續(xù)云豐 鞏永麗
【摘要】為了讓高職院校的學生更好地學習大學數學,提升課堂教學效果,本文從課堂教學語言表達的角度出發(fā),結合多年教學實踐認知,提出了微積分教學的語言表述應該“形象化”“生活化”和“詩情畫意化”的觀點.同時,為了便于學生理解和記憶,進一步提出了“用一個詞、一個短語、一句話來概括一個知識點、一個小節(jié)、一個章節(jié)及一本書的內容”的觀點,同時要不失時機推進課堂思政,不遺余力地對學生進行思想道德教育,教書又育人.
【關鍵詞】大學數學;微積分教學;語言表達;課程思政
【基金項目】浙江建設職業(yè)技術學院2018年度教學改革項目.
教育部統(tǒng)計數據顯示我國2017全年普通本??普猩?61.5萬人,其中高職???50.7萬人,這部分高職??菩律?,根據專業(yè)不同一般需要學習一個學期的微積分.針對這部分學生基礎較差,數學學習興趣低的特征,開展微積分的有效教學是一個迫在眉睫的問題[1][3].
一、高職??圃盒N⒎e分教學面臨的現狀
目前高職專科學校學生的數學基礎較差,學習興趣不大,概括起來就是“兩不一沒”,即學生“聽不懂、學不會、沒興趣”.因此,這部分學校的微積分教學面臨很大難度.
數學作為極其抽象的學科,學習曲線陡峭,難度大.研究教學語言中的表達技巧,通過具體、形象、生動傳神的語言文字,來傳遞微積分的知識、思想和技巧,來達到更好的傳授知識、教書育人的目的.本文通過具體的教學案例,從以下幾方面予以論述,同時案例中蘊含了課程思政的思想[2].
二、微積分教學中使用形象化的比喻
語言作為表情達意的載體,承載著傳遞知識、點燃興趣的作用.
在微積分教學中,復合函數求導是一個難點問題.其計算規(guī)則可以簡單寫成(f(φ(x))′φ(x)=u(f(u))′u′=(f(φ(x))′φ′(x).針對這個問題,可以把這條規(guī)則比喻成剝開一個洋蔥:首先找到洋蔥的最外層(對應復合函數的最外層),然后剝掉最外層(即外層求導),最后乘小洋蔥(也就是除最外層剩下的部分)的導數;針對小洋蔥,重復上述步驟找最外層和小洋蔥,直到最后一層用公式求導.如此比喻,學生就會明白,復合函數求導的關鍵步驟是找到最外層,然后一層層求導,就是一層層剝洋蔥.這樣一來知識點就容易掌握了.
講到不定積分,換元法的一類換元和二類換元,一類換元就是找一個函數進入微分,這是一個小積分,然后設函數為變量再來一個大積分,問題解決.這恰似抗戰(zhàn)中的正面戰(zhàn)場采用陣地戰(zhàn),就是大敵當前,不跑也不逃,迎面而上,哪怕犧牲也要積分(打擊敵人).二類換元是為了對付根號而生,采取變量當函數容易問題復雜化,在變化中尋找機會進行突破.恰似我黨領導的抗日敵后戰(zhàn)場,多采用游擊戰(zhàn),大敵當前不一定打,而是在迂回后退中(相當于二類換元的變量處理成函數)找準機會狠狠打.如此比喻,學生對兩類換元的思路和具體做法自然了然于胸、熟記于心了.
再比如,求極值的兩個充分條件,第一充分和第二充分其區(qū)別何在?哪個功能更加強大,答案是第一充分條件,排序第一,是個功能強大的越野車,平路和坑坑洼洼的山路(在函數不可導沒有駐點時)都可以過去;第二充分相當于普通車,平路可以通過但坑洼路就不能使用了.同時以函數y=|x|的極值求法說明第一充分可用,第二充分不能使用.
三、微積分教學中使用生活化的語言
微積分教學中的無窮小比較分三種情況:高階無窮小、同階無窮小和等價無窮小.首先,解釋“高”字內涵,比如,高級、高大、高明,本質就是兩個東西進行一番比試,冠軍就是那個稱為高的東西.于是學生秒懂,高階無窮小,首先需要兩個無窮小,它們進行一場比賽,目標是0,其中勝出的冠軍就是高階無窮小.比如,Δx→0,Δx2是Δx的高階無窮小,記為Δx2=o(Δx).
而這恰似不同交通工具的競賽.比如,毛驢和汽車比賽,毛驢輸了,于是汽車是毛驢的高階無窮小.如果兩個汽車比賽,可能性能不同品牌各異,但它們是同一個數量級的東西,比賽的結果是一個常數,恰似同階無窮小,意思是同一個級別的東西.同理,等價無窮小就是兩個交通工具開的一樣快慢,可以互相替代.最后引出三種無窮小比較的定義.這樣的生活化的比喻,學生都可以聽明白,車大家都坐過,是個熟悉的物件.因此,從學生的生活實際出發(fā),用他們聽得懂的生活化語言表達數學知識,往往可以取得意想不到的好結果.
四、微積分教學中的詩情畫意
數學不僅是工具,還是藝術,數學本身和美息息相關.而追求美是人類最根本的追求之一.通過精心整理和引入,將中國古典的詩詞歌賦應用到微積分教學的適當場合,往往一鳴驚人,令人拍案叫絕.
比如,講到導數和微分的關系,它們二者本質相同,表達的側重點不同而已,一個偏重變化率,另外一個偏重變化量.這好比就是液態(tài)的水和固態(tài)的冰塊,化學成分一樣,物理狀態(tài)不同.此時,可以引用蘇軾的詩句“橫看成嶺側成峰,遠近高低各不同”來予以說明.
在講到定積分的定義時,是先計算一個小矩形的面積,然后將無窮個小矩形累加在一起.一個小矩形微不足道,面積近似為零,但千千萬萬個至無窮個小矩形累加起來就非??捎^了,體現了哲學的“量變引起質變”思想.此時可以適時引用韓愈的詩“天街小雨潤如酥,草色遙看近卻無”,其中第二句“草色遙看近卻無”來描述這種一個矩形和無窮個矩形的關系最為恰當:一個小矩形就像一棵小草,看不到忽略了;但千千萬萬個小草,每個貢獻一點綠色,遠看就是一片綠色了.還可以借題發(fā)揮,以西方圍堵中國采用的策略說明定積分的思想,就是五美分黨做的事情,網絡上肆意用一些似是而非、偷梁換柱、模棱兩可的所謂的內部消息、揭秘等等吸引眼球的字眼,抹黑我們的英雄人物,抹黑我們的歷史等.單看這一個帖子,似乎問題也不大,就像一個小矩形面積近似為零(對應微分);但他們天天造謠抹黑,一個接一個、晝夜不息,累計起來所產生的破壞效果就很可觀了(對應積分).這充分說明西方黔驢技窮,不能正面對抗,就用下三爛的套路,但是也不能掉以輕心,因為假話說多了雖然未必變成真話,但可能會蒙蔽一些人,讓人思想動搖.因此,年輕的大學生要學會識別這些伎倆,學好本領,站穩(wěn)立場,更好地為國家進步而奮斗.
又如,講到一類換元和二類換元,一個是直接方式,一個是迂回方式,前面說過這相當于陣地戰(zhàn)和游擊戰(zhàn)的區(qū)別.此時可以吟詩一首,杜甫的“劍外忽傳收薊北,初聞涕淚滿衣裳.卻看妻子愁何在,漫卷詩書喜欲狂.白日放歌須縱酒,青春做伴好還鄉(xiāng).即從巴峽穿巫峽,便下襄陽向洛陽”.直抒胸臆,體現了一種狂喜之情,即直接又直白!而二類換元就對應馬致遠的《天凈沙·秋思》:“枯藤老樹昏鴉,小橋流水人家,古道西風瘦馬.夕陽西下,斷腸人在天涯.”體現了詩人的苦悶不開心,是通過寫景物迂回表達這個意思的.最后,為了讓學生記住二類換元是為了對處理根號類積分,改了一句詩“但使二類換元在,不教‘根號度陰山”,來體現二類換元的這個特性.
五、一詞一短語一句話概括
數學美的特征在于對稱美、在于簡潔.正所謂大道至簡,用最精練的語言,用“一個詞語,一句話”來描述一個知識點、一個定理、一個章節(jié)乃至一本書,是一個優(yōu)秀的微積分教師的一項核心競爭力.
比如,導數=微商=瞬時變化率=增量比之極限,這是導數的定義.函數的有界性用“有界無界看值域,無窮出現為無界”來概括.“一階導數單調性極值,二階導數凹凸性拐點”來概括函數單調性極值和凹凸性拐點的內容.
“極值點x0=該點x0左右f′(x)變號=去哪找?f′(x)=0或f′(x)不存在的地方”和“拐點x0=該點x0左右f″(x)變號=哪找?f″(x)=0或f′(x)不存在的地方”,這兩條規(guī)則比較記憶效果頗佳.
在分部積分中,采用口訣“反對不要碰,三指動一動”來總結,學生易懂易記.
再如,“一切積分問題都是找原函數;一切微積分問題都是求導問題”“微分不過是減法,積分不過是加法,微積分相當于加減法”等形象描述了微積分課程的特征.
二階線性非齊次微分方程,其特解形式由f(x)的形式確定,分為“指多和指三多”兩種情況,指多就是指數乘多項式;根據f(x)寫出一個待檢驗的特征根,遵循“不是(特征根)不升(冪)”的四字原則.如此等等,可以讓學生非常容易記住一些重要的知識點和解題技巧.
六、小 結
微積分的教學,需要根據聽課對象的基礎水平來確定合適的方式,即所謂的因材施教,因地制宜.高職學生大多數學基礎差,學習習慣差,畏數學如虎.因此,本文提出一種在教學語言表達方面可以采取的有效措施,用來化解教學中的這種學生聽不懂的矛盾[4][5].用“形象化”的教學語言利于學生理解知識;“生活化”的教學語言拉近與學生的距離,產生共鳴;“詩情畫意化”的教學語言,將抽象的數學知識美化、詩化,陶冶情操,讓學生在學習中得到美的享受、藝術的熏陶.
當然,數學作為訓練抽象思維的學科,如果太具體、太形象化,也不利于學生提升綜合素質.這個問題是教學中“學院派”和“實戰(zhàn)派”的根本分歧點.但考慮到高職學生的學情,本文認為采用上述教學方法是合適的,也是必要的.浙江建設職業(yè)技術學院的教學實踐表明,95%以上的學生喜愛這種教學表達方式,因為好記憶、易理解、易掌握,并且學生的期末考試通過率也相應提高,教學效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)講授法.
【參考文獻】
[1]關章才.高職微積分教學的改進及優(yōu)化路徑探索[J].數學學習與研究,2018(5):28.
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[3]蔡敏.微積分教學專業(yè)化探索[J].課程教育研究,2017(51):38.
[4]楊晶.微積分教學中的數學思想方法的探究[J].高教學刊,2016(17):49.
[5]鐘敏玲.大學數學微積分教學的改革策略研究[J].數學學習與研究,2017(23):3-4.