學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的價(jià)值究竟何在?這是學(xué)生經(jīng)常會(huì)問到的問題,也是多數(shù)教師難以回答的問題。進(jìn)入中學(xué)階段后,數(shù)學(xué)知識(shí)逐漸變得抽象起來,似乎與現(xiàn)實(shí)世界的需求脫離,學(xué)生有這種疑問不足為奇。其實(shí),這是學(xué)生未真正認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)價(jià)值所在的表現(xiàn)。筆者認(rèn)為,數(shù)學(xué)真正的可貴之處,是在數(shù)學(xué)的實(shí)踐之中。借用中科院報(bào)告中的一句話: “學(xué)科的強(qiáng)大生命力在于對(duì)社會(huì)進(jìn)步的貢獻(xiàn),數(shù)學(xué)也不例外?!币虼耍瑩碛幸欢ǖ臄?shù)學(xué)實(shí)踐能力,是學(xué)生不可或缺的數(shù)學(xué)素養(yǎng)。
簡單來講,數(shù)學(xué)實(shí)踐能力可以分為以下幾個(gè)方面。
數(shù)學(xué)課程是按照數(shù)學(xué)的科學(xué)體系和學(xué)生認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行設(shè)計(jì)的,其中的數(shù)、圖、量、形等方面的內(nèi)容有密切的聯(lián)系。對(duì)學(xué)生來說,把握好數(shù)學(xué)知識(shí)的整體性,理解和領(lǐng)會(huì)數(shù)學(xué)知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系,才能真正把握數(shù)學(xué)知識(shí)的本質(zhì),提高解決實(shí)際問題的能力。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生理解數(shù)學(xué)知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系,使學(xué)生能有效綜合數(shù)學(xué)知識(shí)解決問題,提高其對(duì)數(shù)學(xué)整體性的認(rèn)識(shí),這是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)實(shí)踐能力的第一步。
數(shù)學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用往往體現(xiàn)在知識(shí)的多重理解和使用上。實(shí)踐中,教師往往通過設(shè)置適當(dāng)?shù)睦}促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的綜合。如下列試題:
求函數(shù)y=sin2x+2sinxcosx+3cos2x的最小值,并寫出使函數(shù)取得最小值的集合。
該題主要考查正弦定理、余弦定理,其中還滲透了三角函數(shù)式的恒等變形。本題的解答過程中用到了交換律和結(jié)合律,平方關(guān)系、二倍角正弦公式、余弦公式的逆用,化six2x+cos2x為一個(gè)角的三角函數(shù)公式,正弦函數(shù)y=Asin(wx+?)的性質(zhì):最值及最值點(diǎn)集合等。題目雖然不難,但構(gòu)建了學(xué)科知識(shí)的內(nèi)部聯(lián)系,考查了學(xué)生綜合掌握數(shù)學(xué)知識(shí)解決問題的能力。
除了同一范疇內(nèi)數(shù)學(xué)知識(shí) (幾何或代數(shù))的綜合應(yīng)用,幾何與代數(shù)綜合應(yīng)用的考查也成了中高考的常態(tài)內(nèi)容。這類題目把代數(shù)的基本概念、性質(zhì)、思想方法與解析幾何的基本概念、性質(zhì)、思想方法等內(nèi)容融合在一起,大多數(shù)題目創(chuàng)意新穎、深刻,是對(duì)學(xué)生綜合數(shù)學(xué)能力的考查。如下面的試題:
設(shè)a、b、c、d都是正數(shù),證明存在一個(gè)三角形,它的邊長為試計(jì)算這個(gè)三角形的面積。
學(xué)生的解題思路通常是通過證明三個(gè)數(shù)中最大數(shù)小于其他兩數(shù)之和,從而證得三角形的存在。經(jīng)過嘗試后,發(fā)現(xiàn)本題用這一方法很難證明,海倫公式求面積法在此題中也很難運(yùn)用。
觀察三邊長的特征,我們很容易注意到,由勾股定理,很容易構(gòu)造一個(gè)邊長為a+b,c+d的矩形 (如下圖):
在AD上取E,使AE=b,ED=a;在AB上取F,使由圖易知:
這樣,我們構(gòu)造的△EFC就是一個(gè)以題中三個(gè)數(shù)為邊長的三角形。其面積為:
這一解題過程,從代數(shù)問題到幾何問題,又從幾何問題回到代數(shù)問題,體現(xiàn)了學(xué)生綜合幾何與代數(shù)知識(shí),多角度思考和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)的能力。這樣的數(shù)學(xué)解題過程,是發(fā)展學(xué)生數(shù)學(xué)實(shí)踐能力的基礎(chǔ)。
數(shù)學(xué)與其他科學(xué),尤其與自然科學(xué)的發(fā)展總是相輔相成的。如今,數(shù)學(xué)的應(yīng)用幾乎滲透到了每一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域中。即使在社會(huì)學(xué)科、人文學(xué)科,也越來越多地用到數(shù)學(xué)知識(shí)及其思想方法。某種程度上來講,數(shù)學(xué)是一種通用的科學(xué)語言,也是解決其他學(xué)科問題的工具之一。
對(duì)學(xué)生而言,應(yīng)該該如何結(jié)合其他學(xué)科知識(shí)進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)踐?這就需要學(xué)生以科學(xué)的態(tài)度看待我們觀察到的現(xiàn)象。物理學(xué)中數(shù)學(xué)知識(shí)的重要性尤為突出。從最簡單的重力加速度的圖像 (一元二次方程),到振動(dòng)圖線和波形圖,熱學(xué)中的p-V圖、p-T圖,以及電學(xué)中的I-U圖,我們利用數(shù)學(xué)知識(shí)可以分析這些圖像,兩個(gè)物理量用圖像表達(dá)是什么函數(shù)關(guān)系,圖像的切線、橫截距、縱截距、漸近線,圖像的斜率、交點(diǎn),圖像與軸所圍的面積等分別代表什么含義。將物理?xiàng)l件、物理過程用數(shù)學(xué)式表達(dá)出來,就屬于應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力,即學(xué)生在物理學(xué)科中進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)踐的能力。高考物理試題中對(duì)學(xué)生物理與數(shù)學(xué)結(jié)合能力的考查也頻頻出現(xiàn)。
再以探究生物現(xiàn)象為例。在寒冷的冬天,貓睡覺時(shí)總是把身體縮成一個(gè)球形,這樣裸露在冷空氣中的表面積最?。恢┲虢z結(jié)的八卦網(wǎng)既復(fù)雜又美麗,這種八角形的幾何圖案,即使我們用直尺和圓規(guī)也難畫得那樣勻稱。對(duì)這些自然現(xiàn)象的探究,就需要運(yùn)用到數(shù)學(xué)知識(shí)。通過構(gòu)建合理的數(shù)學(xué)模型,可以定量地描述生命物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的過程,將一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)問題轉(zhuǎn)變成一個(gè)數(shù)學(xué)問題。通過對(duì)數(shù)學(xué)模型的邏輯推理、求解和運(yùn)算,就能夠獲得客觀事物的有關(guān)結(jié)論,達(dá)到對(duì)生命現(xiàn)象進(jìn)行研究的目的。
《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) (2011年版)》提出的十大核心詞之一 “應(yīng)用意識(shí)”,包含了兩個(gè)方面:一是有意識(shí)利用數(shù)學(xué)的概念、原理和方法解釋現(xiàn)實(shí)世界中的現(xiàn)象、解決現(xiàn)實(shí)世界中的問題;二是認(rèn)識(shí)現(xiàn)實(shí)世界中蘊(yùn)涵著大量與數(shù)量和圖形有關(guān)的問題,這些問題可以抽象成數(shù)學(xué)問題,能夠用數(shù)學(xué)的方法解決。學(xué)生在生活中進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)踐,是培養(yǎng)應(yīng)用意識(shí)的基本途徑。數(shù)學(xué)知識(shí)與生活實(shí)踐的結(jié)合,也是知與行的結(jié)合,學(xué)生可從中獲得數(shù)學(xué)素養(yǎng)的提升。
日常生活中的數(shù)學(xué)實(shí)踐,首先體現(xiàn)在用數(shù)學(xué)知識(shí)解決生活中遇到的問題上。我們?cè)谫徫铩⒗U費(fèi)、貸款時(shí),商家為了提高銷售額,往往會(huì)提供多種付款方式或優(yōu)惠方案。作為消費(fèi)者,要認(rèn)真對(duì)比,仔細(xì)分析,學(xué)會(huì)運(yùn)用自己掌握的數(shù)學(xué)知識(shí)選擇最優(yōu)惠的方案。此外,在面臨某些決策的時(shí)候,也需要我們理性地用數(shù)學(xué)知識(shí)來輔助決策。例如:
有三家公司為大學(xué)生甲提供應(yīng)聘機(jī)會(huì),按面試的時(shí)間順序,這三家公司分別記為A,B,C。每家公司都可提供 “極好” “好”和 “一般”三種職位。甲獲得極好、好和一般的可能概率依次為0.2,0.3和0.4,還有0.1的概率為沒有獲得職位,即沒有工資。三家公司的工資承諾表如下:
?
如果甲把工資作為首選條件,那么甲在各公司面試時(shí),對(duì)該公司提供的各種職位應(yīng)作何種選擇?
在這一決策問題中,大學(xué)生甲必須綜合考慮三家公司的待遇問題,對(duì)其提供的職務(wù)、待遇和自己工作能力來判斷決策,比較三個(gè)公司提供的哪個(gè)職位使自己得到最多的工資待遇,而不是簡單地看哪家公司的極好職位工資最高。有了這樣的數(shù)學(xué)實(shí)踐意識(shí),做出求職決策的時(shí)候才不會(huì)盲目。
日常生活中的數(shù)學(xué)實(shí)踐,還體現(xiàn)在將生活問題數(shù)學(xué)化上。教師可以通過提供真實(shí)可感的生活實(shí)例,引導(dǎo)學(xué)生掌握從實(shí)際生活中抽象出數(shù)學(xué)問題的方法,讓其感受到生活中處處有數(shù)學(xué),體驗(yàn)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的重要性。數(shù)學(xué)知識(shí)實(shí)踐既與學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)緊密相連,又可以讓學(xué)生通過自己的親身實(shí)踐,體驗(yàn)到生活中蘊(yùn)藏的數(shù)學(xué)知識(shí),從而提高學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的熱情。
學(xué)生在長期的數(shù)學(xué)實(shí)踐中,逐步形成數(shù)學(xué)實(shí)踐的能力,明確學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)的意義,自然會(huì)對(duì)探求數(shù)學(xué)知識(shí)產(chǎn)生樂趣。如此,學(xué)生科學(xué)精神得以梳理,數(shù)學(xué)能力得到提高,發(fā)展數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)才不是一句空話。