试论数学教学设计理念的更新策略
数学教学的成功与否与数学教学设计的优劣密切相关,数学教学设计则往往取决于数学教学理念,数学教学理念是数学教学设计的“导航仪”.时下,新的课程改革也在不断影响着人们的教学理念,尤其是教师的数学观、数学学习观、数学教学观.我国学生的数学基础扎实有余却创造力不足——张奠宙老师称之为“花岗岩的基础上盖茅草房”[1]的现象着实让所有的数学教育工作者担心,我们出于研究教学设计的需要,查阅了不少中学数学教学设计,发现一些老师的教学设计往往被应试教育这一“紧箍咒”束缚,一定程度上影响了他们的教学理念.限于篇幅,我们仅例举部分中学数学教学设计中所反映出来的教学理念并提出我们的一些想法.
一、结论与过程的倾斜
“重结论,轻过程”似乎成为人们对知识教学进行批评的常用词,我们在不少的场合及杂志上遇到过,甚至出现了有些极端的口号:“知识仅为思维的载体,知识不重要,重要的在于过程.”仔细思考一下,发现问题并非那么简单.教师在教学设计时,对数学过程及结论是需要一个抉择的,里面也充满着设计者的智慧!
案例1 立方体表面展开图的教学设计
我们查阅了不少的资料,也听过一些老师的课.发现一些老师在立方体表面展开图的教学设计中,把立方体展开图各种可能的情况都罗列出来,然后让学生观察展开图的规律,最后用一句口诀:“‘一四一’‘一三二’,‘一’在同层可任意;‘三个二’,成阶梯,‘二个三’,‘日’状连;整体无‘田’.”来概括,并且要求学生记住.我们想:“观察立方体的表面展开图并下结论无可厚非,记住就免了!”理由有两个:一是学生即使记不住,看到展开图想象一下就可以了;二是试题是多变的,假如考到一个无盖的立方体展开图,一些靠死记硬背的学生恐怕就“没辙”了!
其实,在数学教学过程中,数学结论与过程的抉择有四种:一是数学结论与过程并重,例如圆周角定理,它的发现与结论都很重要;二是知识产生的过程相对不重要但知识本身作为结论的作用则要重要一些.例如,有些数学名词的由来,一些教师即使不清楚也不太会影响教学.另外,有些数学知识形成过程非常复杂,超越学生的能力,暂时不让学生知道其形成过程是完全可以的,也是教学的一种策略.例如,为什么是无理数?圆锥侧面为什么可以展开成平面图形而球面则不可以?等等.三是知识产生的过程重要但知识本身作为结论的作用则相对不重要.中学生所做的练习(包括证明题)大部分都是为巩固知识、训练技能、培养能力服务的,教师教学设计关注的应该是其过程,而对这些习题(本身也是知识)的结论关注度就要相对弱些,除非某些习题的结论具有“特殊的用途”.四是知识产生的过程和知识本身作为结论的作用都相对不重要.陈省身先生在回答梁东元的提问时说:“举个例子,大家也许知道有个拿破仑定理,据说这个定理和拿破仑有点关系,它的意思是说,任何一个三角形,各边上各作等边三角形,接下来将这三个三角形的重心联结起来,那么就必定是一个等边的三角形,各边上的等边三角形也可以朝里面作,于是可以得到两个解.像这样的数学,就不是好的数学,为什么?因为它难以有进一步的发展.”[2]我们认为,凡是数学都需要“人在动脑筋”,都具有“训练思维的作用”,但对学生而言,应该让他们学习一些对培养他们的思维和能力具有很强迁移效果且结论对后续知识及现实实际都有重大作用的数学:(1)结论并不重要的数学知识对以后学习起不了多少平台作用,就像陈省身所说的,“难以有进一步的发展.”记住反而加重记忆负担;(2)过程不重要,有些甚至使学生对数学产生误解.例如,观察数列的前五项,写出这个数列的第六项:61,52,63,94,46,答案是18.理由是把这个数列的每一项数码的个位数与十位数对调:16,25,36,49,64,按照这个规律,接下去是81,然后调换个位数与十位数,即得答案.按照现在时髦的语言,这是“脑筋急转弯”!我们认为,这种“整人的数学”还是少出现为妙!这种数学或许可以作为一种“茶余饭后”的'“游戏数学”但不能成为数学教学的主角.
二、宏观与微观的协调
在阅读一些教学设计时,我们发现“宏观思维”的培养设计存在明显的不足,往往让学生在学习数学上出现只见树木不见森林的结局.我们经常在听完一些老师的授课后,询问学生:“为什么要学习本节课的内容?”非常遗憾:经常出现绝大多数学生回答不出来的尴尬局面!得到的答案要么是“课本里有!”“老师叫学就学!”“考试有用!”等,或者干脆就摇摇头:“不知道!”
案例2 整式的教学设计
新课程改革的一个很大的特点就是教材中的每一章甚至每一节中都有一个导言,而有些老师往往“性子急”,对这个导言(这个导言其实往往是从宏观思维到微观思维的引导)经常视而不见,起始就把学生往细节上引导.这种做法对学生宏观的思维培养很不利,而宏观把握是一个人聪明才智的一个很重要特征,忽视不得!
三、感性与理性的抉择
数学教学讲究理性,但不否认感性,尤其是数学灵感.灵感在数学发现中所起的作用我们不再细述,数学史上很多重大发现与灵感有着千丝万缕的关系,而数学灵感的培养纯粹靠数学推理的训练来达到目的恐怕少有人赞同.新课程强调数学直觉思维的培养,为此,针对中学数学的教学内容,教师必须对感性与理性的培养设计有一个清醒的认识和合理的安排.
案例3 勾股定理的教学设计
勾股定理的教学设计一直是我们数学教师喜欢讨论的重要课题,我们也阅读了不少关于勾股定理的教学设计,发现不少老师是先创设一个关于直角三角形三边长的问题情境(比如:一棵树半腰处被雷劈折但未完全断开,树尖触地,留余部分长为4米,被劈折部分长5米,树尖触地点距树根部恰好是3米),要求学生算这三边的平方(或者算以这三边分别为三个正方形边长的三个正方形面积),并问它们之间有什么关系(有的老师甚至要求学生把两条直角边的平方和算出来并和斜边的平方进行比较),以期引导学生自己发现勾股定理.这种煞费苦心的设计似乎想培养学生的运算、推理及发现的能力,但我们认为这是对数学灵感的“不尊”,也对学生的发现能力培养起不到多少作用.因为没有教师的引导,学生根本想不到去关注直角三角形三边的平方关系.在查阅一些教学设计中,我们隐约感觉到目前似乎存在这样的一种认识:数学发现都是有章可循的.其实,关于数学灵感还有很多方面我们目前仍无法解释.我们大家应该有这样的一种体会:一些问题当我们自己解决后,人家问我们是如何找到解决方案的,我们自己可能也讲不清楚,因为它是属于“灵光一现的产物”.试想,一些前人都讲不清楚自己是如何发现的东西,在后人的教育中似乎一切都顺理成章,这是否是教育成功的表现?
我们认为,数学学科的教学设计有时应该向语文、历史等学科学习,语文老师绝对不会把李白的诗词“剖析”得似乎是很自然、应该写得出的事情,而是和学生一起欣赏李白的诗词,努力带领学生去体会李白当时醉酒写诗的意境,边欣赏边引导学生反思和感悟如何写好一首诗,因为语文老师深知李白自己可能也不知道自己在几乎醉酒状态下是如何写出这些流传千古的诗词.受此启发,我们觉得,数学中有很多发现及采取构造性证明的数学问题(很多数学名题正是因为它很难发现或很难证明而出名的,如勾股定理、韦达定理、多面体的欧拉公式等)的教学策略,应该与语文、历史等学科一样引导学生欣赏的同时,让学生带着仰慕的心情在欣赏前人勤劳和聪明才智的同时鼓励学生积极反思.
勾股定理的教学真正是集灵感欣赏与逻辑推理的“一道数学文化教育的大餐”:从设计一定逻辑关联(也是教育学生研究问题的科学方法)开始,提出即将要研究的问题,从对前人劳动的欣赏到引导学生进行猜测与反思,无不显示着教学设计者的数学教育观念和聪明才智.也有学者通过文化视角审视勾股定理的设计[3],让我们耳目一新,值得我们借鉴.
四、发现与技能的博弈
“发现”与“技能”似乎不是在“同一个范畴”上的用词,但在课堂教学中,它们往往存在着时间上的“博弈”.荷兰数学家和数学教育家弗赖登塔尔提倡“再创造教学”,指出我们数学教学应该像数学家发现数学一样让学生经历这一发现过程,但在有限的教学时间内,到底是需要让学生经历这一发现过程还是腾出更多的时间让学生训练数学技能?这往往是我们教师在教学设计上不得不考虑的一个问题.
案例4 圆周角定理的教学设计
“圆周角定理”的教学被一些老师称为“数学教学的一道大餐”,因为它涵盖了数学发现、数学技能形成的“整个过程”,这道“大餐”往往被要求“在一节课内完成”,这堂课有两个难点:一是圆周角定理的发现;二是圆周角定理的证明.这两个环节都需要相当时间和一定的教学技巧.这迫使一些老师进行抉择:到底哪个更重要?从理论上讲,发现一个问题比解决一个问题更重要,一个人若发现能力得到加强,那他将终生受用,但是,数学技能的形成却是眼前的需要,甚至是急需.或许有人会说:“这两者不一定是矛盾的双方.”我们也无意让这两者成为“对立派”,但在有限的教学时间内,不同的教师由于观念的差异往往在时间的分配上会有所博弈.有的老师就干脆先给出圆周角的概念,然后用几何画板边演示边问学生:“圆周角的顶点在圆周上移动的时候,圆周角大小有什么变化?”得到的答案自然是“没有变化!”甚至是“等于同弧所对的圆心角的一半.”我们认为,这种设计表面上也有“发现”过程的设计,而且“很顺”,节省了时间!其实,这无助于学生发现问题能力的提高!
假如我们肯在培养学生发现数学问题能力上花时间,或许这样的设计思路可以一试:教师先在引导学生回顾圆心角的概念后,问:“假如我们把圆心角的顶点移动,角度大小是否会发生变化?”当得到学生的肯定回答后,教师顺势引导:“我们能否把这些角分分类?”在学生得出“依据顶点在圆内、圆上、圆外进行分类”的时候,教师继续追问:“它们各自的变化范围是什么?”显然,圆周角定理这一美妙的结果自然吸引了学生的眼球!这里还自然引发了几个副产品:“圆内角、圆外角能否可以继续研究?它们能否与所‘截’的两弧的度数有关?”“当我们移动圆心角顶点的时候,这样的角不能称圆心角了,但它的大小是否一定会发生变化?不会发生变化的点的轨迹是什么?”尽管这种设计也有教师的“引导因素”,但,这种设计无疑让学生领悟到一些数学发现的“再创造过程”.
假如,我们用再创造的眼光来审视我们的教学设计,会发现一些过程“很需要时间”.在我国,更多的教师愿意在数学技能形成中花时间,而对数学发现的“再创造过程”在“博弈”中处于时间劣势.我们认为,重视数学技能的形成无可厚非,但有时我们对数学发现的“再创造过程”可以在“设计”上动一些脑筋,比如:采取督促反思的手段就是一个不错的选择,即在课堂小结的时候,可以布置思考题:“同学们,你们知道我们今天为什么对圆周角感兴趣吗?猜猜看,人类是怎么发现圆周角定理的?请查阅相关资料,下节课谈一下你的猜想和认识.”
以上是我们在阅读一些中学教学设计的时候所产生的一些想法.其实,教师的教学观念与教师对数学及数学教学的眼界及境界密切相关.加强专业学习,提高数学修养是正确教学观念形成的重要一环,或许,本文只是我们眼界不高的“陋想”,至于在具体教学过程中如何操作,期待更多的讨论。
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