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數(shù)學(xué)課堂如何兼顧學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)與應(yīng)試能力

2014-04-10 16:49:49曹廣福
關(guān)鍵詞:微積分定理概念

何 勇,曹廣福

(1.廣州市執(zhí)信中學(xué),廣東 廣州 510095;2.廣州大學(xué) 數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院,廣東 廣州 510006)

1 引 言

對(duì)絕大多數(shù)高中生來說,通過高考上好大學(xué),找份好工作,是他們首要的選擇.由于大學(xué)學(xué)位供求差距太大,高考恐難以有太大的改變.也就是說應(yīng)試仍是中學(xué)生學(xué)習(xí)的一個(gè)重要目的.以上的教育困惑將一定時(shí)期內(nèi)存在,教師也在應(yīng)試教育與素質(zhì)教育之間糾結(jié)、掙扎,這就給教師帶來一個(gè)艱難的問題:數(shù)學(xué)課堂能不能兼顧學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)與應(yīng)試能力?

所謂數(shù)學(xué)素養(yǎng)是指具備一定的數(shù)學(xué)知識(shí),了解數(shù)學(xué)發(fā)展過程,懂得用數(shù)學(xué)的眼光觀察問題,用數(shù)學(xué)的頭腦分析問題,能運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決問題.?dāng)?shù)學(xué)素養(yǎng)與數(shù)學(xué)應(yīng)試能力是兩個(gè)完全不同的概念,所謂應(yīng)試能力,顧名思義是應(yīng)付考試的能力,以應(yīng)付考試為目的的教育就是應(yīng)試教育.學(xué)生有一定的應(yīng)試能力未必具備一定的數(shù)學(xué)素養(yǎng),人們之所以對(duì)教育現(xiàn)狀有諸多不滿,也正是因?yàn)樗刭|(zhì)與應(yīng)試之間存在著嚴(yán)重矛盾.

考試是檢驗(yàn)學(xué)生掌握知識(shí)的程度與運(yùn)用知識(shí)能力的不可或缺的基本形式,可見考試本身沒有錯(cuò),但以考試為最終目的教育顯然背離了教育的宗旨.?dāng)?shù)學(xué)教育的根本目的應(yīng)該是發(fā)揮學(xué)生的數(shù)學(xué)潛能,全面提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素質(zhì),而不是單純的傳授知識(shí).根據(jù)學(xué)生的不同特點(diǎn),讓每一個(gè)學(xué)生都有提升自身數(shù)學(xué)素養(yǎng)的機(jī)會(huì).

中國學(xué)生在國際性數(shù)學(xué)競(jìng)賽及水平測(cè)試中成績(jī)斐然,雖然培養(yǎng)了很多數(shù)學(xué)尖子生,但迄今為止,卻沒有人獲得過菲爾茲獎(jiǎng)等國際性數(shù)學(xué)大獎(jiǎng),這是值得每個(gè)數(shù)學(xué)教育工作者深思的問題.目前無論是中小學(xué)數(shù)學(xué)教師還是大學(xué)數(shù)學(xué)教育工作者,都在積極探索中國中小學(xué)數(shù)學(xué)教育改革.他們分別從東西方數(shù)學(xué)教育比較、基礎(chǔ)教學(xué)的繼承與發(fā)展以及課堂教學(xué)中的問題意識(shí)等多方面探索數(shù)學(xué)教育改革之路(例如參見文[1~5]),這些研究對(duì)于促進(jìn)中國中小學(xué)數(shù)學(xué)教育無疑是有重要參考意義的.傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課堂教學(xué)有什么弊端?教師應(yīng)該教什么樣的數(shù)學(xué)?數(shù)學(xué)課堂是傳授知識(shí)還是傳授思想?這些問題的答案似乎并不復(fù)雜,但真正做起來并不容易.

廣州市執(zhí)信中學(xué)與廣州大學(xué)數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院在中學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)改革方面正進(jìn)行深入的合作研究,針對(duì)數(shù)學(xué)課堂設(shè)計(jì)合適的教學(xué)方案,目的在于探索兼顧學(xué)生數(shù)學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)與應(yīng)試的教學(xué)模式,使得學(xué)生既具備基本的數(shù)學(xué)素養(yǎng)、能學(xué)以致用,又能適應(yīng)各種選拔式考試.在此基礎(chǔ)上,根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn),針對(duì)課堂的具體內(nèi)容設(shè)計(jì)教學(xué)方案.

2 課堂教學(xué)的基本模塊

素質(zhì)教育遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于開設(shè)幾門文化素質(zhì)課,學(xué)幾種技能,開展幾項(xiàng)活動(dòng),它更體現(xiàn)在每一節(jié)課堂教學(xué)中.眾所周知,從古希臘數(shù)學(xué)直到牛頓、萊布尼茲創(chuàng)立的微積分,一千多年的數(shù)學(xué)史表明[1~4],重要數(shù)學(xué)概念的產(chǎn)生通常與現(xiàn)實(shí)及自然科學(xué)有關(guān).遺憾的是,很多老師在實(shí)際教學(xué)過程中往往忽略了概念的教學(xué)或者說不清楚概念的來龍去脈與深刻背景,致使學(xué)生對(duì)概念理解不深刻,有些甚至不想去理解.定理的證明也是停留在技術(shù)層面上,缺少對(duì)定理的科學(xué)價(jià)值與實(shí)際意義的理解,只把目標(biāo)盯在如何解題上.久而久之,在學(xué)生心目中,所謂數(shù)學(xué)就是學(xué)生階段需要學(xué)習(xí)并考好的課程之一,至于它與人們的日常生活、自然科學(xué)之間有什么關(guān)系幾乎一無所知.?dāng)?shù)學(xué)是將現(xiàn)實(shí)世界或自然科學(xué)中的各種現(xiàn)象與關(guān)系用符號(hào)或數(shù)字以最簡(jiǎn)潔的方式表達(dá)出來,通過邏輯演繹與計(jì)算等數(shù)學(xué)手段探求未知的結(jié)論.換句話說,數(shù)學(xué)是現(xiàn)實(shí)世界的抽象反映,它反映了各種現(xiàn)象的本質(zhì).?dāng)?shù)學(xué)產(chǎn)生與發(fā)展的過程就是個(gè)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程,老師的根本任務(wù)是通過合情推理還原這個(gè)過程,挖掘隱藏在書本知識(shí)背后的思想與方法.?dāng)?shù)學(xué)課堂通常分為幾大模塊,其中概念課、原理課(也叫規(guī)則課)、解題課是教學(xué)的主體.然而,實(shí)際的教學(xué)過程中,由于應(yīng)試的壓力,老師往往將重點(diǎn)放在解題課上,不僅沒有講清楚概念的來龍去脈與定理的科學(xué)意義,甚至概念一帶而過,學(xué)生對(duì)概念的理解似是而非,解題時(shí)只能生搬硬套,這不是真正的數(shù)學(xué)教育.

2.1 概 念 課

任何一個(gè)數(shù)學(xué)概念的產(chǎn)生通常都伴隨著重要的歷史背景,老師應(yīng)該熟悉相關(guān)的歷史,了解數(shù)學(xué)概念產(chǎn)生的根源,即所謂的本原性問題,通過本原性問題驅(qū)動(dòng)概念課教學(xué),克萊因的《古今數(shù)學(xué)思想》也許可以幫助老師熟悉相關(guān)歷史(參見文[6~9]).事實(shí)上,任何一個(gè)重要概念都應(yīng)該說清楚幾件事:(1)概念是怎么產(chǎn)生的?為了解決什么問題?(2)如何恰當(dāng)?shù)囟x一個(gè)概念?(3)概念的內(nèi)涵是什么?

以復(fù)數(shù)教學(xué)為例,研究者曾經(jīng)做過一些了解,詢問來自不同學(xué)校的學(xué)生:“你們的中學(xué)老師在介紹復(fù)數(shù)概念時(shí)是怎么講的?是不是從有理數(shù)的擴(kuò)充開始?先介紹諸如x2-2=0在有理數(shù)范圍內(nèi)無解,所以需要將有理數(shù)進(jìn)行擴(kuò)充,再講到諸如 x2+1=0在實(shí)數(shù)范圍內(nèi)無解,所以實(shí)數(shù)也要擴(kuò)充?”學(xué)生紛紛點(diǎn)頭:“老師就是這么教的.”研究者又問:“方程 022=-x 是有實(shí)際背景的,例如單位長(zhǎng)度正方形對(duì)角線的長(zhǎng)度問題,可老師有沒有告訴你們方程 012=+x的背景是什么?它來自哪里?”學(xué)生紛紛搖頭.可見教師的復(fù)數(shù)概念教學(xué)并未說清楚概念之所以產(chǎn)生的背景.所設(shè)計(jì)的不過是一些偽問題或偽情境.老師從這個(gè)解釋不清的方程出發(fā)介紹復(fù)數(shù),于是學(xué)生以為引入復(fù)數(shù)就是為了解這些不知道有什么用的方程,與做數(shù)學(xué)游戲并無二致.

數(shù)學(xué)的發(fā)展是一個(gè)漫長(zhǎng)又復(fù)雜的過程,一個(gè)數(shù)學(xué)概念從產(chǎn)生到最終為大家普遍接受往往需要很長(zhǎng)的時(shí)間,復(fù)數(shù)概念從16世紀(jì)人們?cè)谝辉畏匠糖蟾鶈栴}中發(fā)現(xiàn)負(fù)數(shù)開平方問題,直到18世紀(jì)中葉歐拉利用復(fù)數(shù)概念將指數(shù)函數(shù)與三角函數(shù)聯(lián)系起來,即著名的歐拉公式,其間經(jīng)過了300年左右的時(shí)間.老師雖然很難在有限的課堂上完全按照歷史發(fā)展的線索將一個(gè)概念的產(chǎn)生完完整整敘述清楚,但應(yīng)該尊重歷史,而不是脫離歷史人為杜撰一些不符合事實(shí)的例子,否則學(xué)生所了解的將是虛假的歷史.在尊重歷史基礎(chǔ)上,按照適合課堂的方式重新組織相關(guān)史料.這就對(duì)老師提出了較高的要求,事實(shí)上,一個(gè)重要概念的產(chǎn)生不僅意味著一個(gè)理論的滋生,而且這個(gè)概念對(duì)于后續(xù)概念與理論的產(chǎn)生可能具有深遠(yuǎn)的影響.正是因?yàn)槿藗儗?fù)數(shù)與平面內(nèi)的點(diǎn)相對(duì)應(yīng),使得代數(shù)運(yùn)算可以進(jìn)入二元數(shù)組,從而平面內(nèi)的力學(xué)問題可以利用復(fù)數(shù)來處理.這一發(fā)現(xiàn)給數(shù)學(xué)帶來的影響是深刻的,正是受到復(fù)數(shù)的啟發(fā),人們?cè)噲D尋找三維空間中的對(duì)應(yīng)方法,19世紀(jì)中葉,數(shù)學(xué)家兼物理學(xué)家哈密爾頓創(chuàng)立了四元數(shù),為三維空間中的靜力學(xué)研究奠定了數(shù)學(xué)基礎(chǔ).如果學(xué)生甚至老師對(duì)這些史實(shí)不了解甚至一無所知,而是根據(jù)自己的想象臆造出一些例子,所謂素養(yǎng)的提高將無從談起.

再以函數(shù)概念的建立為例.函數(shù)是微積分中出現(xiàn)的第一個(gè)重要概念,它的本質(zhì)是什么?與現(xiàn)實(shí)世界的關(guān)系是什么?老師即使涉及,也大多解釋不清.函數(shù)概念的建立是人們連接現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)學(xué)王國的橋梁.完全可以從具體現(xiàn)象出發(fā)逐步引入函數(shù)概念,文[10]指出:“世間萬物皆是不斷變化的,人的生老病死,大海的潮漲潮落,經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的瞬息萬變,無不體現(xiàn)了一個(gè)永恒的真理,不變是相對(duì)的,變是絕對(duì)的.如何描述各種現(xiàn)象的變化規(guī)律?如何預(yù)測(cè)其變化趨勢(shì)?反映這些客觀規(guī)律的重要模型就是函數(shù),它告訴我們不同的量在某個(gè)過程中的內(nèi)在關(guān)系,以及它們的變化規(guī)律,通過對(duì)這些函數(shù)模型的分析可以預(yù)測(cè)各種相關(guān)量的變化趨勢(shì).”

很多概念的產(chǎn)生通常是新理論的萌芽,這些概念恰恰是啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的最好載體,為什么要提出一個(gè)概念?如何適當(dāng)?shù)囟x概念?這些概念給我們帶來了什么?這些問題也許比概念本身更重要.目前存在的一種現(xiàn)象是很多老師并不重視概念課,為了有更多的時(shí)間解題,課堂上概念一帶而過,不愿意花時(shí)間挖掘隱藏在概念背后的深刻數(shù)學(xué)思想,學(xué)生無法弄清楚為什么需要這個(gè)概念,甚至搞不清概念的內(nèi)涵,這是素質(zhì)教育與應(yīng)試教育之間一個(gè)突出的矛盾.

2.2 原 理 課

任何數(shù)學(xué)理論都是通過概念與定理呈現(xiàn)的,無論是概念的產(chǎn)生還是定理的發(fā)現(xiàn)都緣于一個(gè)核心——問題,換句話說,數(shù)學(xué)理論的建立與發(fā)展是發(fā)現(xiàn)問題、分析問題及解決問題的過程,概念課的講授需要圍繞著問題展開,定理的講授也需要圍繞著問題展開.一個(gè)定理是如何被發(fā)現(xiàn)的?它反映了什么規(guī)律性的東西?它能帶給我們什么?如果老師不能通過對(duì)問題的不斷分析從中發(fā)現(xiàn)定理的證明思想.那么學(xué)生只能是學(xué)了一大堆理論,卻不知道這些理論有什么用,學(xué)了一堆知識(shí),卻沒有催化自身能力的提升.老師應(yīng)該清楚書本與課堂之間的關(guān)系,老師課堂上的根本任務(wù)應(yīng)該是透過書本知識(shí)挖掘背后的思想并展現(xiàn)給學(xué)生,這樣死的知識(shí)才能變成活的靈魂.

與概念課不同的是,數(shù)學(xué)原理或定理中很多是數(shù)學(xué)自身邏輯演繹的結(jié)果,促使這些定理產(chǎn)生的問題大多屬于派生性的.?dāng)?shù)學(xué)原理課不在于有多難,抽象的東西能用通俗易懂的方式闡述清楚其本質(zhì)就是高水平的教學(xué).

以微積分教學(xué)為例,中學(xué)生能否具備辯證思維能力可能有待進(jìn)一步研究,但中學(xué)階段對(duì)微積分的要求不宜太高.微積分作為辯證思維的典范,幾乎是每一個(gè)大學(xué)生都要學(xué)習(xí)的,中學(xué)階段沒必要也做不到讓學(xué)生真正理解微積分蘊(yùn)含的深刻思想.但中學(xué)微積分教學(xué)也不應(yīng)該僅僅局限于簡(jiǎn)單的極限、導(dǎo)數(shù)及積分計(jì)算,而應(yīng)該初步領(lǐng)略微積分的本質(zhì),否則不如不學(xué).微積分的本質(zhì)是什么?簡(jiǎn)而言之,貫穿微積分始終的靈魂就是局部地以直代曲,以簡(jiǎn)單代替復(fù)雜,這是典型的辯證法思想,與經(jīng)典的初等數(shù)學(xué)基于形式邏輯演繹的思想完全不同.如果學(xué)生修完微積分后只知道極限、導(dǎo)數(shù)與積分的簡(jiǎn)單計(jì)算,對(duì)這門學(xué)科深刻的思想內(nèi)涵一無所知,這樣的微積分教學(xué)很難稱為成功.

要真正講好微積分,就應(yīng)該了解微積分產(chǎn)生的背景,歷史上,推動(dòng)微積分發(fā)展的動(dòng)力正是自然科學(xué),主要是速度、路程、面積以及光學(xué)問題.無論是導(dǎo)數(shù)還是積分都體現(xiàn)了一個(gè)共同的思想,局部地看,曲線段可以近似看成直線段,曲邊形可以近似看成直邊形,這是處理問題的第一步.第二步是不斷細(xì)化,最終產(chǎn)生質(zhì)的飛躍—極限.對(duì)于中學(xué)生而言,能理解這一基本的思想方法并能進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算就夠了.

認(rèn)識(shí)能力的提高是個(gè)漸進(jìn)的過程,不同年齡階段認(rèn)知能力是不同的,美國新數(shù)學(xué)運(yùn)動(dòng)之所以失敗,其原因之一正是忽略了中小學(xué)生認(rèn)識(shí)能力上的局限.但避重就輕,弱化數(shù)學(xué)思想,片面強(qiáng)調(diào)解題技巧顯然也不是成功的數(shù)學(xué)教育.

與概念不同的是,定理的發(fā)現(xiàn)未必都緣于本原性問題,它可能是邏輯演繹的結(jié)果,而且不是每個(gè)定理都可以找到它產(chǎn)生的史實(shí),老師需要根據(jù)合情推理創(chuàng)造定理發(fā)現(xiàn)的情境.學(xué)生學(xué)習(xí)了定理后應(yīng)該清楚定理是為了解決什么問題?它反映了什么思想?利用它還可以解決什么問題?

原理課不僅僅是定理的論證過程,更重要的是需要闡述清楚定理的科學(xué)意義,所以原理課也應(yīng)該在問題的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行.這就需要老師熟悉數(shù)學(xué)史,了解數(shù)學(xué)發(fā)展規(guī)律.

2.3 解 題 課

哈爾莫斯說過:“學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的最好方法是解題.”要學(xué)好數(shù)學(xué),一定量的解題訓(xùn)練是必須的,問題是,解題的目的是什么?這將決定教師怎么上解題課.解題的目的有兩個(gè):(1)強(qiáng)化對(duì)概念與原理的理解;(2)提升分析和解決數(shù)學(xué)問題以及實(shí)際問題的能力.前者通常在講授概念與原理階段完成,后者則是側(cè)重強(qiáng)化數(shù)學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用.但在實(shí)際教學(xué)中,站在應(yīng)試角度,以上兩點(diǎn)都只是過渡,最終目標(biāo)是考試成績(jī),雖然考試成績(jī)與這兩個(gè)目標(biāo)有密切關(guān)聯(lián),但不可否認(rèn),按現(xiàn)在的考試方式,學(xué)生通過高強(qiáng)度的機(jī)械訓(xùn)練,即使這兩個(gè)目標(biāo)達(dá)成度不高,學(xué)生仍有可能取得較好的考試成績(jī).

解題課不在于重復(fù)講解與練習(xí)很多題,而在于引導(dǎo)學(xué)生如何從已知中發(fā)現(xiàn)未知,一道典型題可以演化出多種變化,條件的變化,結(jié)論的變化,等等.研究者認(rèn)為,題目的類型可以分為3類:(1)為了解決某類問題,需要具備什么條件(即目標(biāo)明確,條件未知)?(2)在現(xiàn)有的條件下可以解決什么問題(即條件已知,目標(biāo)不明確)?(3)利用已有的條件如何解決某個(gè)問題(即條件已知,目標(biāo)明確)?傳統(tǒng)的解題課大多是第三類問題,可喜的是,目前國內(nèi)的教材在這方面已經(jīng)有所改變,增加了一些開放式題型,這對(duì)于拓展學(xué)生思維不無幫助.

3 結(jié) 束 語

中國的中小學(xué)數(shù)學(xué)教育改革是項(xiàng)長(zhǎng)期的工作,課程標(biāo)準(zhǔn)、教材固然是改革的重要部分,但教師實(shí)際的教育過程則是改革能否落到實(shí)處和教育成敗與否的根本.每年全國各地都會(huì)舉行各種教師培訓(xùn)項(xiàng)目,這些培訓(xùn)對(duì)于提升教師的素養(yǎng)與教學(xué)水平起到了重要作用.但實(shí)際教學(xué)過程涉及每個(gè)教師個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)、眼界與素養(yǎng),正所謂一百個(gè)教師有一百種不同的教學(xué)方法,如何針對(duì)課堂教學(xué)的具體內(nèi)容給出一個(gè)系統(tǒng)的教學(xué)指導(dǎo)性參考是一項(xiàng)工程巨大而且意義重大的事情,它將決定我們最終能否跳出應(yīng)試教育的怪圈,從應(yīng)試教育的強(qiáng)大壓力中解脫出來.

從理論上講,素質(zhì)教育與應(yīng)試之間沒有本質(zhì)的矛盾,如果學(xué)生真正理解了數(shù)學(xué)理論,掌握了數(shù)學(xué)思想,學(xué)會(huì)了數(shù)學(xué)思維,解題能力自然可以得到提高,正所謂厚積薄發(fā).在現(xiàn)階段,如果老師們?cè)谡n堂教學(xué)中切實(shí)貫徹新課標(biāo)的要求,將重點(diǎn)放在學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)與數(shù)學(xué)能力的培養(yǎng),同時(shí)兼顧到考試能力的提高,對(duì)于提升數(shù)學(xué)教育質(zhì)量,培養(yǎng)高素質(zhì)的數(shù)學(xué)人才無疑是有幫助的.執(zhí)信中學(xué)這些年在這方面做了有益的嘗試,具體做法是在低年級(jí)(一二年級(jí))側(cè)重基本能力的培養(yǎng),不片面追求分?jǐn)?shù),高年級(jí)(三年級(jí))則兼顧到學(xué)生考試能力的提高,在進(jìn)一步提高數(shù)學(xué)素養(yǎng)的同時(shí)增強(qiáng)應(yīng)試能力.

毋庸置疑,僅僅依靠課標(biāo)與教材的改革是很難從根本上改變數(shù)學(xué)教育現(xiàn)狀的,如果老師們能夠在新課標(biāo)指導(dǎo)下,根據(jù)教材內(nèi)容針對(duì)“數(shù)學(xué)課堂如何圍繞問題展開”進(jìn)行深入的思考與探索,細(xì)心設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)課堂教學(xué)的問題,則數(shù)學(xué)教學(xué)將會(huì)更見成效.可喜的是,許多教師與專家都意識(shí)到了“問題”在課堂教學(xué)中的重要性,例如,曾小平,呂傳漢,汪秉黎[11]、溫建紅[12]等關(guān)于數(shù)學(xué)教學(xué)中學(xué)生提出的問題作了深入的研究與分析.張夏雨和喻平[13]、杜文平[14]、張永雪[15]、廖運(yùn)章[16]等則對(duì)學(xué)生問題解決能力的差異做了評(píng)估或研究,可見“問題”是數(shù)學(xué)教育中不可或缺的靈魂.可以預(yù)見,如果課堂教學(xué)圍繞著問題展開,在尊重歷史的基礎(chǔ)上通過引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與對(duì)問題的深入分析從而大膽提出猜想,最終提煉出概念或建立定理,必將對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)的提高帶來幫助.將數(shù)學(xué)課堂分成概念課、原理課及解題課3個(gè)模塊并針對(duì) 3類課堂設(shè)計(jì)合適的問題是兼顧素質(zhì)教育與應(yīng)試教育比較切實(shí)可行的方法.

[1] 周瑩,王華.中美中學(xué)數(shù)學(xué)優(yōu)秀教師課堂提問的比較研究——以兩國同課異構(gòu)的課堂錄像為例[J].?dāng)?shù)學(xué)教育學(xué)報(bào),2013,22(4):25-29.

[2] 寧連華,涂榮豹.中國數(shù)學(xué)基礎(chǔ)教育的繼承與發(fā)展[J].?dāng)?shù)學(xué)教育學(xué)報(bào),2012,21(6):6-9.

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