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日本数学家米山国藏指出:多数学生进入社会后,几乎没有机会应用他们在学校所学到的数学知识,因而这种作为知识的数学,通常在学生出校门后不到一两年就忘掉了,然而不管人们从事什么业务工作,那种铭刻于大脑的数学思想却长期在他们的生活和工作中发挥着重要作用。
为便于进行“数学思想”的教育研究,本文围绕“数学思想”的内涵、分类、特点和功能等问题作些基础工作。
二、数学思想的内涵和分类
数学思想是几千年数学探索实践所创造的精神财富。根据数学哲学的近代研究,所谓数学思想指的是数学活动中的价值观念和行为规范。数学思想的内涵十分丰富,主要有数学创新思想、数学求真思想、数学理性思想、数学合作与独立思考思想等。限于篇幅,本文重点仅就其中三种数学思想进行论述。
三、数学创新思想
1.创新思想的概念
结合新情况、寻找新思路、解决新问题、创立新理论,这种思想叫创新思想。
2.数学创新思想的几个特点
首先,问题是数学创新的起点。群论的创造是为了解决四次以上代数方程是否有根式解的问题。超限数的创立是为了进一步弄清数学分析的基础,为了解决画家怎样把立体的东西画在平面上,产生了射影几何。……可以说:“没有问题就没有数学创造。”
再者,创造的自由性在近现代数学中表现得越来越明显。德国数学家康托说:“数学的本质就在于自由。”他主张数学家自由创造自己的概念,而无需顾及是否实际存在。这个认识使康托有可能超越有限的世界,以数学家的严密性建立起集合论和超限数;使几何学家超越感觉想象的空间,去研究非欧空间、n维空间;使公理数学家有可能建立抽象的纯数学和种种特异的数学来。…总之,使数学家永葆创新思想,推动数学永往直前。
3.数学创新思想的教育功能
创新是科学的本质,是社会发展的不竭动力。由于数学创新的典型事例多、创新实践对外界条件要求较少、创新成果易于展现,所以通过数学培养学生的创新思想是一条事半功倍的途径。通过数学创新思想的培养,能够克服学生唯书、唯师、唯上,照抄照搬的陋习,增加学生探索研究问题的主动性,提高学生思维的创新性、广阔性、流畅性及灵活性。
四、数学求真思想
1.求真思想及其意义
求真思想是不懈追求真理的思想。真理是人们在社会实践中形成的对主客观事物及其规律的正确认识。人类只有掌握了真理,才会能动地改造世界。因而,求真是科学的首要目的,求真思想是科学发展的内在动力。
2.数学求真思想的特点
数学不同于其它科学,它是人类根据自己的需要而抽象建构起来的,它的真理性必须经受逻辑和实践的双重检验。
数学求真的艰难历程,磨练了数学特有的求真思想。
首先数学求真比任何学科都重视逻辑。波利亚说:“对选择恰当的实例进行检验,这是生物学家肯定猜想的唯一方法。但是对数学家来说,对选择的实例进行验证,从鼓励信心的角度来看是有用的,但这样还不能算是数学里证明了一个猜想。”
其次,数学求真要不轻信经验。非欧几何的平行公理和许多定理是与我们的经验不相符合的,但它们却构成了一个相容的几何系统,并在现代物理学中得到应用。“全体大于部分”在常识中是当然的事,但在无限领域中却不成立。这是因为经验只能反映事物的表象,不能揭示事物的实质。
再则数学求真要勇于批判。非欧几何的诞生可以追溯到对欧氏平行公理的怀疑。勒贝格积分的建立是由于发现了黎曼积分的局限性。希尔伯特创立形式公理化方法,是因为认识到了欧氏公理系统的不严格。这说明,不同观点的论争同样是数学发展的重要动力。
还有,同所有科学一样,数学求真也离不开刻苦钻研。瑞士数学家欧拉一生忘我工作,在双目失明的情况下,还口述了400篇论文和好几本书。正是这种思想才促成了他的丰功伟绩。
3.数学求真思想的教育功能
数学求真思想能够激发人们追求和坚持真理的勇气和自信心。养成独立地发现问题、思考问题和解决问题的习惯,不惧怕困难、不屈服挫折。教育人们客观公正地看待一切,不轻信经验,不迷信权威,不随波逐流。
五、数学理性思想
1.数学理性思想的内涵
依靠思维能力对感性材料进行一系列的抽象和概括、分析和综合,以形成概念、判断或推理,这种认识称为理性认识。重视理性认识活动,以寻找事物的本质、规律及内部联系,这种思想称为理性思想。
2.数学理性思想的形成
虽然理性思想在不少学科都有表现,但它最早却是由数学引入的,并逐步成为数学思想的核心和灵魂。
早在公元前6世纪,希腊数学、哲学之父泰勒斯就看到:仅仅以个别测量实例的需要为目标,埃及人中流行的测量土地的方法是笨拙的。他认为:人类不但可以从实际经验中获得知识,也可以从已认可的事实出发,经演绎推理得出新的知识。如果作为出发点的事实正确,推理方法正确,所得的结论也必然正确。据此,他提出测地术应上升为建立在一般原理上的演绎的几何学。
在泰勒斯将演绎推理引入数学后,希腊毕达哥拉斯学派接着提出:数学中的数、点、线、面及各种数学概念是人思维的抽象及概括,与实际事物截然不同。虽然思考抽象事物比思考具体事物困难的多,但数学的抽象概括却给人类带来了最大的好处:研究对象一般性及所得结论的普适性。
演绎推理与抽象概括相结合初步形成了数学理性思想。希帕索斯发现不可通约量后,人们开始认为感性认识是不可靠的,只有理性认识才是可靠的,并且渐渐地把演绎推理作为检验数学真理的必经途径之一。
3.数学理性思想的教育功能
理性思想是数学对人类文明的最大贡献。数学理性思想的教育可以使人类看到理性的力量,增强利用思维推理获得成功的信念。提高思维的严谨性、抽象性、概括性、深刻性,养成重视理论、勤于思考的习惯。其中的公理化思想还能培育法制观念和法制社会。
六、进行“数学思想”教育研究的相关建议
笔者认为,“数学思想”教育研究可分为基础研究和普及研究两方面。基础研究包括:如何从数学认识论和数学实践中发掘“数学思想”的内涵、特点,如何从数学史、数学家传记中发掘“数学思想”的巨大作用和典型事例等。笔者相信,只要我们将上述基础研究和普及研究有机结合,就一定会使“数学思想”的教育取得长足的进步,也一定会使“数学思想”的教育获得突破性飞跃。
【摘要】本文阐明了“数学思想”教育研究的重要意义,介绍了“数学思想”的分类,详细地论述了三种“数学思想”的内涵、特点和教育功能,提出了“数学思想”教育研究的相关建议。
【关键词】数学理性思想数学求真思想数学创新思想
参考文献:
[1]马忠林,郑毓信.数学方法论[M].南宁:广西教育出版社,1996.
对于教育管理部门来说,要提高对于数学思想渗透教学的认识,对教师加强相关培训是必不可少的。与此同时,还要督促学校建立数学思想渗透教学的考核,增加数学思想渗透教学方法和教学过程在考核中所占的比例,努力使数学思想渗透成为数学教学的考核重点和教学重点。对于数学教师来说,首先要明确在小学阶段,教材涉及的主要数学思想有哪些,明确了这些数学思想,还要完善具体的教学策略。本文以苏教版教材为例,总结了以下几点:
第一,在学习新内容时要渗透数学思想。在设计教案时教师要有意识地增加数学思想的启发,将数学思想与新的数学知识结合起来,避免只讲知识表面不讲数学原理,只讲习题不讲思想。在讲授新内容时,不能直接将相关概念和定理告诉学生,而是通过一定的方法引导和启发学生逐步探索、猜测,慢慢接近,掌握知识形成过程中的相关思想,锻炼学生的数学思维。这样学生可以发挥数学思维能力去推理,对所学知识理解得更加透彻,记忆也更加深刻。
第二,在解题中渗透数学思想。数学离不开解题,但是解题的方法不止一种,多一种方法就可能多一种数学思想。如苏教版的练习册中有这样一道题:1998×3.14+199.8×31.4+19.98×314。先让学生观察数字的关联性,学生会很容易看出数值1998小数点在往左移动,3.14的小数点在往右移动,两个数值相乘,根据小数点移动的知识,学生能够推断出三个乘积是相等的,无论它们怎么变动,小数点后面一共是两位,只要算出1998×3.14再乘以3就可以了。这个解题思路实际上渗透了划归的数学思想。教师要在解题之前就开始向学生渗透,解题之后还要进行深化点睛,久而久之,学生就掌握了这种方法。
第三,经常讲,反复讲。数学思想渗透是需要潜移默化的,教师要坚持这一过程,在讲课时不断举一反三,帮助学生深刻领会。
第四,要引导学生从生活中发现数学思想,鼓励学生将课堂中学到的思想运用到生活中,将生活中的问题带到课堂上。
二、结束语
一、端正渗透思想更新教育观念
纵观数学教学的现状,应该看到,应试教育向素质教育转轨的过程中,确实有很多弄潮儿站到了波峰浪尖,但也仍有一些数学课基本上还是在应试教育的惯性下运行,对素质教育只是形式上的“摇旗呐喊”,而行动上却留恋应试教育“按兵不动”,缺乏战略眼光,因而至今仍被困惑在无边的题海之中。
究竟如何走出题海,摆脱那种劳民伤财的大运动量的机械训练呢?我们认为:坚持渗透数学思想和方法,更新教育观念是根本。要充分发掘教材中的知识点和典型例题中所蕴含的数学思想和方法,依靠数学思想指导数学思维,尽量暴露思维的全过程,展示数学方法的运用,大胆探索,会一题明一路,以少胜多,这才是走出题海误区,真正实现教育转轨的新途径。
二、明确数学思想和方法的丰富内涵
所谓数学思想就是对数学知识和方法的本质及规律的理性认识,它是数学思维的结晶和概括,是解决数学问题的灵魂和根本策略。而数学方法则是数学思想的具体表现形式,是实现数学思想的手段和重要工具。数学思想和数学方法之间历来就没有严格的界限,只是在操作和运用过程中根据其特征和倾向性,分为数学思想和数学方法。一般说来,数学思想带有理论特征,如符号化思想,集合对应思想,转化思想等。而数学方法则具有实践倾向,如消元法、换元法、配方法、待定系数法等。因此数学思想具有抽象性,数学方法具有操作性。数学思想和数学方法合在一起,称为数学思想方法。
不同的数学思想和方法并不是彼此孤立,互不联系的,较低层次的数学思想和方法经过抽象、概括便可以上升为较高层次的数学思想和方法,而较高层次的数学思想和方法则对较低层次的数学思想和方法有着指导意义,其往往是通过较低层次的思想方法来实现自身的运用价值。低层次是高层次的基础,高层次是低层次的升级。
三、强化渗透意识
在教学过程中,数学的思想和方法应该占有中心的地位,“占有把数学大纲中所有的、为数很多的概念,所有的题目和章节联结成一个统一的学科的核心地位。”这就是要突出数学思想和方法的渗透,强化渗透意识。这既是数学教学改革的需要,也是新时期素质教育对每一位数学教师提出的新要求。素质教育要求:“不仅要使学生掌握一定的知识技能,而且还要达到领悟数学思想,掌握数学方法,提高数学素养的目的。”而数学思想和方法又常常蕴含于教材之中,这就要求教师在吃透教材的基础上去领悟隐含于教材的字里行间的数学思想和方法。一方面要明确数学思想和方法是数学素养的重要组成部分,另一方面又需要有一个全新而强烈地渗透数学思想方法的意识。
四、制定渗透目标
依据现行教材内容和教学大纲的要求,制订不同层次的渗透目标,是保证数学思想和方法渗透的前提。现行教材中数学思想和方法,寓于知识的发生,发展和运用过程之中,而且不是每一种数学思想和方法都能象消元法、换元法、配方法那样,达到在某一阶段就能掌握运用的程度。有的数学思想方法贯穿初等数学的始终,必须分级分层制定目标。以在方程(组)的教学中渗透化归思想和方法为例,在初一年级时,可让学生知道在一定条件下把未知转化为已知,把新知识转化为已掌握的旧知识来解决的思想和方法;到了初二年级,可根据化归思想的导向功能,鼓励学生按一定的模式去探索运用;初三年级,已基本掌握了化归的思想和方法,并有了一定的运用基础和经验,可鼓励学生大胆开拓,创造运用。实际教学中也确实有一些学生能够把多种数学思想和方法综合运用于解决数学问题之中,这种水平正是我们走出题海所迫切需要的,它既是素质教育的要求,也本文的最终目的。
五、遵循渗透原则
我们所讲的渗透是把教材中的本身数学思想和方法与数学对象有机地联系起来,在新旧知识的学习运用中渗透,而不是有意去添加思想方法的内容,更不是片面强调数学思想和方法的概念,其目的是让学生在潜移默化中去领悟。运用并逐步内化为思维品质。因而渗透中勿必遵循由感性到理性、由抽象到具体、由特殊到一般的渗透原则,使认识过程返朴归真。让学生以探索者的姿态出现,在自觉的状态下,参与知识的形成和规律的揭示过程。那么学生所获取的就不仅仅是知识,更重要的是在思维探索的过程中领悟、运用、内化了数学的思想和方法。
六、探索并掌握渗透的途径
数学的思想和方法是数学中最本质、最惊彩、最具有数学价值的东西,在教材中除一些基本的思想和方法外,其它的数学思想和方法都呈隐蔽式,需要教师在数学教学中,乃至数学课外活动中探索选择适当的途径进行渗透。
1.在知识的形成过程中渗透
对数学而言,知识的形成过程实际上也是数学思想和方法的发生过程。大纲明确提出:“数学教学,不仅需要教给学生数学知识,而且还要揭示获取知识的思维过程。”这一思维过程就是思想方法。传授学生以数学思想,教给学生以数学方法,既是大纲的要求,也是走出题海的需要。因此必须把握教学过程中进行数学思想和方法渗透的契机。如概念的形成过程,结论的推导过程等,都是向学生渗透数学思想和方法,训练思维,培养能力的极好机会。
2.在问题的解决过程中渗透
数学的思想和方法存在于问题的解决过程中,数学问题的步步转化无不遵循着数学思想方法的指导。数学的思想和方法在解决数学问题的过程中占有举足轻重的地位。教学大纲明确指出:“要加强对解题的正确指导,要引导学生从解题的思想和方法上作必要的概括”,这就是新教材的新思想。其实数学问题的解决过程就是用“不变”的数学思想和方法去解决不断“变换”的数学命题,这既是渗透的目的,也是实现走出题海的重要环节。渗透数学思想和方法,不仅可以加快和优化问题解决的过程,而且还可以达到,会一题而明一路,通一类的效果,打破那种一把钥匙开一把锁的呆板模式,摆脱了应试教育下题海战的束缚。通过渗透,尽量让学生达到对数学思想和方法内化的境界,提高独立获取知识的能力和独立解决问题的能力,此时的思维无疑具有创造性的品质。如化归的数学思想是解决问题的一种基本思路,在整个初等方程及其它知识点的教学中,可以反复渗透和运用。
3.在复习小结中渗透
小结和复习是数学教学的重要环节,而应试教育下的数学小结和复习课常常是陷入无边的题海,使得师生在枯燥的题海中进行着过量而机械的习题训练,其结果是精疲力尽,茫然四顾,收获甚少。如何提高小结、复习课的效果呢?我们的做法是:遵循数学大纲的要求。紧扣教材的知识结构,及时渗透相关的数学思想和数学方法。在数学思想的科学指导下,灵活运用数学方法,突破题海战的模式,优化小结、复习课的教学。在章节小结、复习的数学教学中,我们注意从纵横两个方面,总结复习数学思想与方法,使师生都能体验到领悟数学思想,运用数学方法,提高训练效果,减轻师生负担,走出题海误区的轻松愉悦之感。
4.在数学讲座等教学活动中渗透
一、对中学数学思想的基本认识
“数学思想”作为数学课程论的一个重要概念,我们完全有必要对它的内涵与外延形成较为明确的认识。关于这个概念的内涵,我们认为:数学思想是人们对数学科学研究的本质及规律的理性认识。这种认识的主体是人类历史上过去、现在以及将来有名与无名的数学家;而认识的客体,则包括数学科学的对象及其特性,研究途径与方法的特点,研究成就的精神文化价值及对物质世界的实际作用,内部各种成果或结论之间的互相关联和相互支持的关系等。可见,这些思想是历代与当代数学家研究成果的结晶,它们蕴涵于数学材料之中,有着丰富的内容。
通常认为数学思想包括方程思想、函数思想、数形结合思想、转化思想、分类讨论思想和公理化思想等。这些都是对数学活动经验通过概括而获得的认识成果。既然是认识就会有不同的见解,不同的看法。实际上也确实如此,例如,有人认为中学数学教材可以用集合思想作主线来编写,有人认为以函数思想贯穿中学数学内容更有利于提高数学教学效果,还有人认为中学数学内容应运用数学结构思想来处理等等。尽管看法各异,但笔者认为,只要是在充分分析、归纳概括数学材料的基础上来论述数学思想,那么所得的结论总是可能做到并行不悖、互为补充的,总是能在中学数学教材中起到积极的促进作用的。
关于这个概念的外延,从量的方面讲有宏观、中观和微观之分。
属于宏观的,有数学观(数学的起源与发展、数学的本能和特征、数学与现实世界的关系),数学在科学中的文化地位,数学方法的认识论、方法论价值等;属于中观的,有关于数学内部各个部门之间的分流的原因与结果,各个分支发展过程中积淀下来的内容上的对立与统一的相克相生的关系等;属于微观结构的,则包含着对各个分支及各种体系结构定内容和方法的认识,包括对所创立的新概念、新模型、新方法和新理论的认识。
从质的方面说,还可分成表层认识与深层认识、片面认识与完全认识、局部认识与全面认识、孤立认识与整体认识、静态认识与动态认识、唯心认识与唯物认识、谬误认识和正确认识等。
二、数学思想的特性和作用
数学思想是在数学的发展史上形成和发展的,它是人类对数学及其研究对象,对数学知识(主要指概念、定理、法则和范例)以及数学方法的本质性的认识。它表现在对数学对象的开拓之中,表现在对数学概念、命题和数学模型的分析与概括之中,还表现在新的数学方法的产生过程中。它具有如下的突出特性和作用。
(一)数学思想凝聚成数学概念和命题,原则和方法
我们知道,不同层次的思想,凝聚成不同层次的数学模型和数学结构,从而构成数学的知识系统与结构。在这个系统与结构中,数学思想起着统帅的作用。
(二)数学思想深刻而概括,富有哲理性
各种各样的具体的数学思想,是从众多的具体的个性中抽取出来且对个性具有普遍指导意义的共性。它比某个具体的数学问题(定理法则等)更具有一般性,其概括程度相对较高。现实生活中普遍存在的运动和变化、相辅相成、对立统一等“事实”,都可作为数学思想进行哲学概括的材料,这样的概括能促使人们形成科学的世界观和方法论。
(三)数学思想富有创造性
借助于分析与归纳、类比与联想、猜想与验证等手段,可以使本来较抽象的结构获得相对直观的形象的解释,能使一些看似无处着手的问题转化成极具规律的数学模型。从而将一种关系结构变成或映射成另一种关系结构,又可反演回来,于是复杂问题被简单化了,不能解的问题的解找到了。如将著名的哥尼斯堡七桥问题转化成一笔画问题,便是典型的一例。当时,数学家们在作这些探讨时是很难的,是零零碎碎的,有时为了一个模型的建立,一种思想的概括,要付出毕生精力才能得到,这使后人能从中得到真知灼见,体会到创造的艰辛,发展顽强奋战的个性,培养创造的精神。
三、数学思想的教学功能
我国《九年义务教育全日制初级中学数学教学大纲(试用修订版)》明确指出:“初中数学的基础知识主要是初中代数、几何中的概念、法则、性质、公式、公理、定理以及由其内容所反映出来的数学思想和方法”。根据这一要求,在中学数学教学中必须大力加强对数学思想和方法的教学与研究。
(一)数学思想是教材体系的灵魂
从教材的构成体系来看,整个初中数学教材所涉及的数学知识点汇成了数学结构系统的两条“河流”。一条是由具体的知识点构成的易于被发现的“明河流”,它是构成数学教材的“骨架”;另一条是由数学思想方法构成的具有潜在价值的“暗河流”,它是构成数学教材的“血脉”灵魂。有了这样的数学思想作灵魂,各种具体的数学知识点才不再成为孤立的、零散的东西。因为数学思想能将“游离”状态的知识点(块)凝结成优化的知识结构,有了它,数学概念和命题才能活起来,做到相互紧扣,相互支持,以组成一个有机的整体。可见,数学思想是数学的内在形式,是学生获得数学知识、发展思维能力的动力和工具。教师在教学中如能抓住数学思想这一主线,便能高屋建瓴,提挈教材进行再创造,才能使教学见效快,收益大。
(二)数学思想是我们进行教学设计的指导思想
笔者认为,数学课堂教学设计应分三个层次进行,这便是宏观设计、微观设计和情境设计。无论哪个层次上的设计,其目的都在于为了让学生“参与”到获得和发展真理性认识的数学活动过程中去。这种设计不能只是数学认识过程中的“还原”,一定要有数学思想的飞跃和创造。这就是说,一个好的教学设计,应当是历史上数学思想发生、发展过程的模拟和简缩。例如初中阶段的函数概念,便是概括了变量之间关系的简缩,也应当是渗透现代数学思想、使用现代手段实现的新的认识过程。又如高中阶段的函数概念,便渗透了集合关系的思想,还可以是在现实数学基础上的概括和延伸,这就需要搞清楚应概括怎样的共性,如何准确地提出新问题,需要怎样的新工具和新方法等等。对于这些问题,都需要进行预测和创造,而要顺利地完成这一任务,必须依靠数学思想作为指导。有了深刻的数学思想作指导,才能做出智慧熠烁的创新设计来,才能引发起学生的创造性的思维活动来。这样的教学设计,才能适应瞬息万变的技术革命的要求。靠一贯如此设计的课堂教学培养出来的人才,方能在21世纪的激烈竞争中立于不败之地。
中学数学教学过程,实质上是运用各种教学理论进行数学知识教学的过程。在这个过程中,必然要涉及数学思想的问
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(三)数学思想是课堂教学质量的重要保证
数学思想性高的教学设计,是高质量进行教学的基本保证。在数学课堂教学中,教师面对的是几十个学生,这几十个智慧的头脑会提出各种各样的问题。随着新技术手段的现代化,学生知识面的拓宽,他们提出的许多问题是教师难以解答的。面对这些活泼肯钻研的学生所提的问题,教师只有达到一定的思想深度,才能保证准确辨别各种各样问题的症结,给出中肯的分析;才能恰当适时地运用类比联想,给出生动的陈述,把抽象的问题形象化,复杂的问题简单化;才能敏锐地发现学生的思想火花,找到闪光点并及时加以提炼升华,鼓励学生大胆地进行创造,把众多学生牢牢地吸引住,并能积极主动地参与到教学活动中来,真正成为教学过程的主体;也才能使有一定思想的教学设计,真正变成高质量的数学教学活动过程。
有人把数学课堂教学质量理解为学生思维活动的质和量,就是学生知识结构,思维方法形成的清晰程度和他们参与思维活动的深度和广度。我们可以从“新、高、深”三个方面来衡量一堂数学课的教学效果。“新”指学生的思维活动要有新意,“高”指学生通过学习能形成一定高度的数学思想,“深”则指学生参与到教学活动的程度。
在数学教学中,怎样寓知识、技能、方法、思想于一个学过程中,是数学教学的重要课题。由于数学的高度抽象性、严谨的逻辑性、结论的确定性以及应用的广泛性这些特征,决定了数学教学的难度。如果教师只是注重单纯地传授知识,而不注重学习方法的指导和能力的培养,学生就会跟在老师的后面跑,整天忙忙碌碌,全是死记硬背。听老师讲时还会,自己做时就错,临到考时就蒙,这样下去是越来越糊涂。所以,要使学生变书本知识为自己知识,就必须学会学习知识的方法。下面就其怎样使学生在原有知识基础上学习新知识的方法谈些教学体会。
新知识的获得,离不开原有认知基矗很多新知识都是学生在已有知识基础上发展起来的。因此,对于学生来讲,学会怎样在已有知识的基础上掌握新知识的方法是非常必要的。这就需要教师在教学中精心设计、抓住知识的生长点、促进正迁移的实现。
例如,在研究多边形内角和定理时,可向学生提出:我们已经知道三角形的内角和等于180°,那么,你能根据三角形的内角和求出四边形的内角和吗?这样简单、明了的一句话就勾通了新旧知识间的内在联系。问题的提出,激发了学生学习的兴趣,促使了学生思维的展开,提供了回答问题的机会,创造了活跃的教学气氛,学生会准确地回答出四边形的内角和等于360°。又问:你是根据什么说四边形的内角和等于360°呢?是猜想的?还是推理得到的?学生的回答是作四边形的对角线,将四边形分为两个三角形,而每个三角形的内角和等于180°,两个三角形的内角和等于360°。教师马上对学生的回答给以肯定和鼓励,再问:五边形、六边形的内角和等于多少度?学生很快就会回答出五边形的内角和等于540°,六边形的内角和等于720°。接着又问:你知道十边形、一百边形、一千边形的内角和是多少度吗?这是老师故意设置“知识障碍”,激发学生的求知欲望。及时引导、启发、迁移、总结规律。让学生观察、发现求四边形、五边形、六边形的内角和,都是从它们的一个顶点作对角线将它们转化为三角形来求得的,并且内角和是由从它们的一个顶点作对角线所分得三角形的个数确定的,而三角形的个数又是由这个多边形的边数确定的。从而可知从n边形的一个顶点作对角线可将n边形分成(n-2)个三角形,所以n边形的内角的和等于(n-2)·180°,即得多边形的内角和定理。这个定理的出现,是教者通过设疑、引导、启发学生思维,寻求解题方法,由个性问题追朔到共性问题,总结出了一般规律。这样做,不但使学生学会了在原有知识基础上学习新知识的方法,又培养了学生分析问题和解决问题的能力,还渗透了把多边形转化为三角形来研究的数学转化思想。
当学生在原有知识的基础上掌握了学习新知识的方法和数学的转化思想,对于诸如此类的问题就迎刃而解了。如,研究梯形中位线定理,学生很自然就会将它转化为三角形中位线来解决。对于平行四边形、梯形的问题学生也很容易就想到转化为已有知识来研究。又如,对于解二元二次方程组,学生根据已学过的解一元二次方程等知识,自然就会想到通过消元将原方程组转为一元二次方程来解之,或将二元二次方程组通过降次转化为一次方程或有一个一次方程和一个二次方程组来解决。对于分式方程要通过去分母或换元转化为整式方程来解。对于无理方程需把方程两边乘方或换元化为有理方程来解。
在数学教学中,教师只要做到精心设计教学环节,科学的提出问题,采取得体的教学方法、适时疏导,帮助学生学会用自己的语言对所学知识进行概括和总结,以知识讲方法,以方法取知识,就能够调动学生学习数学的积极性,达到开发学生智力、提高学生能力的目的。
一、对中学数学思想的基本认识
“数学思想”作为数学课程论的一个重要概念,我们完全有必要对它的内涵与外延形成较为明确的认识。关于这个概念的内涵,我们认为:数学思想是人们对数学科学研究的本质及规律的理性认识。这种认识的主体是人类历史上过去、现在以及将来有名与无名的数学家;而认识的客体,则包括数学科学的对象及其特性,研究途径与方法的特点,研究成就的精神文化价值及对物质世界的实际作用,内部各种成果或结论之间的互相关联和相互支持的关系等。可见,这些思想是历代与当代数学家研究成果的结晶,它们蕴涵于数学材料之中,有着丰富的内容。
通常认为数学思想包括方程思想、函数思想、数形结合思想、转化思想、分类讨论思想和公理化思想等。这些都是对数学活动经验通过概括而获得的认识成果。既然是认识就会有不同的见解,不同的看法。实际上也确实如此,例如,有人认为中学数学教材可以用集合思想作主线来编写,有人认为以函数思想贯穿中学数学内容更有利于提高数学教学效果,还有人认为中学数学内容应运用数学结构思想来处理等等。尽管看法各异,但笔者认为,只要是在充分分析、归纳概括数学材料的基础上来论述数学思想,那么所得的结论总是可能做到并行不悖、互为补充的,总是能在中学数学教材中起到积极的促进作用的。
关于这个概念的外延,从量的方面讲有宏观、中观和微观之分。
属于宏观的,有数学观(数学的起源与发展、数学的本能和特征、数学与现实世界的关系),数学在科学中的文化地位,数学方法的认识论、方法论价值等;属于中观的,有关于数学内部各个部门之间的分流的原因与结果,各个分支发展过程中积淀下来的内容上的对立与统一的相克相生的关系等;属于微观结构的,则包含着对各个分支及各种体系结构定内容和方法的认识,包括对所创立的新概念、新模型、新方法和新理论的认识。
从质的方面说,还可分成表层认识与深层认识、片面认识与完全认识、局部认识与全面认识、孤立认识与整体认识、静态认识与动态认识、唯心认识与唯物认识、谬误认识和正确认识等。
二、数学思想的特性和作用
数学思想是在数学的发展史上形成和发展的,它是人类对数学及其研究对象,对数学知识(主要指概念、定理、法则和范例)以及数学方法的本质性的认识。它表现在对数学对象的开拓之中,表现在对数学概念、命题和数学模型的分析与概括之中,还表现在新的数学方法的产生过程中。它具有如下的突出特性和作用。
(一)数学思想凝聚成数学概念和命题,原则和方法
我们知道,不同层次的思想,凝聚成不同层次的数学模型和数学结构,从而构成数学的知识系统与结构。在这个系统与结构中,数学思想起着统帅的作用。
(二)数学思想深刻而概括,富有哲理性
各种各样的具体的数学思想,是从众多的具体的个性中抽取出来且对个性具有普遍指导意义的共性。它比某个具体的数学问题(定理法则等)更具有一般性,其概括程度相对较高。现实生活中普遍存在的运动和变化、相辅相成、对立统一等“事实”,都可作为数学思想进行哲学概括的材料,这样的概括能促使人们形成科学的世界观和方法论。
(三)数学思想富有创造性
借助于分析与归纳、类比与联想、猜想与验证等手段,可以使本来较抽象的结构获得相对直观的形象的解释,能使一些看似无处着手的问题转化成极具规律的数学模型。从而将一种关系结构变成或映射成另一种关系结构,又可反演回来,于是复杂问题被简单化了,不能解的问题的解找到了。如将著名的哥尼斯堡七桥问题转化成一笔画问题,便是典型的一例。当时,数学家们在作这些探讨时是很难的,是零零碎碎的,有时为了一个模型的建立,一种思想的概括,要付出毕生精力才能得到,这使后人能从中得到真知灼见,体会到创造的艰辛,发展顽强奋战的个性,培养创造的精神。
三、数学思想的教学功能
我国《九年义务教育全日制初级中学数学教学大纲(试用修订版)》明确指出:“初中数学的基础知识主要是初中代数、几何中的概念、法则、性质、公式、公理、定理以及由其内容所反映出来的数学思想和方法”。根据这一要求,在中学数学教学中必须大力加强对数学思想和方法的教学与研究。
(一)数学思想是教材体系的灵魂
从教材的构成体系来看,整个初中数学教材所涉及的数学知识点汇成了数学结构系统的两条“河流”。一条是由具体的知识点构成的易于被发现的“明河流”,它是构成数学教材的“骨架”;另一条是由数学思想方法构成的具有潜在价值的“暗河流”,它是构成数学教材的“血脉”灵魂。有了这样的数学思想作灵魂,各种具体的数学知识点才不再成为孤立的、零散的东西。因为数学思想能将“游离”状态的知识点(块)凝结成优化的知识结构,有了它,数学概念和命题才能活起来,做到相互紧扣,相互支持,以组成一个有机的整体。可见,数学思想是数学的内在形式,是学生获得数学知识、发展思维能力的动力和工具。教师在教学中如能抓住数学思想这一主线,便能高屋建瓴,提挈教材进行再创造,才能使教学见效快,收益大。
(二)数学思想是我们进行教学设计的指导思想
笔者认为,数学课堂教学设计应分三个层次进行,这便是宏观设计、微观设计和情境设计。无论哪个层次上的设计,其目的都在于为了让学生“参与”到获得和发展真理性认识的数学活动过程中去。这种设计不能只是数学认识过程中的“还原”,一定要有数学思想的飞跃和创造。这就是说,一个好的教学设计,应当是历史上数学思想发生、发展过程的模拟和简缩。例如初中阶段的函数概念,便是概括了变量之间关系的简缩,也应当是渗透现代数学思想、使用现代手段实现的新的认识过程。又如高中阶段的函数概念,便渗透了集合关系的思想,还可以是在现实数学基础上的概括和延伸,这就需要搞清楚应概括怎样的共性,如何准确地提出新问题,需要怎样的新工具和新方法等等。对于这些问题,都需要进行预测和创造,而要顺利地完成这一任务,必须依靠数学思想作为指导。有了深刻的数学思想作指导,才能做出智慧熠烁的创新设计来,才能引发起学生的创造性的思维活动来。这样的教学设计,才能适应瞬息万变的技术革命的要求。靠一贯如此设计的课堂教学培养出来的人才,方能在21世纪的激烈竞争中立于不败之地。
(三)数学思想是课堂教学质量的重要保证
数学思想性高的教学设计,是高质量进行教学的基本保证。在数学课堂教学中,教师面对的是几十个学生,这几十个智慧的头脑会提出各种各样的问题。随着新技术手段的现代化,学生知识面的拓宽,他们提出的许多问题是教师难以解答的。面对这些活泼肯钻研的学生所提的问题,教师只有达到一定的思想深度,才能保证准确辨别各种各样问题的症结,给出中肯的分析;才能恰当适时地运用类比联想,给出生动的陈述,把抽象的问题形象化,复杂的问题简单化;才能敏锐地发现学生的思想火花,找到闪光点并及时加以提炼升华,鼓励学生大胆地进行创造,把众多学生牢牢地吸引住,并能积极主动地参与到教学活动中来,真正成为教学过程的主体;也才能使有一定思想的教学设计,真正变成高质量的数学教学活动过程。
有人把数学课堂教学质量理解为学生思维活动的质和量,就是学生知识结构,思维方法形成的清晰程度和他们参与思维活动的深度和广度。我们可以从“新、高、深”三个方面来衡量一堂数学课的教学效果。“新”指学生的思维活动要有新意,“高”指学生通过学习能形成一定高度的数学思想,“深”则指学生参与到教学活动的程度。
实践说明,大部分的学生对数学家的事迹是非常感兴趣的,教师在教学中,可以在适当的时候向学生介绍一些著名数学家的感人事迹。比如中国著名科学家钱学森不但在学术上取得了巨大的成就,在美国的生活也享有丰厚的待遇,但是他始终想念着自己的祖国,经过重重困难终于回到祖国。在他的领导下,中国实现了“二弹一星”,提高我国的国防能力,保卫我们国家的安全。在国外的数学家中,著名数学家欧拉从19岁就开始,他依靠顽强的毅力和孜孜不倦的精神,使他在双目失明以后,也没有停止对数学的研究,在失明后的17年间,他还口述了几本书和400篇左右的论文。教师通过这些数学家感人事迹的介绍,可以培养学生努力攀登,勇于探索,为社会主义事业而奋斗的献身精神。将最近几年中国中学生在国际数学奥林匹克竞赛中取得的一些成绩向学生介绍,激励同学们奋力拼搏的精神,树立学好数学、为国争光的思想。
二、用辩证唯物主义观点对学生进行教育
在数学中到处充满着辩证的方法和思维,中学数学的教学大纲指出:“要用辩证唯物主义观点来阐明教学的内容,这样学生既有利于学习基础知识,学生又有利于形成唯物主义世界观。”在数学的教学中可用以下几点来渗透辩证唯物主义的观点。
1.科学是在不断发展的,任何事物都不是一成不变的,人们的认识水平也是在不断提高的。数的扩充、代数与几何的结合,某些定理、推论的推广,发展的观点由此得到体现。
2.物质的根本属性是运动。在数学当中,面可以看成点线运动的轨迹,旋转体也是平面图形运动的结果,直线是向两边无限延伸的,在教学的过程当中强调这些,使同学们在潜移默化中,接受到辩证法中运动的观点。
3.在数学教学过程中,正数与负数、有理数与无理数、实数与虚数等,这些不同的概念是对立的,同时又是统一的。加与减的转化,乘与除的统一,乘方与开方的互逆,在教学中强调这些数学规律,让学生从中接受到矛盾与对立统一及相互转化观点。
4.将辩证唯物主义观点渗透于教学中,数学来源于实践又反过来作用与实践,同时在数学教学中,也要加强对学生数学精神的培养,加强德育的渗透,让学生领悟到数学中的辩证关系,从而初步形成辩证唯物主义的观点。
三、运用教师的言传身教对同学们进行思想教育