如何在几何教学中培养学生的推理能力

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  推理能力包含合情推理能力与演绎推理能力,其实在《高中数学课程标准》中,也提出了合情推理、演绎推理两个概念,因此从义务教育阶段开始,我们就要关注这两种能力的培养。
  一、合情推理和演绎推理的含义及重要意义
  实际上自从标准实验稿进入试验区之后,老师就开始重视合情推理了。合情推理,一般包括归纳和类比,演绎推理一般就是从基本事实出发,推出来一些定理,它们再作为推理的出发点,来进行论述。我们在判断一个命题是否正确的时候,首先运用合情推理的方法,包括直观、操作、猜测,然后得出假设。这些假设是否能成立呢?我们就需要用演绎推理的方式去进行证明。所以合情推理往往是一种发现的方法和手段,而演绎推理是一种证实的手段,它们相辅相成,共同完成对一个命题的认识。我们在生活当中,也用到很多的合情推理,如在统计当中,在代数当中,都用到很多合情推理。
  美国有一位数学家和数学教育家叫波利亚,他写了这样一本著作叫《数学与猜想》,在这本书的序言中,他有这样一段话说得特别好,他说作为以后要想把数学作为自己终身职业的人,他应该学习演绎推理,因为这是这门学科的一个特点,当然他还要学习合情推理,因为这是使得他的研究工作能够得以进行的一种推理形式。如果你不是把数学作为自己终身职业的人,同样也要学习演绎推理,因为学习了演绎推理,你就获得了一种标准,这个标准就可以用来衡量日常生活中我们碰到的一些事情。更应该要学习合情推理,因为在他的日常的生活当中,方方面面都要用到合情推理。波利亚很辩证地把这两种推理形式,对于一个无论是以后做数学的人,还是不做数学的人,它的重要性都阐释得很充分。所以合情推理对于我们每个人都是很重要的。是不是合情推理这个词就是从波利亚的类比推理和归纳推理来的呢?是的,英文翻译过来可能就是合情推理,当然我们更多指的是类比和归纳,当然这里面还有其他直觉的、经验的成分,包括特殊化和一般化。总而言之,就是经过一些合情合理的一些判断,得到一个可能性的猜测,这样一个思维过程就是一个合情推理的过程。当然合情推理会有从特殊到一般,或者从一般到特殊等不同的思维形式。在以往我们的数学教育中,可能还是对演绎推理关注得多,但我们越来越认识到合情推理和人的创新意识与实践能力的培养,联系得非常密切,所以这次课程改革,在课程里面明确地提出来,要培养学生的合情推理能力。
  二、培养学生的合情推理和演绎推理能力的策略
  这个合情推理,在我们日常对人的发展过程中的作用是非常大的,不专门从事数学,可能很少有机会接触严格的演绎推理,但是合情推理它却要经常使用到。我们日常生活中的很多现象,其实往往都是由合情推理得来的,比如有这样一句谚语:“八月十五云遮月,正月十五雪打灯。”你说这个生活经验和常识的积累,我们怎么用演绎的方法去证明呢,它就是由合情推理产生的,但是它却能够指导我们很多的生活实践。所以在日常的教学中,我们要让学生大胆地去发现、大胆地去归纳,大胆地去猜想。我们在课堂上通过动手操作,通过发现,通过灵机一动感悟到的东西,一定要大胆地说出来,敢于去猜,你才能迈出研究的第一步。这之后,再利用演绎的方法去从逻辑上去证明,也就有的放矢了。所以在咱们日常的教学过程当中,千万不要把合情推理作为演绎推理的一个简短的前奏,很快过渡到所谓的“主旋律”了。
  合情推理的落实,跟老师自身对问题的设计也是很有关系的。如果我们只设计一些学生一看就很容易知道结论的问题,他就会觉得老师设计的这个合情推理环节很假,时间长了就对合情推理的环节提不起兴趣。如果我们能够设置好的问题情境,给他一个很开阔的空间,才能够感受到合情推理的价值和意义所在。比如说在学习三角形中位线定理时,我们可能遇到过这样的问题——画一个任意的四边形,连接这个四边形四边中点,得到了一个我们叫做中点四边形的图形。同样是这个素材,如果让学生求证这个中点四边形是一个平行四边形,很快就会过渡到演绎推理;可如果提出一个更开放性的问题:“同学们观察我们新得到的这个四边形你觉得它的形状有什么特点,可能是怎样的四边形呢?”那学生可能就要通过很多的手段——直观的观察、测量、猜想等一系列手段去思考,而这个问题又不像有一些问题那么肤浅,它确实有一定的思考空间,真得琢磨琢磨。只有通过观察、测量、想象,才会产生它可能是平行四边形的猜想,这个过程就显得更真实。有了这样一个过程,再提问:“为什么它是一个平行四边形?”通过连接对角线的辅助线,构造三角形的中位线,逐渐把这个问题证明了。当然这样的例子不止一个,我们应该更多地去挖掘。
  其实在代数的学习当中也有类似的例子,例如,先观察下面算式:152-112=104,92-72=32,132-72=120……能不能自己也写一个跟它们有同样规律的算式呢?能不能用字母来表达刚才所呈现出规律呢?能不能证明刚才你所猜想的规律呢?实际上当这些算式共同的规律就是奇数的平方差,它们结果都是8的倍数。然后我们用字母2m 1和2n 1来表达这两个奇数,要做适当的变形,最后得出它含有8这个因数。这个问题是由一些特殊的例子得到的一些特殊的规律,尽管前要求学生再举几个例子,但都不能替代证明。
  三、在数学教学中培养学生推理能力应遵循的原则
  许多老师在平时的教学过程中可能有这样的体会——学生的推理能力一时半会儿培养不起来。所以在教学中千万别着急,一定要遵循循序渐进的原则。很多老师在七年级一接触几何就马上开始学演绎证明,但实际上我们走得太急了反而容易摔跤,因此推理能力的培养要有层次性,先让学生看到现象能够初步地说明道理,由此出发再慢慢地规范化、形式化,再变成证明,一点一点走可能会走得更扎实一点。所以我建议大家在平时的教学过程当中,把推理能力贯穿到每个领域、贯穿到每一节课当中,不能一蹴而就,得有耐心。
  其实许多核心概念跟知识技能的学习不一样,一定要在一个过程中慢慢地去体会,慢慢地去渗透。所以老师如果试图将某种能力落实在一节课中,这就错了,有些能力并不是老师教出来的,实际上是学生通过不断地在解决问题的过程中慢慢感悟出来的,教师在教学中必须有耐心。
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