学科育人视角下的数学课例评析

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  【摘 要】数学课堂教学要全面落实立德树人目标,需要构建学科育人相应的实施策略。研究者以课例评析的方式,提出了在数学课堂教学中,要设立德育目标,通过思维育人、史料育人、審美育人、活动育人四个维度展开学科育人教学策略。
  【关键词】学科育人;教学策略;课例评析
  【作者简介】黄河清,广西南宁市第三中学党委书记,正高级教师,广西特级教师,享受国务院政府特殊津贴,全国模范教师,广西八桂名师。
  党的十八大以来,习近平总书记多次指出,教育要坚守为党育人、为国育才使命。国务院办公厅印发的《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》提出,要进一步改善德智体美劳全面培养体系,进一步健全立德树人落实机制,要把立德树人融入思想道德教育、文化知识教育、社会实践教育各个环节。
  对一线教师而言,课堂教学是育人的重要途径,要推进立德树人目标全面落地,突破口就在于需强化学科教学的育人功能。怎样在学科教学中实现学科育人、教学育人?需要有与之相匹配的策略和方法,需要广大教师的创新实践。笔者以人教版高中数学选修2-2第二章“推理与证明”的第1节“合情推理与演绎推理”教学为例,谈谈自己的一些思考与认识。
  一、课例呈现
  (一)新课引入
  中国古代有许多名言佳句,深刻地反映了数学的内在关系,教师出示图1引出新课。
  根据《现代汉语词典(第7版)》,“一叶知秋”的意思是看见一片落叶就知道秋天的来临,比喻发现一点儿预兆就料到事物发展的趋向。这个词语言简意赅地呈现了“推理”的本质属性,即推理是根据一个或几个已知的判断来确定新的判断的思维过程。
  (二)概念形成
  首先,教师引导学生观察以下判断。
  由铜、铝、金、银能导电一切金属均能导电。
  由五个橘子是甜的一箱橘子都是甜的。
  由三边形,凸四边形、凸五边形、凸六边形的内角和公式凸多边形的内角和公式,如图2。
  接着,教师向学生提出以下问题。
  问题1:以上三个判断的思维进程有何共同之处?
  基于问题思考,引导学生得出归纳推理的概念:由某类事物的部分对象具有的某些特征,推出该类事物的全部对象都具有这些特征的推理,或者由个别事实概括出一般结论的推理,称为归纳推理(简称归纳)。简言之,归纳推理是由部分到整体,由个别到一般的推理。
  问题2:推理都有前提和结论,那么归纳推理的前提和结论分别是什么?
  首先,教师请学生举出一些归纳推理的例子,并把所举的例子的前提写下来;然后,学生请同桌写出结论;最后,教师引导学生归纳总结归纳推理的前提和结论的特点(如图3)。
  (三)概念深化
  教师引导学生了解数学上的著名推理——哥德巴赫猜想,并让学生观察下面的式子。
  无意观察:3+7=10  有意改写:10=3+7
  20=3+1720=3+17
  13+17=3030=13+17
  反映规律:偶数=奇质数+奇质数
  初步想法:10,20,30都是偶数,其他偶数是否也有类似的规律呢?
  特例分析:6=3+3    16=5+11
  8=3+518=5+13
  10=3+7……
  12=5+71 000=29+971
  14=7+71 002=139+863
  大胆猜想:任何一个不小于6的偶数都等于两个奇质数之和。
  问题3:请同学们试着从哥德巴赫的角度去思考,体验他思考问题的情境和过程,你认为哥德巴赫敢于提出猜想的信心来自什么?
  教师提出问题3后引导学生积极思考和讨论。学生指出,哥德巴赫经过观察后发现了规律,并经过大量的特例验证,无一例外发现,所以就大胆提出了猜想。
  该问题的研究,让学生体会从特殊到一般,再从一般到特殊的思维过程,这是认识事物的基本规律,也是数学重要的思想方法。
  问题4:哥德巴赫为什么要把猜想写信寄给欧拉?
  通过问题提出,教师介绍以下史料:哥德巴赫知道,大量的特例也不能代表全部,猜想是需要进行严格的证明的,于是他写信给欧拉,是想求助于当时的数学权威,他希望欧拉能够给出一般性的证明。欧拉在回信中说道:“我认为,任何一个大于2的偶数,都是两个素数之和。不过,这个命题我也不能给出一般性的证明,但我确信它是完全正确的。”时至今日,许多科学家都试图给出证明,我国数学家陈景润和华罗庚也为这个猜想的证明做了艰辛的探索,但哥德巴赫猜想至今仍然没有人能成功证明。不过如今人们对它的信任程度大大超过了对它的怀疑程度。
  在教学中,通过对哥德巴赫猜想的分析,学生对归纳推理有了以下深刻的认识。
  (1)猜想有一定的偶然性,兴趣是探究的先行者。
  (2)数学研究中,有时对研究对象进行一些形式上的改变有助于发现规律。
  (3)在猜想提出的过程中,特例的验证是必要的。
  (4)由于特例的共同属性有很多,对不同属性的选择推理出的结论也不一样。
  (5)推理的目的是求真,但推理的结论是否为真还需要证明。
  接着,教师再引导学生了解另一位数学家的猜想——费马猜想。
  法国数学家费马观察到以下式子的得数都是质数。
  221+1=5,
  222+1=17,
  223+1=257,
  224+1=65537。
  猜想:任何形如22n+1(n∈N*)的数都是质数。
  善于计算的欧拉发现:第5个费马数F5=225+1=4294967297=641×6700417不是质数。   哥德巴赫猜想、费马猜想和四色猜想被称为世界三大数学猜想,它们的共同点是题面简单易懂,但内涵深邃无比,影响了一代代的数学家,促进了数学的发展。
  通过以上的分析,教师引导学生总结出归纳推理的特点如下。
  (1)归纳推理是由部分到整体,由个别到一般的推理。
  (2)归纳推理的前提是部分的、个别的事实,而归纳推理的结论超出了前提所界定的范围,所以前提真而结论假是有可能的。
  (3)归纳推理要在观察和实验的基础上进行。
  (4)归纳推理能够发现新事实,获得新结论,是做出科学发现的重要手段。
  (四)应用探索
  例1 已知数列{a1}的第1项a1=1,且an+1=an1+an(n=1,2,3,…),试归纳出这个数列的通项公式。
  解:当n=1时,a1=1;当n=2时,a2=11+1=12;
  当n=3时,a3=121+12=13;
  当n=4时,a4=131+13=14。
  猜想:an=1n。
  例2 请同学们观察如图4的凸多面体并填写表格(见表1),用归纳推理能推出什么结论?
  数学家欧拉在研究凸多面体时,通过观察、归纳、推理,得出了著名欧拉公式:F+V-E=2。
  在引出欧拉公式后,教师顺势介绍欧拉的生平事迹,在课堂教学中渗透德育教育,达到学科育人的目的。
  (五)总结归纳
  问题5:本节课你学到了什么知识技能或思想方法?你最大的感悟是什么?
  教师提出问题5,并引导学生认识到,归纳推理是由部分到整体,由个别到一般的推理。归纳推理很大程度上是一种创造性思维,面对同样的对象,每个人做出的推理并不一致,有时结论是开放的,不是唯一的,但只要是“合情”的,就应该是可以的。
  二、课例评析
  在本节课中,从学科育人的视角看,执教者最大的创新在于设立了数学教学的德育目标,以思维育人、史料育人、审美育人、活动育人四个维度为抓手,在教学的各个环节全面融入育人思想,使课堂教学从形式到内容都有立德树人目标的引领。
  (一)思维育人——强化数学学习的特点,促进学生思维品质提升
  数学是思维的科学,因此学习数学要注重思维过程的学习,要注重让学生学会透过事物的具体性质而从“量和形”上去研究,这是一个数学化的过程,也是一个高度抽象概括的过程。本节课中,教师在强化学生思维训练的同时,抓住了以下三个关键点。
  一是深化学生对概念合理性的认识。例如问题1“以上三个判断的思维进程有何共同之处?”通过几组判断,让学生明确归纳推理是由部分到整体,由个别到一般的推理的特征,使学生充分感受到数学思维的合理性与必然性。
  二是充分暴露思维过程。如问题3“请同学们试着从哥德巴赫的角度去思考,体验他思考问题的情境和过程,你认为哥德巴赫敢于提出猜想的信心來自什么?”引导学生模拟前人的思维过程,感受数学家发现问题、提出问题和解决问题的过程。
  三是问题导学。在课堂教学中,要激发学生的学习欲望,问题的设计就要与学生已有的知识和经验相关联,设计的问题要让学生愿意解决并且有解决它的知识和能力基础;同时问题的解决必须包含一定的独立见解和创造精神,让学生在解决问题时不能照搬已有的解题套路,必须经过认真思考分析或寻找新的处理方法才能有效解决问题。本节课的问题设置较好地体现了这些原则。
  (二)史料育人——借助数学史,促进学生品德和学科素养的养成
  数学发展的历史,是一个寻找真理、不断扬弃、不断创新的过程,它所经历的艰辛、坚持、拼搏,都是较好的德育内容。教师应深入挖掘教材中丰富的史料内容和育人价值,让学生了解数学知识的时代背景、历史条件与人类发展的关系,培养学生实事求是的科学精神。
  本节课中,教师注重挖掘史料内容。例如,用“一叶知秋”形象地反映了推理的本质属性。又如,在“概念深化”教学环节中,教师以哥德巴赫猜想和费马猜想作为材料,引导学生学习归纳推理的思想、方法,既融入数学史和数学经典故事,又让学生能站在一个更高的角度进行学习、思考、探索,彰显教学活动的特色。在“应用探索”教学环节中,教师再次将欧拉公式以问题形式引导学生进行探索,并将数学家欧拉的故事和成就展现给学生,进一步丰富了史料育人的内涵。
  (三)审美育人——巧妙设计,深度开发教学内容的美育功能
  审美教育是培养学生认知美、喜欢美、欣赏美、进而创造美的能力的教育。数学学科在其内容、结构和方法上具有特殊的美,数学的符号、公式、概念、曲线、思想方法,无不蕴含着美。教师要让学生了解数学问题解决时构造的巧妙、推证的严密、结果的精确,让学生在数学学习中感受这些美的元素,从中理解数学的概括性、逻辑性和简洁性,学会用数学的语言表达世界,用简洁、优美的数学关系表达事物的内在规律,提高对美的理解和追求,这是数学美育的重要任务。本节课中,教师在以下两个方面做了充分的思考和设计。
  一是结构。课堂教学中的所有范例,无论是从数量关系还是图形特征,注重突出问题的结构特点,让学生能有效观察到它们所蕴含的规律。如哥德巴赫猜想、费马猜想、例1和例2的问题结构都成为帮助学生寻找解决问题方法的向导。
  二是分析。教师在问题成功解决后,给出了具有针对性的分析和启示,展示了教师对数学学习规律和数学美的理解。事实上,在成功解题后,对其蕴含的数学思想方法的点拨才是最重要的。只有通过教师的专业剖析,学生才能够更深入地了解问题解决的来龙去脉,提高分析问题时注重挖掘本质、去粗存精、去伪存真、触类旁通的能力。
  (四)活动育人——创设问题导学情境,让学生在主动探索中提升能力
  建构主义学习理论认为,知识的学习是学生在与自然的对话中主动建构的,教师应创设问题情境,这种问题情境不是教师凭空想象的,而是教师依据学习的需要以及教学目标创设的。事实上,数学学习应特别注重过程中深刻的、充实的、探究的经历和体验,只有让学生透过课本结论,感受前人思维的启迪和升华的过程,体验丰富而完整的学习过程,对知识的理解才会深刻,而只有感悟深刻的知识才会融入学生的知识结构中去。同时,丰富的过程体验是激发学生学习兴趣的有效手段,特别是学生的探究兴趣,必须通过教学手段去培养。西方课堂教学中有一个被广泛接受的“TRY哲学”,“TRY”意为“尝试”。学校是学生“TRY”的基地,课堂是学生“TRY”的前沿,就连讲台也是学生“TRY”的地方。学生通过“TRY”去感受知识的奥秘,去发现问题、解决问题,保持对新鲜事物的好奇心,在不断的“TRY”中培养自信心。这是学生乃至长大成人后发现问题和解决问题,以及有所创新和成就的重要心理品质。
  另外,本节课执教者的一大教学亮点是问题导学,从问题1到问题5,再到例2可以看出,这些问题不仅仅是简单的“问话”,它包括问题情境的创设、对话设计、问题的提出、问题的解决、教学的组织、教学的实施方法等一系列丰富而有序的过程,通过一系列问题把学生引向独立思考、积极探索、合作学习之路,这是我们构建新型课堂教学方式的指导思想。
  综上所述,要将立德树人的目标落实在学科教学上,教师需要深入研究课堂教学模式、教师教学方法、学生学习方式等,在教学各个环节中落实学科育人的内容、方法,通过思维育人、史料育人、审美育人、活动育人四个维度将学科育人深度融入数学课堂,使课堂教学学科育人的功能发挥出更大的效益。
  (注:本课例的执教者为广西南宁市第三中学陈华曲,内容略有删减。)
  (责任编辑:陆顺演)
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