文∣王薇
在數(shù)學(xué)教育中,問題解決能力是數(shù)學(xué)能力的重要組成部分,是指“能解決帶有實(shí)際意義的和有關(guān)學(xué)科中的數(shù)學(xué)問題,以及解決生產(chǎn)和日常生活中的實(shí)際問題的能力”。近六十年來,中美兩國(guó)數(shù)學(xué)教育界對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)問題解決能力的培養(yǎng)越發(fā)重視。本研究旨在分析中美兩國(guó)學(xué)生問題解決能力的歷史發(fā)展、內(nèi)涵現(xiàn)狀、差異原因,以期為中國(guó)學(xué)生數(shù)學(xué)問題解決能力的目標(biāo)設(shè)定與培養(yǎng)方式提出一定的參考建議。
1978年,《全日制十年制學(xué)校中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)大綱(試行草案)》首次提出“培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力”,并將其視為在“正確迅速的運(yùn)算能力、一定的邏輯思維能力和一定的空間想象能力”基礎(chǔ)之上的一種數(shù)學(xué)能力。把分析和解決問題作為數(shù)學(xué)能力的構(gòu)成之一,是中國(guó)數(shù)學(xué)教育的重大突破,運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)分析問題和解決問題,成為檢驗(yàn)學(xué)生是否掌握了必要的基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能并具有一定數(shù)學(xué)能力的重要標(biāo)志。1986年出版的《全日制中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)大綱》強(qiáng)調(diào)“運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)”分析和解決“實(shí)際問題”的能力,從“實(shí)際問題抽象出數(shù)學(xué)問題”和“數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用于生活實(shí)踐”兩個(gè)角度培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)問題解決能力。1992年出版的《九年制義務(wù)教育全日制初級(jí)中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)大綱(試用)》首次明確界定“解決實(shí)際問題”的內(nèi)涵,即“能夠解決帶有實(shí)際意義的和相關(guān)學(xué)科中的數(shù)學(xué)問題,以及解決生產(chǎn)和日常生活中的實(shí)際問題”,“使學(xué)生受到把實(shí)際問題抽象成數(shù)學(xué)問題的訓(xùn)練,逐步培養(yǎng)他們分析問題和解決問題的能力,形成用數(shù)學(xué)的意識(shí)”。2001年,教育部頒布《基礎(chǔ)教育課程改革綱要(試行)》,課程改革全面啟動(dòng)。2001年《全日制義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)稿)》將“解決問題”作為四個(gè)課程目標(biāo)之一明確提出,不僅包括以往大綱中的分析問題、解決問題,而且包括提出問題、理解問題、與人合作、評(píng)價(jià)反思,以及在解決問題過程中發(fā)展實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神等要求。2001年修訂的《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》將課程目標(biāo)中的“解決問題”改為“問題解決”,其內(nèi)涵在2001年課程標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,又增加了從數(shù)學(xué)的角度發(fā)現(xiàn)問題,獲得分析問題的基本方法,擴(kuò)大了數(shù)學(xué)問題解決能力目標(biāo)的內(nèi)涵。從歷史演進(jìn)分析,中國(guó)自20世紀(jì)70年代提出數(shù)學(xué)問題解決能力,對(duì)該能力的認(rèn)識(shí)不斷深化,近四十年來的重視程度日益提高。
美國(guó)從20世紀(jì)50年代“新數(shù)學(xué)”運(yùn)動(dòng)起就重視數(shù)學(xué)探究和發(fā)現(xiàn)能力,“問題解決”“探究”“發(fā)現(xiàn)”成為學(xué)生數(shù)學(xué)能力培養(yǎng)的主要目標(biāo)。1980年4月,全美數(shù)學(xué)教師理事會(huì)頒布《行動(dòng)的議程——對(duì)80年代學(xué)校數(shù)學(xué)的建議》,提出“80年代的數(shù)學(xué)教育大綱,應(yīng)當(dāng)在各年級(jí)都介紹數(shù)學(xué)的應(yīng)用,把學(xué)生引進(jìn)問題解決中去”,“數(shù)學(xué)課程應(yīng)當(dāng)圍繞問題解決來組織”,“數(shù)學(xué)教師應(yīng)當(dāng)創(chuàng)造一種使問題解決得以蓬勃發(fā)展的課堂環(huán)境”,“必須把解決問題作為80年代學(xué)校數(shù)學(xué)教育的核心”。問題解決被視為一個(gè)“探求的過程”,包括發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、提出假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè)四個(gè)階段。此時(shí),問題解決能力在數(shù)學(xué)教育中的核心地位被明確地確立起來。同時(shí),在與數(shù)學(xué)教育目標(biāo)配套的課程設(shè)置中,也出現(xiàn)了大量以問題為形式進(jìn)行組織的內(nèi)容,問題情境成為數(shù)學(xué)教學(xué)的核心。1989年,全美數(shù)學(xué)教師理事會(huì)頒布了美國(guó)首個(gè)《中小學(xué)數(shù)學(xué)課程和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》,明確提出問題解決能力目標(biāo),扭轉(zhuǎn)80年代美國(guó)的數(shù)學(xué)教育過于注重現(xiàn)實(shí)情境而輕視數(shù)學(xué)本身的問題,重視通過現(xiàn)實(shí)背景揭示數(shù)學(xué)的本質(zhì)及價(jià)值。2000年全美數(shù)學(xué)教師理事會(huì)對(duì)1989年的《中小學(xué)數(shù)學(xué)課程和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行修訂,頒布了面向21世紀(jì)新的課程與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)——《學(xué)校數(shù)學(xué)的原則和標(biāo)準(zhǔn)》,再次提出問題解決能力目標(biāo),要求“培養(yǎng)學(xué)生通過問題學(xué)習(xí)新的數(shù)學(xué)知識(shí)”,同時(shí)加強(qiáng)在問題解決中對(duì)數(shù)學(xué)思維的自我監(jiān)控與反思能力。從歷史演進(jìn)分析,美國(guó)歷來非常重視學(xué)生數(shù)學(xué)問題解決能力,將其視為數(shù)學(xué)能力的核心,同時(shí)在教學(xué)中不斷調(diào)整平衡現(xiàn)實(shí)情境與數(shù)學(xué)本身的關(guān)系。
我國(guó)《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》提出,通過義務(wù)教育階段的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí),學(xué)生能體會(huì)數(shù)學(xué)知識(shí)之間、數(shù)學(xué)與其他學(xué)科之間、數(shù)學(xué)與生活之間的聯(lián)系,運(yùn)用數(shù)學(xué)的思維方式進(jìn)行思考,增強(qiáng)發(fā)現(xiàn)和提出問題的能力、分析和解決問題的能力。即中國(guó)的數(shù)學(xué)問題解決能力的內(nèi)涵包括:從數(shù)學(xué)的角度發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題和反思問題。美國(guó)2000年《學(xué)校數(shù)學(xué)的原則和標(biāo)準(zhǔn)》提出,問題解決是學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識(shí)的中心,應(yīng)貫穿于整個(gè)數(shù)學(xué)課程中,以便為學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)提供背景。也就是說:美國(guó)的數(shù)學(xué)問題解決能力的內(nèi)涵包括:運(yùn)用策略解決數(shù)學(xué)和其他情境中的問題,檢驗(yàn)解決結(jié)果,反思解決過程。美國(guó)《學(xué)校教學(xué)的原則和標(biāo)準(zhǔn)》認(rèn)為,通過問題可以增加學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)作用和效用的認(rèn)識(shí),經(jīng)歷個(gè)人或合作的問題解決過程,如復(fù)雜的調(diào)查或?qū)栴}的探討,讓學(xué)生從中獲益。總體而言,中國(guó)的問題解決能力注重?cái)?shù)學(xué)的應(yīng)用性,方向?yàn)閺臄?shù)學(xué)知識(shí)指向問題應(yīng)用;美國(guó)的數(shù)學(xué)課程以問題解決為基礎(chǔ),方向?yàn)閺膯栴}情境回歸到數(shù)學(xué)本體。
中美兩國(guó)學(xué)生數(shù)學(xué)問題解決能力目標(biāo)都注重運(yùn)用恰當(dāng)?shù)姆椒ā⒉呗?,分析、解決實(shí)際生活中的問題,且問題解決的過程都包括反思。中美兩國(guó)學(xué)生數(shù)學(xué)問題解決能力培養(yǎng)重點(diǎn)的相同方面是:發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、運(yùn)用多樣方法解決問題、反思問題。在培養(yǎng)重點(diǎn)上美國(guó)還特別注重解決概率、統(tǒng)計(jì)、幾何和有理數(shù)等內(nèi)容的問題,檢驗(yàn)解決過程,在問題解決中理解數(shù)學(xué)概念、掌握數(shù)學(xué)知識(shí)等。美國(guó)對(duì)學(xué)生問題解決能力的培養(yǎng)非常重視,主要體現(xiàn)在:第一,美國(guó)教育中數(shù)學(xué)問題解決能力不僅指解決學(xué)生見過的問題,更主要的是解決學(xué)生不熟悉的問題,教會(huì)學(xué)生在遇到新問題時(shí)如何思考和行動(dòng)的方法;第二,美國(guó)教育中的問題解決不僅指解決日常生活中的實(shí)際問題,也包括數(shù)學(xué)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)知識(shí)層面的復(fù)雜問題;第三,美國(guó)教育關(guān)注問題解決能力與思維能力的關(guān)系,在培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的同時(shí)注重對(duì)學(xué)生思維習(xí)慣的培養(yǎng),鼓勵(lì)學(xué)生觀察和審視自己的思維,認(rèn)識(shí)到自己知道什么、擅長(zhǎng)什么、不擅長(zhǎng)什么,培養(yǎng)自我監(jiān)控能力;第四,美國(guó)教育倡導(dǎo)學(xué)生在問題解決的過程中,必要且需要運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工具以提高問題解決的科學(xué)性和實(shí)效性;第五,美國(guó)教育從非認(rèn)知的層面提出問題設(shè)計(jì)和問題解決對(duì)于激發(fā)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣的意義。
中美兩國(guó)對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)問題解決能力目標(biāo)在發(fā)現(xiàn)和提出問題、分析和解決問題、解決問題方法的多樣性、評(píng)價(jià)與反思問題解決過程、數(shù)學(xué)與其他學(xué)科及與生活的聯(lián)系等幾個(gè)要素上的要求在程度上有所區(qū)別。在從數(shù)學(xué)的角度發(fā)現(xiàn)和提出問題上,中國(guó)教育要求“初步學(xué)會(huì)”,美國(guó)教育要求“應(yīng)當(dāng)學(xué)會(huì)”;在分析和解決問題上,中國(guó)教育要求“經(jīng)歷不同角度綜合運(yùn)用知識(shí)和方法”,美國(guó)教育要求“解決在數(shù)學(xué)和其他情境中的問題”;在解決問題方法的多樣性上,中國(guó)教育要求“體驗(yàn)”,美國(guó)教育要求“采用各種恰當(dāng)?shù)牟呗浴保辉谠u(píng)價(jià)與反思上,中國(guó)教育要求“初步形成意識(shí)”,美國(guó)教育要求“檢驗(yàn)和反思問題解決過程”;在數(shù)學(xué)與其他學(xué)科及與生活的聯(lián)系上,中國(guó)教育要求“體會(huì)”,美國(guó)教育要求“運(yùn)用”。
中美教育中數(shù)學(xué)問題解決能力培養(yǎng)的案例比較,具體見下頁(yè)表。
中國(guó)數(shù)學(xué)教育界歷來重視數(shù)學(xué)教育的基礎(chǔ)價(jià)值,認(rèn)為基本概念和基本運(yùn)算是數(shù)學(xué)的基礎(chǔ),學(xué)生數(shù)學(xué)能力的培養(yǎng)建立在對(duì)大量公式和定理的記憶和理解基礎(chǔ)之上。因此在提出問題解決能力的初期,對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)能力目標(biāo)的表述是“具有正確迅速的運(yùn)算能力、一定的邏輯思維能力和一定的空間想象能力,從而逐步培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力”,即運(yùn)算能力、邏輯思維能力、空間想象與問題解決能力是遞進(jìn)關(guān)系,問題解決能力是“三大能力”基礎(chǔ)之上的一種能力。盡管近年來提倡問題解決能力的培養(yǎng),但運(yùn)算能力、空間觀念、邏輯思維能力仍然是中國(guó)學(xué)生數(shù)學(xué)能力目標(biāo)的重中之重,知識(shí)的記憶和概念的理解仍然是培養(yǎng)問題解決能力的前提,基礎(chǔ)性仍然是中國(guó)數(shù)學(xué)教育的重要特征之一。美國(guó)數(shù)學(xué)教育界認(rèn)為,學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的目的是為了發(fā)展學(xué)生的能力,學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)是為了掌握一種思維方式和一種解釋現(xiàn)象的工具。他們認(rèn)為,知道去哪里尋找定理和公式比記憶這些內(nèi)容更為重要,只要能夠查到這些公式和定理,就無須記憶。因此,美國(guó)多年來不太重視學(xué)生對(duì)基本運(yùn)算的掌握和基礎(chǔ)知識(shí)的記憶,對(duì)基本概念、基本運(yùn)算的要求比中國(guó)要弱得多,而是將問題解決作為學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識(shí)的中心,貫穿于整個(gè)課程以便為學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)提供背景,通過問題增加學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)價(jià)值的認(rèn)識(shí)。
從教育價(jià)值觀的視角看,數(shù)學(xué)教育的價(jià)值觀有兩大主流:一種是源于古希臘數(shù)學(xué),廣義講為經(jīng)典數(shù)學(xué)、純粹數(shù)學(xué)及其精神的人文主義價(jià)值觀;另一種是主要源于現(xiàn)代數(shù)學(xué)即應(yīng)用數(shù)學(xué)的經(jīng)驗(yàn)主義、實(shí)用主義的科學(xué)主義價(jià)值觀。數(shù)學(xué)教育人文主義價(jià)值觀的核心是重視純數(shù)學(xué),把數(shù)學(xué)邏輯的嚴(yán)密性、語(yǔ)言的抽象性、表達(dá)形式的優(yōu)美性視為最重要的內(nèi)在價(jià)值,認(rèn)為數(shù)學(xué)是人類文化的核心,數(shù)學(xué)是一種理性精神,而理性精神只有通過邏輯和數(shù)學(xué)語(yǔ)言才能
中美教育中數(shù)學(xué)問題解決能力培養(yǎng)的案例比較表
培養(yǎng)。平面幾何的學(xué)習(xí)是最佳載體,輕視甚至反對(duì)數(shù)學(xué)應(yīng)用,倡導(dǎo)學(xué)生要學(xué)“真正的數(shù)學(xué)”;數(shù)學(xué)教育科學(xué)主義價(jià)值觀的核心是重視應(yīng)用數(shù)學(xué)、活動(dòng)探究、數(shù)學(xué)與生活的聯(lián)系等,反對(duì)只用筆在紙上做數(shù)學(xué)符號(hào)游戲,認(rèn)為學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的目的是找到數(shù)學(xué)的現(xiàn)實(shí)意義,與現(xiàn)實(shí)無關(guān)的數(shù)學(xué)在基礎(chǔ)教育中是沒有意義的,因?yàn)榛A(chǔ)教育不是培養(yǎng)數(shù)學(xué)家的教育,而是“大眾數(shù)學(xué)教育”。中國(guó)數(shù)學(xué)教育的內(nèi)容具有邏輯的嚴(yán)密性和抽象性等傳統(tǒng)特征,近幾十年來受西方科學(xué)主義思想的影響,逐漸開始在課程內(nèi)容中增加數(shù)學(xué)情境,但情境大多是虛構(gòu)的,不是學(xué)生生活中能夠真實(shí)發(fā)生的。美國(guó)的數(shù)學(xué)教育價(jià)值觀傾向于科學(xué)主義,將數(shù)學(xué)視為提高國(guó)家社會(huì)生產(chǎn)力的重要知識(shí)和技術(shù)基礎(chǔ),國(guó)家發(fā)展需要培養(yǎng)出具有能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的專門人才。在美國(guó)20世紀(jì)60、70年代的“新數(shù)學(xué)運(yùn)動(dòng)”“回到基礎(chǔ)”等數(shù)學(xué)課程改革以后,培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)問題解決能力成為美國(guó)數(shù)學(xué)教育的核心。因此在培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力時(shí),情境的設(shè)置具有濃厚的生活化特征,問題的答案也是結(jié)合社會(huì)生活實(shí)際的結(jié)果。
在數(shù)學(xué)問題解決的過程中,數(shù)學(xué)知識(shí)技能與數(shù)學(xué)問題解決存在著相互促進(jìn)的雙向關(guān)系。一方面,數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能是解決問題的基礎(chǔ)和前提,即將數(shù)學(xué)知識(shí)和方法應(yīng)用到解決數(shù)學(xué)學(xué)科本身及現(xiàn)實(shí)生活的問題中去;另一方面,恰當(dāng)?shù)膯栴}實(shí)際上也為學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)、掌握數(shù)學(xué)技能提供了合適的載體,即“為了”解決問題,學(xué)生能夠明確“需要”學(xué)習(xí)哪些知識(shí)和方法。因此在教學(xué)實(shí)踐中教師需要意識(shí)到,知識(shí)與技能的掌握和問題的分析與解決并非一定要具有先后順序的關(guān)系,有時(shí)問題解決也能為學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)提供驅(qū)動(dòng)力,即“任務(wù)驅(qū)動(dòng)式”的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)。
由于數(shù)學(xué)學(xué)科具有高度的抽象性和廣泛的應(yīng)用性,在數(shù)學(xué)教育中,問題解決中的“問題”大致可以從兩方面來理解:一種是基于數(shù)學(xué)本身的學(xué)科知識(shí)領(lǐng)域中的問題,另一種是基于現(xiàn)實(shí)情境的實(shí)際生活中的問題。鑒于中小學(xué)數(shù)學(xué)教育的特點(diǎn)和數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的局限,數(shù)學(xué)課堂中的“問題”可以細(xì)分為以下六種:真實(shí)的生活問題、復(fù)制的生活問題、簡(jiǎn)化的生活問題、改造的生活問題、其他學(xué)科中的生活問題、數(shù)學(xué)學(xué)科內(nèi)的問題。不同類型的問題在問題解決能力內(nèi)各要素的指向上有所差異,數(shù)學(xué)教師應(yīng)認(rèn)真研究這幾種問題類型,進(jìn)而研究出相應(yīng)的問題設(shè)計(jì)方法及能力培養(yǎng)策略。
數(shù)學(xué)問題解決能力培養(yǎng)的最主要目的,是幫助學(xué)生系統(tǒng)地思考解決問題的方法的可能性,所以,解決問題是問題解決能力的核心。在教學(xué)實(shí)踐中教師很可能會(huì)碰到基于一個(gè)問題學(xué)生考慮了多種方法的情況,此時(shí),教師務(wù)必需要注意兩個(gè)問題:一是在學(xué)生進(jìn)行了多種方法的嘗試和體驗(yàn)后,要讓學(xué)生仔細(xì)考慮,對(duì)不合理或過于復(fù)雜的方法予以放棄,即讓學(xué)生明白并非所有方法都有用;二是在已經(jīng)確定的能夠成功解決所設(shè)問題的若干方法中,教師需要引導(dǎo)學(xué)生分析不同方法分別運(yùn)用了哪些具體知識(shí),并在這些知識(shí)之間建立起聯(lián)系,形成邏輯的數(shù)學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。
從問題解決的流程上看,發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題并沒有完成問題解決的全部過程,解決問題后的“評(píng)價(jià)與反思”是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。在數(shù)學(xué)教育中,教師要特別注意培養(yǎng)學(xué)生自我評(píng)價(jià)和自我反思的意識(shí)和能力。在成功地解決了問題之后,教師需要引導(dǎo)學(xué)生思考“我的方法是否正確?在這個(gè)方法中,我運(yùn)用了哪些已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)?我還可以采用哪些其他的方法?我的同學(xué)采用了什么方法?我的方法與他們的方法相比,分別有哪些優(yōu)點(diǎn)和不足?這些方法所運(yùn)用的知識(shí)之間存在哪些聯(lián)系?”等。這些問題能夠有效幫助學(xué)生深化對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)和方法的理解,將問題解決的最終目標(biāo)引向數(shù)學(xué)的本質(zhì)。
本文系全國(guó)教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2017年度教育部重點(diǎn)課題“促進(jìn)中小學(xué)生問題解決能力發(fā)展的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)及課堂評(píng)價(jià)研究”(DHA170349)的研究成果