摘要:“生長(zhǎng)數(shù)學(xué)”理念下的思維必然主張是指教師根據(jù)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的具體內(nèi)容,結(jié)合學(xué)生的思維發(fā)展規(guī)律,在數(shù)學(xué)知識(shí)的結(jié)構(gòu)中,構(gòu)建合適的思維場(chǎng)景,讓學(xué)生在這個(gè)“思維場(chǎng)”中內(nèi)生地、自然地產(chǎn)生必然的思維方向。教學(xué)中,可以固化類比源,激發(fā)最近聯(lián)想,讓學(xué)生“想得到”;構(gòu)建思維鏈,營(yíng)造邏輯連貫,讓學(xué)生“想得妙”;編織體驗(yàn)包,聚焦一以貫之,讓學(xué)生“想得透”。
關(guān)鍵詞:生長(zhǎng)數(shù)學(xué)思維必然最近聯(lián)想邏輯連貫
教育不是注滿一桶水,而是點(diǎn)燃一把火;不僅要幫助學(xué)生掌握知識(shí),而且要幫助學(xué)生學(xué)會(huì)思考。大道至簡(jiǎn),萬(wàn)物相通?!吧L(zhǎng)數(shù)學(xué)”的理念倡導(dǎo)教給學(xué)生具有生長(zhǎng)力的數(shù)學(xué)?!吧L(zhǎng)數(shù)學(xué)”理念下的思維必然主張,是指教師根據(jù)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的具體內(nèi)容,結(jié)合學(xué)生的思維發(fā)展規(guī)律,在數(shù)學(xué)知識(shí)的結(jié)構(gòu)中,構(gòu)建合適的思維場(chǎng)景,讓學(xué)生在這個(gè)“思維場(chǎng)”中內(nèi)生地、自然地產(chǎn)生必然的思維方向。同時(shí),教師在這個(gè)“思維場(chǎng)”中只對(duì)學(xué)生進(jìn)行必要的幫扶、提醒、點(diǎn)評(píng),發(fā)揮類似于植物生長(zhǎng)過(guò)程中澆水、施肥、修剪的作用。正因?yàn)榇?,它既?duì)應(yīng)自然生長(zhǎng)的意蘊(yùn),又體現(xiàn)數(shù)學(xué)思維的本質(zhì),是“生長(zhǎng)數(shù)學(xué)”的理性向往。那么,教學(xué)中如何創(chuàng)設(shè)思維必然的場(chǎng)景,發(fā)揮“生長(zhǎng)數(shù)學(xué)”的智慧呢?筆者認(rèn)為,可以從下面三個(gè)方面入手。
一、固化類比源,激發(fā)最近聯(lián)想,讓學(xué)生“想得到”
對(duì)于思維的生長(zhǎng)與生成,首先要解決的問(wèn)題是怎樣讓學(xué)生“想得到”解決問(wèn)題的策略與方法,產(chǎn)生一個(gè)念頭。事實(shí)上,這就是讓學(xué)生對(duì)問(wèn)題進(jìn)行把握與分析,依賴于學(xué)生的“想”:有方向的想、有效的想。其本質(zhì)要求則是讓學(xué)生想到與待解決問(wèn)題關(guān)聯(lián)度最大的原始問(wèn)題,然后用類比的思維來(lái)解決問(wèn)題。類比是由兩個(gè)對(duì)象的某些相同或相似的性質(zhì),推斷它們?cè)谄渌再|(zhì)上也可能相同或相似的一種推理形式。因此,教學(xué)中首先要固化類比源,用來(lái)激發(fā)學(xué)生的最近聯(lián)想,從而讓學(xué)生“想得到”。
比如,教學(xué)“不等式”時(shí),就要引導(dǎo)學(xué)生將其與最近的類比源“方程”進(jìn)行聯(lián)系,產(chǎn)生最近聯(lián)想。為此,首先要解決的問(wèn)題就是讓學(xué)生對(duì)“方程”這個(gè)類比源十分熟悉,即對(duì)方程的相關(guān)定義、求解方法以及實(shí)際應(yīng)用有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。這個(gè)過(guò)程就是固化類比源的過(guò)程。
那么,如何固化類比源呢?一是在教學(xué)“方程”時(shí),就把它教好,讓學(xué)生學(xué)好,形成一個(gè)扎實(shí)的基本模塊。但是,學(xué)生即使當(dāng)時(shí)學(xué)得很好,隨著時(shí)間的推移,也可能產(chǎn)生遺忘。要知道學(xué)生究竟遺忘了多少,最好的方法就是在教學(xué)“不等式”前,對(duì)“方程”進(jìn)行一個(gè)前測(cè)。如果學(xué)生忘得較多,就應(yīng)在教學(xué)“不等式”前對(duì)“方程”進(jìn)行一個(gè)專門(mén)的復(fù)習(xí)。如果學(xué)生忘得較少,則可在教學(xué)“不等式”的過(guò)程中通過(guò)喚醒,固化“方程”這個(gè)類比源。因此可以認(rèn)為,通過(guò)前測(cè),選擇恰當(dāng)方法進(jìn)行補(bǔ)救,是固化類比源的第二個(gè)路徑。
固化了類比源,學(xué)生解決不等式問(wèn)題時(shí)才能順利地“想得到”——因?yàn)榻酉聛?lái)發(fā)生的思維事件離學(xué)生之前的學(xué)習(xí)經(jīng)歷最近。不過(guò),不等式畢竟不是方程,它有異于方程的一系列的特性。這是在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)該重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的事情,因?yàn)橹挥羞@樣,才能抓住牛鼻子。
要注意的第一個(gè)問(wèn)題是不等式相關(guān)概念的構(gòu)建。對(duì)于不等式的概念,學(xué)生由方程的概念可以自然地類比得到。不過(guò),要引導(dǎo)學(xué)生分析不等符號(hào)“>”“<”“≠”“≥”“≤”的意義,這是不等式與方程概念不同的地方。特別要在對(duì)“≥”“≤”的理解上下功夫。比如,“≥”讀作“大于等于”,表示“大于或者等于”,但是,初學(xué)時(shí)有很多學(xué)生認(rèn)為“大于等于”是“大于且等于”,由此認(rèn)為“3≥2”這類式子是錯(cuò)誤的。這里要講清楚“或”怎么表達(dá),“且”怎么表達(dá)。尤其要指出“且”在數(shù)學(xué)上用大(花)括號(hào)表示。其實(shí),方程組中就用大(花)括號(hào)表示“且”了,只是,學(xué)生當(dāng)時(shí)對(duì)它沒(méi)有強(qiáng)烈的認(rèn)識(shí)罷了。
這里講明這一點(diǎn),學(xué)生在解不等式組時(shí)才能根據(jù)大(花)括號(hào)找其中每個(gè)不等式的公共解集。
要注意的第二個(gè)問(wèn)題是不等式解集這個(gè)概念的構(gòu)建。為什么根據(jù)方程求得的結(jié)果稱為“方程的解”,而根據(jù)不等式求出的結(jié)果稱為“不等式的解集”?這個(gè)問(wèn)題要讓學(xué)生搞清楚?!敖狻笔鞘裁匆馑迹俊敖饧庇质鞘裁匆馑??要把它分析到位。對(duì)此,可以設(shè)計(jì)下面的活動(dòng)來(lái)構(gòu)建:一元一次方程x-3=0的解只有一個(gè),而一元一次不等式x-3>0的解有多個(gè);一般地,方程的解有有限個(gè),不等式的解有無(wú)限個(gè);有限個(gè)的解可以具體地說(shuō)出來(lái),無(wú)限個(gè)的解沒(méi)辦法說(shuō)全,數(shù)學(xué)上就把它稱為“解集”,這里的“集”是集體的意思。接下來(lái)的問(wèn)題就“生長(zhǎng)”為如何表示不等式解集的問(wèn)題。數(shù)學(xué)人永遠(yuǎn)都是充滿智慧的。在數(shù)學(xué)上要表示一個(gè)東西通常有三種方法:第一種是用符號(hào)表示,第二種是用表格表示,第三種是用圖形(像)表示。具體到不等式x-3>0中,用符號(hào)表示它的解集,就是x>3。這樣表示很抽象,怎么辦?那就舉些例子,于是想到了列表格來(lái)表示。這樣表示還是不夠直觀,怎么辦?那就畫(huà)出圖形(數(shù)形結(jié)合思想),于是自然地就想到用數(shù)軸來(lái)表示。這樣,用數(shù)軸表示不等式的解集就不是教師強(qiáng)加給學(xué)生的,而是學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中自主構(gòu)建(發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造)的,這個(gè)過(guò)程意義重大。
當(dāng)然,我們還可以用上述方法來(lái)構(gòu)建不等式的基本性質(zhì)、不等式的解法、不等式組的解法、不等式解集的檢驗(yàn)等——這里就不一一呈現(xiàn)了。
二、構(gòu)建思維鏈,營(yíng)造邏輯連貫,讓學(xué)生“想得妙”
數(shù)學(xué)教學(xué)中不僅要讓學(xué)生“想得到”解決問(wèn)題的策略與方法,有時(shí)還要通過(guò)藝術(shù)的處理讓學(xué)生“想得妙”,形成一個(gè)定數(shù),這樣才能優(yōu)化學(xué)生的思維,提升學(xué)生的思維品質(zhì)。如果說(shuō)“想得到”是對(duì)解決問(wèn)題的把握與分析,那么“想得妙”則是在更深的層次上對(duì)“想得到”的綜合與優(yōu)化。學(xué)生“想得妙”依賴于教師巧構(gòu)教育形態(tài)的思維鏈,來(lái)營(yíng)造前后一致的邏輯連貫。
比如,對(duì)“全等三角形”的教學(xué),現(xiàn)行教材都是將全等三角形的定義、性質(zhì)、判定分開(kāi)來(lái)研究的,特別是將全等三角形的判定公理(基本事實(shí))、判定定理按判定條件從少到多的方法,分內(nèi)容、分課時(shí)來(lái)構(gòu)建。這樣可能會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生盲人摸象的感覺(jué),不利于整體思維的培養(yǎng),更不利于數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的形成。為了克服上述不利因素,就要構(gòu)建讓學(xué)生“想得妙”的思維鏈。
教學(xué)“全等三角形”時(shí),可以開(kāi)門(mén)見(jiàn)山地向?qū)W生提出:如果僅從圖形的形狀、大小這兩個(gè)要素來(lái)研究任意兩個(gè)圖形的關(guān)系,你打算怎么研究?提出這個(gè)問(wèn)題是為了讓學(xué)生能自然地想到,要以形狀和大小這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn),用分類的思想將任意兩個(gè)圖形轉(zhuǎn)化成“形狀相同,大小相等”“形狀相同,大小不相等”“形狀不相同,大小相等”“形狀不相同,大小不相等”這四種情況來(lái)研究。這種“化無(wú)限為有限”的思維必然十分神奇,事實(shí)上它就是一個(gè)“想得妙”的招式。
在此基礎(chǔ)上,可以繼續(xù)向?qū)W生提出:上述四種情況又應(yīng)該按怎樣的順序研究呢?學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn):要用從特殊到一般的方法來(lái)研究,即先研究形狀與大小都一樣的兩個(gè)圖形。這時(shí),可以順勢(shì)指出:我們把形狀相同,大小相等的兩個(gè)圖形叫作全等圖形。
接著,可以追問(wèn):同學(xué)們,你們準(zhǔn)備如何來(lái)研究全等圖形呢?這個(gè)問(wèn)題是要讓學(xué)生回到研究幾何問(wèn)題的基本套路上來(lái),就是讓學(xué)生知道要研究全等三角形的“定義—性質(zhì)—判定—應(yīng)用”。
由此,可以追問(wèn):你們能給全等三角形下個(gè)定義嗎?學(xué)生有了前面全等圖形的概念,給全等三角形下個(gè)定義就是水到渠成的事情了。要注意的是,學(xué)生給出的定義可能是“形狀相同、大小相等的兩個(gè)三角形叫作全等三角形”的靜態(tài)定義。此時(shí),要啟發(fā)學(xué)生得到“能夠完全重合的兩個(gè)三角形叫作全等三角形”的動(dòng)態(tài)定義,為下面探究三角形全等的條件打好基礎(chǔ)。
知道了全等三角形的定義,問(wèn)題就應(yīng)該“生長(zhǎng)”為研究全等三角形的性質(zhì)了??梢宰穯?wèn):誰(shuí)能說(shuō)出全等三角形的性質(zhì)?學(xué)生在此之前已經(jīng)積累了一些研究幾何圖形性質(zhì)的經(jīng)驗(yàn),此時(shí)根據(jù)定義說(shuō)出全等三角形的性質(zhì)也是件容易的事情。
了解了全等三角形的性質(zhì),問(wèn)題就應(yīng)該“生長(zhǎng)”為研究全等三角形的判定條件了。這是“全等三角形”教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。要想讓學(xué)生順利地完成這個(gè)探究任務(wù),就得讓學(xué)生回顧研究圖形判定方法的經(jīng)驗(yàn),即研究判定首先要從定義出發(fā),得到“定義法”;還可以根據(jù)圖形自身的特點(diǎn),探究出比“定義法”更好用的“判定定理法”。有了這個(gè)經(jīng)驗(yàn),就少了一些障礙,接下來(lái)的探究盡管還有難度,但是會(huì)順暢得多。
根據(jù)定義,學(xué)生能夠說(shuō)出:把兩個(gè)三角形放到一起,看它們能否重合。如果重合,它們就全等;如果不重合,它們就不全等。此時(shí),可以反問(wèn):你如何確定它們是不是重合呢?學(xué)生會(huì)必然地想到,這種重合法在理論上是可以的,但是在實(shí)際操作過(guò)程中有些“不靠譜”,因此有必要探究其他判定方法。
這時(shí),可以追問(wèn):其他判定方法是什么呢?這是真正的重點(diǎn)和難點(diǎn)。可以讓學(xué)生還是回歸到定義。如果學(xué)生不得法的話,可以提出:兩個(gè)圖形重合反映在數(shù)量關(guān)系上是什么意思?學(xué)生就可以得到“在兩個(gè)三角形中,只要三個(gè)角分別相等,三條邊分別相等,這兩個(gè)三角形就全等”的結(jié)論。
這時(shí),要指出:這種方法相對(duì)于上述“重合法”是一種進(jìn)步,因?yàn)榭梢赃M(jìn)行量化處理了;但是,它要具備六個(gè)條件,在實(shí)際操作過(guò)程中是不是有“不好用”之嫌?這樣來(lái)逼學(xué)生思考:判定的條件能不能少一些?如果能,能少到什么程度?這種從多到少的方式是一個(gè)積極的創(chuàng)新?,F(xiàn)行教材中,判定兩個(gè)三角形全等時(shí)都采用判定條件由少到多的思路進(jìn)行探究。但是,這種從少到多的方法在實(shí)際探究過(guò)程中很難讓學(xué)生想到,只能由教師強(qiáng)塞,為此教學(xué)就顯得不自然。
接下來(lái)的問(wèn)題就“生長(zhǎng)”為對(duì)六個(gè)條件逐個(gè)減少的問(wèn)題:減少到五個(gè)可以嗎?四個(gè)呢?還能減少嗎??jī)蓚€(gè)行不行?其中有豐富的探究?jī)?nèi)含,應(yīng)該是本課探究的主體部分之一,需要靠教學(xué)智慧在教學(xué)中進(jìn)行綻放——這里就不對(duì)其中各個(gè)細(xì)節(jié)逐一說(shuō)明了。通過(guò)探究活動(dòng),把結(jié)果定位到要且只要具備三個(gè)判定條件,就行了。
那么,問(wèn)題就“生長(zhǎng)”成要具備什么樣的三個(gè)條件。這就很巧妙地引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這三個(gè)條件進(jìn)行分類探究,即分為“三個(gè)角分別相等”“一角和兩邊分別相等”“兩角和一邊分別相等”“三條邊分別相等”這四種情況分別探究,并且對(duì)“一角和兩邊分別相等”“兩角和一邊分別相等”這兩種情況再進(jìn)行分類探究。所以,上述問(wèn)題主要是一個(gè)二級(jí)分類的問(wèn)題:對(duì)上面的每一種情況進(jìn)行分別探究,找出三角形全等的具體條件——這些內(nèi)容教材上都有體現(xiàn),這里就不一一贅述了。
需要說(shuō)明的是,探究三角形全等的某個(gè)具體條件時(shí),除了讓學(xué)生用教材上的“實(shí)驗(yàn)操作”來(lái)感受“基本事實(shí)”的真實(shí)性、正確性、合理性之外,對(duì)于數(shù)學(xué)思維能力較強(qiáng)的學(xué)生,還可以讓他們用“確定的思想”來(lái)感受判定條件的自然性、必然性、應(yīng)然性。比如,對(duì)于“邊邊邊”這一基本事實(shí),可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)條件,靜態(tài)地感受自己畫(huà)出的三角形應(yīng)該與班上的其他學(xué)生畫(huà)出的三角形“完全一樣”,也應(yīng)該與其他班上的學(xué)生、美國(guó)的學(xué)生、日本的學(xué)生等畫(huà)出的三角形“完全一樣”。這里的“完全一樣”就是全等的本質(zhì)含義,即形狀、大小都一樣。這就是“確定的思想”,這種思想是對(duì)全等三角形的一種巧妙的理解與把握,它的思維價(jià)值極高,品質(zhì)內(nèi)涵非常豐富。
這樣通過(guò)問(wèn)題鏈的形式讓學(xué)生產(chǎn)生思維必然,是引導(dǎo)學(xué)生探究的主要方式?!吧L(zhǎng)數(shù)學(xué)”的理念就是要強(qiáng)化這些方面的思維要素。上述思維活動(dòng)的巧妙之處還在于,教師不斷地將思維點(diǎn)生長(zhǎng)成思維鏈,讓學(xué)生在思維點(diǎn)、思維鏈上感受到前后一致的判定思想。這種前后一致的思想,從宏觀上來(lái)看,就是數(shù)量關(guān)系決定位置關(guān)系——就學(xué)生學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)而言,具體表現(xiàn)為兩直線垂直是由兩直線形成的交角的數(shù)量關(guān)系決定的,兩直線平行是由同位角、內(nèi)錯(cuò)角、同旁內(nèi)角的數(shù)量關(guān)系決定的,點(diǎn)與圓的位置關(guān)系、直線與圓的位置關(guān)系是由圓心到點(diǎn)的距離、圓心到直線的距離決定的。從微觀上來(lái)看,就是任何一個(gè)判定都有兩種方法:一是根據(jù)定義來(lái)判定,產(chǎn)生了定義法;二是挖掘圖形,將定義法在圖形自身的特性上延伸,產(chǎn)生了異于定義法的判定定理法。這樣的思想理應(yīng)成為研究判定的通性通法。
三、編織體驗(yàn)包,聚焦一以貫之,讓學(xué)生“想得透”
在解決問(wèn)題的思維之旅上,不僅要讓學(xué)生“想得到”“想得妙”,更要讓學(xué)生“想得透”,獲得一種境界,這樣才能讓學(xué)生的思維走向遠(yuǎn)方。如果說(shuō)“想得妙”是對(duì)解決問(wèn)題的綜合與優(yōu)化,那么“想得透”就是在更高的層次上對(duì)“想得妙”的領(lǐng)悟與提升。學(xué)生“想得透”依賴于教師巧織綜合、打通的體驗(yàn)包,讓學(xué)生感悟一以貫之的數(shù)學(xué)魅力。
如果說(shuō)“想得到”“想得妙”是“術(shù)”,那么“想得透”則是“道”,它可以使問(wèn)題的本來(lái)面目昭然于天下。因此,數(shù)學(xué)中一以貫之的不僅是一道題目、一課內(nèi)容、一章內(nèi)容的前后一致,而且是整個(gè)知識(shí)體系的前后一致。教師要獨(dú)具慧眼,開(kāi)發(fā)好、整合好、積累好相關(guān)的教學(xué)資源,逐步形成資源包,在教學(xué)中有機(jī)地讓學(xué)生感受到這種一以貫之的思維策略。
一方面,作為一個(gè)清晰完整的知識(shí)體系,數(shù)學(xué)中有不少一以貫之的思維形式。對(duì)此,在教學(xué)中要加以揭示和提煉。比如,定義一個(gè)數(shù)學(xué)概念,通常有兩種方式:一是用文字描述,表現(xiàn)為“……叫作××”“把……稱(簡(jiǎn)稱、統(tǒng)稱)為××”“……就形成了××”的形式;二是用符號(hào)描述,表現(xiàn)為“樣子+條件”的形式。顯然,后者更能凸顯數(shù)學(xué)的特色,在數(shù)學(xué)中十分常見(jiàn)。例如:“有理數(shù)——nm(m≠0,m、n互質(zhì))”“科學(xué)記數(shù)法——a×10n(1≤a<10,n為整數(shù))”“分式——AB(B中含有字母)”“二次根式——
a(a≥0)”“一次函數(shù)——y=kx+b(k、b是常量,k≠0)”“二次函數(shù)——y=ax2+bx+c(a、b、c是常量,a≠0)”“反比例函數(shù)——y=kx(k是常量,k≠0)”“一元一次方程式——ax+b=0(a、b是已知數(shù),a≠0)”“一元二次方程——
ax2+bx+c=0(a、b、c是已知數(shù),a≠0)”等等。如果從這個(gè)角度來(lái)看待數(shù)學(xué)命題,那么每一個(gè)基本事實(shí)、定理都可以用“樣子+條件”的形式表示。例如,“同位角相等,兩直線平行”這一基本事實(shí)中,“樣子”就是同位角,“條件”就是這兩個(gè)同位角是相等的;“等腰三角形的兩底角相等”這一定理中,“樣子”就是三角形,“條件”就是這個(gè)三角形中有兩條邊相等;等等。
另一方面,因?yàn)槿藶榫帉?xiě)的原因,教材中也有一些前后不一致的教學(xué)內(nèi)容,造成了不是一以貫之的思維形式。對(duì)此,在教學(xué)中要進(jìn)行調(diào)整,至少要予以說(shuō)明。例如,教材中研究平行線時(shí),先研究判定,再研究性質(zhì);而研究特殊的四邊形時(shí),先研究性質(zhì),再研究判定。對(duì)此,從落實(shí)學(xué)術(shù)的規(guī)范性上看,應(yīng)該先研究判定,再研究性質(zhì)。這是因?yàn)椤读x務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》將“同位角相等,兩直線平行”規(guī)定為基本事實(shí),只有發(fā)現(xiàn)了作為判定的基本事實(shí),才能證明作為性質(zhì)的推論。從認(rèn)識(shí)事物的功利性上看,則可以先研究性質(zhì),再研究判定。這是因?yàn)檠芯啃再|(zhì)說(shuō)到底就是研究“好處”,研究判定說(shuō)到底就是研究“獲得”,只有認(rèn)識(shí)了“好處”,才會(huì)想要“獲得”。于是教學(xué)中,可以在研究特殊的四邊形時(shí),調(diào)整研究的順序;也可以在研究平行線時(shí),說(shuō)明邏輯的關(guān)系。
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