo)函數(shù)f(x)在區(qū)間D上為增函數(shù),一定需要f′(x)恒大于等于0嗎?”答案還是一定的嗎?
生2:…….
師:請坐下,有知道的嗎?
生2:老師,你繞我,前面不是講了嗎?大于0也可以啊.
追問4可導(dǎo)函數(shù)f(x)在區(qū)間D上f′(x)恒大于等于0,f(x)在區(qū)間D上一定為增函數(shù)嗎?
生3:不一定,如f(x)=e的導(dǎo)函數(shù)就是恒等于零的,但它不是增函數(shù).
師:很好,既然可以等于零,又不能恒等于零,怎樣的情況才可以呢?
生3:是不是可以這樣理解,只要等于零的點(diǎn)是單個(gè)的就行?
師:非常好!我們可以這樣說,可導(dǎo)函數(shù)f(x)在區(qū)間D上f′(x)恒大于等于0,只要等于零的點(diǎn)是離散的,函數(shù)f(x)在區(qū)間D上一定為增函數(shù).這里“離散”應(yīng)該怎樣理解呢?
生3:就是不能構(gòu)成一條連續(xù)的線段,那樣就會恒等于零了.
師:很好,于是我們可以得到一個(gè)有用的結(jié)論:
結(jié)論一般地,函數(shù)f(x)在某個(gè)區(qū)間D上可導(dǎo),如果在區(qū)間D上f′(x)≥0,同時(shí)f′(x)=0的點(diǎn)是離散的,那么函數(shù)f(x)在區(qū)間D上為增函數(shù).(減函數(shù)留給學(xué)生自己說)
設(shè)計(jì)意圖由于高中階段不要求掌握可導(dǎo)函數(shù)f(x)在某個(gè)區(qū)間D上單調(diào)的充要條件(涉及到子區(qū)間的概念學(xué)生無法理解),實(shí)際應(yīng)用時(shí)僅僅知道充分條件顯然是不夠的,我們在這里引導(dǎo)學(xué)生通過不斷質(zhì)疑和辨析,雖然沒有給出充要條件,卻得到一個(gè)非常有用的結(jié)論.
案例評述教學(xué)中的一些意外是學(xué)生即時(shí)思維的結(jié)果,有時(shí)我們加以利用,選取適當(dāng)?shù)那腥朦c(diǎn)順勢導(dǎo)之,不但可以加深對知識的理解,還可以保持學(xué)生思維的復(fù)雜性與完整性.本例改動后的設(shè)計(jì)順應(yīng)了學(xué)生的思維,對教材內(nèi)容進(jìn)行了適度加工與拓展,在學(xué)生思維不易到達(dá)的地方提供了合理的支持,正是順應(yīng)了學(xué)生實(shí)時(shí)的思維活動,取得不錯(cuò)的效果也就順理成章了.
在數(shù)學(xué)教學(xué)中,我們體會到,凡是能積極、主動地參與獲取知識過程的學(xué)生,他們學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣濃厚,求知愿望強(qiáng)烈,數(shù)學(xué)素養(yǎng)會得到較快發(fā)展.而在課堂教學(xué)中,伴隨著數(shù)學(xué)知識、教師思維、同伴的思維的動態(tài)作用,學(xué)生的心理狀態(tài)也在即時(shí)地發(fā)生著“化學(xué)反應(yīng)”,實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有不可完全預(yù)見性:關(guān)注、興趣、期待、喜悅、興奮、迷茫、害怕、恐懼、焦慮、冷淡、抵觸、厭倦等皆有可能出現(xiàn)[6],如何才能產(chǎn)生比較好的教學(xué)效果呢?我們認(rèn)為,一個(gè)善于引導(dǎo)的教師往往能夠根據(jù)學(xué)生的即時(shí)的情緒和心理狀態(tài),創(chuàng)設(shè)合適的情境,激發(fā)學(xué)生的思維,使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的興趣,讓學(xué)生樂在其中,使其產(chǎn)生“興趣—成功—更大的興趣—更大的成功”的良性循環(huán).具體地講,要做到以下三點(diǎn):一是要借助學(xué)生的好奇創(chuàng)設(shè)合適的“情境”激發(fā)學(xué)生思考的熱情;二是要善于借助學(xué)生的錯(cuò)誤制造矛盾沖突激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣;三是善于制造懸疑激發(fā)學(xué)生的探究欲;四是要善于在學(xué)生犯囧或犯錯(cuò)時(shí)用我們的恰當(dāng)?shù)恼Z言保護(hù)學(xué)生的自尊心.
案例4“數(shù)系的擴(kuò)充和復(fù)數(shù)的概念”教學(xué)片段
環(huán)節(jié)1情境再現(xiàn)與提出問題
問題1能否將10分成兩部分,使得它們的積為40?[7]
師:這是意大利數(shù)學(xué)家卡爾達(dá)諾(1501—1576)提出的一個(gè)問題,它可以化歸為求一元二次方程x2-10x+40=0的實(shí)數(shù)解.它有實(shí)數(shù)解嗎?
生:負(fù)數(shù)不能開方,所以無解.
案例評述這里通過歷史情境再現(xiàn)500年前的卡爾達(dá)諾說的這兩句話,不單單是為了融入數(shù)學(xué)文化,更重要的是通過情境制造懸疑激發(fā)學(xué)生想要弄明白的欲望,“為什么寫出的是兩個(gè)怪東西呢?”“為什么良心要受到責(zé)備呢?”“為什么他還是要寫出來呢?”學(xué)生的心理即刻產(chǎn)生了濃厚的興趣,順應(yīng)學(xué)生這種心理狀態(tài)之“勢”而“導(dǎo)”,好的學(xué)習(xí)效果也就有了情感態(tài)度的保障.
課無?!皠荨?,“導(dǎo)”無定法.由于數(shù)學(xué)知識發(fā)生發(fā)展過程的復(fù)雜性和人的思維活動的復(fù)雜性,數(shù)學(xué)課堂中的生成總是多種多樣,學(xué)生的即時(shí)反應(yīng)也是千變?nèi)f化的,這就導(dǎo)致了教師的“導(dǎo)”雖有一些規(guī)律可循,但也沒有一種固定的方法可依,這就要求我們只有不斷學(xué)習(xí),不斷摸索,不斷反思,才有可能成為一位善于引導(dǎo)的教者.順什么“勢”,如何“導(dǎo)”的話題一直都在發(fā)生,也永遠(yuǎn)都會發(fā)生!