摘要:對高中數(shù)學和高等數(shù)學的學科特點進行分析,高中數(shù)學內(nèi)容豐富、以高考為導向、注重解題能力和計算能力培養(yǎng),高等數(shù)學注重概念的闡述、思維的啟發(fā)、知識的遷移和系統(tǒng)化的知識體系。針對二者的特點,就做好彼此的銜接進行探討。
關鍵詞:高中數(shù)學;高等數(shù)學;特點;銜接
Abstract:Thisarticleanalyzesthedisciplinarycharacteristicsofhighschoolmathematicsandhighermathematics.Highschoolmathematicsisrichincontent,orientedtowardsthecollegeentranceexamination,andemphasizesthecultivationofproblemsolvingandcomputationalabilities.Highermathematicsemphasizestheelaborationofconcepts,inspirationofthinking,transferofknowledge,andsystematicknowledgesystem.Basedonthecharacteristicsofthetwo,wewillexplorehowtoconnectthemwell.
Keywords:Highschoolmathematics;AdvancedMathematics;Characteristics;Connection
高等數(shù)學是高校大部分專業(yè)的必修課程,它是很多學科的基礎課和工具課,是許多專業(yè)的學生進一步學習和提升必須具備的知識。高中數(shù)學是高等數(shù)學學習的基礎,高等數(shù)學是高中數(shù)學的延續(xù)[1]。高等數(shù)學的教學內(nèi)容、學習方法和知識結構,與高中數(shù)學知識有很多不同。要學好高等數(shù)學,要從高中數(shù)學和高等數(shù)學的特點分析,弄清高中數(shù)學與高等數(shù)學的聯(lián)系和差異,找到對接他們的有效辦法。
1高中數(shù)學的學習內(nèi)容和特點
1.1高中數(shù)學的學習內(nèi)容豐富
和初中數(shù)學比較起來,高中數(shù)學的內(nèi)容更加豐富、知識更加系統(tǒng)[2],幾乎包括了數(shù)學學科的所有基礎知識,從集合、邏輯、函數(shù)(冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、三角函數(shù))、導數(shù)、復數(shù)、數(shù)列、立體幾何、空間向量、直線、圓、圓錐曲線、計數(shù)原理、概率、隨機變量及其分布、統(tǒng)計、統(tǒng)計分析等,這些知識涉及了高等數(shù)學中微積分、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計的大部分基礎知識。注重培養(yǎng)數(shù)學抽象能力、邏輯推理能力、數(shù)學建模能力、空間想象能力、數(shù)學運算能力、數(shù)據(jù)分析能力等多方面的數(shù)學學科核心素養(yǎng)[3]??傮w來講,高中數(shù)學的學習內(nèi)容是多而雜的,加之高中科目多,學生學習精力有限,要學好高中數(shù)學是有很大難度的。
1.2高中數(shù)學的教學主要圍繞高考開展
高考是為國家選拔人才的重要手段,學生通過高考進行分流,進入不同類型的高校學習,培養(yǎng)為不同方向的專業(yè)人才。高中數(shù)學的教學和學習,主要是圍繞高考進行的。為了在高考中取得好成績,教師的教學通常緊緊圍繞考點展開,學生的訓練也是依照考點進行。
1.3注重知識的熟練程度、解題的靈活性
高中數(shù)學強調(diào)解題要熟練、靈活、有技巧。對新知識的學習,要求反復理解,熟練記憶,溫故知新,由“懂”到“會”,不斷訓練,由“會”到“熟”,查缺補漏,由“熟”到“活”,融會貫通,由“活”到“悟”[4]。對于高考考點涉及的知識點,教師會反復訓練,讓學生見多識廣,讓學生接觸知識點可能涉及的各種題型,達到熟能生巧的程度。同時,教師對解題思路會有深入的研究,會傳授很多解題方法和技巧給學生,讓他們活學活用,四兩撥千斤,用一些巧妙的方法得出正確的答案。
1.4下功夫錘煉計算能力
高考是多種能力的綜合測試,其中的綜合性考題,是體現(xiàn)區(qū)分度的部分,很多綜合題的解答過程,是要寫滿一面答題卡的。數(shù)學運算能力是數(shù)學學科核心素養(yǎng)的一個主要指標[5]。學生平時就得多多訓練計算能力,熟練掌握數(shù)學基本的運算法則和常用公式,對多項式的加減乘除、分式的通分約分、因式分解、根式有理化、解方程、解不等式、三角函數(shù)的關系和常用三角公式等運算,必須做到手到擒來,能夠快速準確地得出答案,在高考中方能得心應手。
2高等數(shù)學的課程特點
2.1注重對概念的理解
高等數(shù)學作為一門基礎課、工具課,它比較強調(diào)對概念的理解。高等數(shù)學中很多概念,就是學科的核心,理解了概念,就掌握了學科的核心知識和內(nèi)容,就抓住了學科的重點。高等數(shù)學里,幾個重要的概念是函數(shù)、極限、連續(xù)、導數(shù)、積分。函數(shù)是高等數(shù)學的研究對象,函數(shù)就是一種從一個集合到另一個集合的對應關系,它有兩個要素:定義域和對應法則,高等數(shù)學中的函數(shù)主要是初等函數(shù)(有時是分段函數(shù)),它是由基本初等函數(shù)經(jīng)過有限次的四則運算和復合得到的,對學生來說,要著重掌握函數(shù)的定義域的求法和表達式的運算。極限可以說是高等數(shù)學中最重要的概念,它是高等數(shù)學的理論根基,導數(shù)和積分都是建立在極限之上的,所以學生一定要有極限思想,對極限要有深入的領會,會熟練計算極限。導數(shù)和積分是高等數(shù)學知識應用到其他學科的直接形式。對于導數(shù),要理解其本質(zhì)就是函數(shù)對自變量的變化率,也就是說它是描述函數(shù)隨自變量變化快慢的量。幾何學上曲線在一個點處的切線的斜率,物理學中的瞬時速度、加速度、電流強度,經(jīng)濟學中的邊際成本、邊際收益,這些都是導數(shù)的實例。定積分不僅是個數(shù)學概念,更是一種數(shù)學思想、數(shù)學方法,曲邊梯形的面積、變速直線運動的路程、非均勻細桿的質(zhì)量都是定積分的具體例子。對于這些不規(guī)則的量,采用“分割、近似、求和、取極限”的方法和思路去求解[6]。重要的是,這種思想方法可以推廣到各個學科的類似場景,去解決不同領域,但是本質(zhì)結構相似的問題。
2.2注重思維啟發(fā)和知識遷移
高等數(shù)學的學習過程,不強調(diào)學生要具備超凡的計算能力和解題技巧,而是注重啟發(fā)學生領會問題的本質(zhì)。拿積分來看,定積分解決問題的思路就是:分割、近似、求和、求極限,用這樣的思想和方法,能夠把很多實際問題轉(zhuǎn)化成定積分,例如曲邊梯形的面積、旋轉(zhuǎn)體的體積、變速直線運動的路程、非均勻細桿的質(zhì)量、變力做功、液體的壓力等。受到定積分思想的啟發(fā),遇到曲頂柱體體積的計算時,就能把它劃分成一些小曲頂柱體,利用上述分割、近似、求和、求極限的思想把它轉(zhuǎn)化成二重積分。如法炮制、繼續(xù)引申,非均勻立體的質(zhì)量的計算就轉(zhuǎn)化成三重積分,曲線形非均勻構建的質(zhì)量就轉(zhuǎn)化成對弧長的曲線積分,變力沿著曲線路徑做功轉(zhuǎn)化成對坐標的曲線積分,曲面形構建的質(zhì)量轉(zhuǎn)化成對面積的曲面積分,通過曲面的非均勻流體的流量轉(zhuǎn)化成對坐標的曲面積分。
2.3注重知識體系的系統(tǒng)性
高等數(shù)學的知識體系,更加注重系統(tǒng)性、模塊化。比如對函數(shù)極限的討論,會進行比較完整的分類,不同類型的極限采取什么樣的求解方法,會進行系統(tǒng)化的歸納。再如,對連續(xù)的介紹和討論,先介紹什么是連續(xù),連續(xù)有什么特點,初等函數(shù)的連續(xù)性是怎樣的,什么是不連續(xù)(即間斷點),不連續(xù)有哪些可能,最后介紹連續(xù)有哪些特征和性質(zhì)(閉區(qū)間上連續(xù)函數(shù)的性質(zhì):有界、有最大最小值、介值定理、零點定理),整個學習過程,注重系統(tǒng)性、模塊化、完備性。
2.4學習內(nèi)容更加豐富
與高中數(shù)學比較,高等數(shù)學的內(nèi)容更加豐富。高中數(shù)學雖然說涉獵了幾乎所有高等數(shù)學的知識體系,然而很多內(nèi)容都不能深入地去探討,一方面是高中的學時所限,另一方面也是跟高中階段學生的學習特征有關,高中階段的主要特征還是識記加理解,加之高中的學業(yè)的主要目標是高考,所以不能夠安排學生深入學習某些數(shù)學概念和結論。進入大學要教會學生思考,引導他們創(chuàng)造性的學習,就需要去接觸和剖析概念和問題的本質(zhì),此時就需要深入思考、廣泛聯(lián)系,知識體系就變得更加完整和豐富了。比如,學習導數(shù),學生不僅要了解導數(shù)的概念,不同類型的函數(shù)的導數(shù)是怎么計算的,還要理解一個函數(shù)的導數(shù)與函數(shù)之間有什么關聯(lián),怎樣通過導數(shù)的特征認識函數(shù)的性質(zhì)(如單調(diào)性、極值、凹凸性、曲率)。
3做好高等數(shù)學與高中數(shù)學的銜接的策略
3.1清晰認識高中數(shù)學的知識體系
通過前面對高中數(shù)學學科特點和知識體系的介紹,弄清楚學生在高中數(shù)學學了集合、邏輯、函數(shù)、導數(shù)、復數(shù)、數(shù)列、立體幾何、空間向量、直線、圓、圓錐曲線、計數(shù)原理、概率、隨機變量及其分布、統(tǒng)計、統(tǒng)計分析等內(nèi)容,再結合高考的特點,可以較全面地分析出來,學生學到什么程度。有了這些信息的指引,教師在課前準備時,就心中有數(shù)了,哪些內(nèi)容要講,哪些內(nèi)容可以不講,如何詳略得當。
3.2清晰認識大一新生的學習特點,做好學情分析
大一新生剛剛經(jīng)歷了高考,有兩種普遍心態(tài)。一種是對學習的徹底放松;另一種是雖然有學習的刻苦精神,但是,也要讓他們明白大學學習和高中學習的差異,避免走入誤區(qū)??偟膩碚f,學生經(jīng)過高考的錘煉,數(shù)學基礎是扎實的,高中數(shù)學的基礎知識是熟悉的,大學教師只要因勢利導,就能做好銜接。
3.3做好調(diào)查,了解學生對基本概念的掌握程度
通過高中數(shù)學的教材和高考考點的分析,高等數(shù)學教師能夠了解到學生的知識體系,但是,對基本概念的掌握程度,教師還是不清楚的。教師在課前準備時,可以通過當面訪談、發(fā)起網(wǎng)絡討論、問卷調(diào)查等方式,詳細了解學生高中數(shù)學課程中相關概念的掌握程度,應該如何補充和引導。比如,集合、函數(shù)、導數(shù)這幾個概念,需要了解到學生的學習程度。集合部分,是否學習了區(qū)間的表示和鄰域;函數(shù)部分,定義域和函數(shù)關系式的運算學習程度,三角函數(shù)的正割余割和反函數(shù),有沒有接觸過反三角函數(shù),是否知道復合函數(shù);導數(shù)的學習,是否只是記住了幾個求導公式,導數(shù)的定義、函數(shù)的相關變化率的內(nèi)容,導數(shù)和微分的關系是什么樣的,微分中值定理是否接觸過等。這些情況都是做好銜接教學的重要依據(jù),需要課前了解清楚。
3.4深刻理解概念,熟練掌握公式
高等數(shù)學的學習過程中,對基本概念的理解和掌握深刻程度,直接決定高等數(shù)學學習的高度。對高等數(shù)學中一些重要的概念,比如極限、連續(xù)、導數(shù)、微分、積分,不僅要理解它是如何描述的,更重要的是要領會它的背景和應用。對于微分知識來說,學生要明白可微就是函數(shù)值的改變量可以寫成自變量改變量的線性主部(一個倍數(shù))加上自變量改變量的一個高階無窮小,但是,僅學習這些內(nèi)容是不足的,還要知道可微和可導是什么聯(lián)系,微分的幾何含義是什么,微分可以幫助人們解決什么問題(如近似計算)。這是對概念的認知,一定要達到相當?shù)母叨群蜕疃取F浯问菍Y論和公式,一定要非常熟練,比如求導公式和積分公式,要能倒背如流,還要弄清來龍去脈,對公式的掌握,不能死記硬背,而是要體會它的推導過程,理解性的記憶,這樣才會記得牢并會靈活應用。
3.5關注知識的體系化,注重前后關聯(lián)性
高等數(shù)學的學習,一定不能局限在個別知識點上,要進行模塊化、系統(tǒng)化的知識體系學習。首先,極限是高等數(shù)學入門的第一概念,剛開始接觸時,重點是理解極限的思想,認真體會無限接近、無限增大是什么含義,能夠通過與數(shù)軸的對應觀察一個簡單數(shù)列的收斂性,列表或通過圖形觀察一個簡單函數(shù)的函數(shù)值隨自變量的變化是否會逼近一個固定的數(shù),這些是對極限的直觀認識和感性認知。其次,對極限的特征和運算性質(zhì)進行探討,利用簡單極限求復雜極限,對各種類型的極限,利用因式分解、有理化、抓大頭等方法計算極限。再次,就是極限的應用了。關于導數(shù),其本質(zhì)就是一個極限,當自變量的增量趨于零時,函數(shù)值的增量與自變量的增量的比值的極限。而積分就是分割近似求和以后,當分割出來的最長的小區(qū)間長度趨于零的極限。無窮級數(shù)收斂的必要條件是一般項的極限為零,收斂的充要條件是部分和數(shù)列有極限。學習了微分中值定理后,又多了一種叫做洛必達法則的求極限的方法。由這些關聯(lián),可以看出來,高等數(shù)學的學習,要注重知識的系統(tǒng)化和前后的關聯(lián)性。
3.6組建高等數(shù)學學習小組,互幫互助
高等數(shù)學學習過程中,一定會出現(xiàn)或多或少的學習阻力。由于時間和精力等因素,教師給予學生的幫助是有限的,學生可以組成互幫互助的學習小組[7]。學生建立了學習興趣小組,教師再在課堂上適量安排課堂討論時間,讓學生思維碰撞,將一些不容易理解的概念和知識點進行討論、辯論,活躍思維,課后學生可以利用自修室、食堂、宿舍等場所繼續(xù)開展小組學習,還可以在教學平臺、學習平臺、微信群、QQ群等開展討論,分享心得。一起學習一起進步,會達到意想不到的學習效果。
3.7開設高等數(shù)學先修課,助力高中數(shù)學與高等數(shù)學的銜接
為了做好高中數(shù)學和高等數(shù)學的銜接,部分具備條件的學校,開設高等數(shù)學先修課[8]。當學生被錄取以后,尚未入學報到之前,學校通過線上教學方式,安排一定學時的線上課程,為高中數(shù)學和開學后的高等數(shù)學課程做鋪墊,讓二者更好地銜接。一般安排的教學內(nèi)容是一些高中接觸過,但是老師講得不夠透徹的基礎知識,例如集合的運算、函數(shù)的概念及基本初等函數(shù)的特征(特別是三角函數(shù)公式和反三角函數(shù)的定義)、函數(shù)的特性、極限的概念和運算、導數(shù)的定義等。通過大學報到前的高等數(shù)學先修課,學生就可以比較順利地開展高等數(shù)學的學習。
結語
高等數(shù)學和高中數(shù)學的銜接是否順利,直接關系到學生后續(xù)課程的學習,很多以高等數(shù)學為基礎的學科,沒有高等數(shù)學的良好基礎的支撐,學習起來是困難的、不牢固的。所以,做好高等數(shù)學和高中數(shù)學的銜接工作是必要的,也是重要的。然而,高等數(shù)學和高中數(shù)學的有效銜接,不能單靠高等數(shù)學教師的單方面努力,而是要學生的積極應對和足夠重視,學生是學習的主體,在整個學習過程中起著決定作用。因此,學生發(fā)揮其主觀能動性就顯得尤為重要,同時還需要各相關部門互相溝通合作,進行思想動員和專業(yè)引導,實現(xiàn)協(xié)同育人。
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基金項目:廣州番禺職業(yè)技術學院教育教學改革項目“基于‘互聯(lián)網(wǎng)+’的分享式課程思政教學策略研究——以高等數(shù)學為例”(編號:2023JG11)
作者簡介:朱熙湖(1979—),男,漢族,云南昆明人,碩士研究生,講師,研究方向:高等數(shù)學的教學和應用。