探究核心概念 實現(xiàn)有效教學

宋興富

數(shù)學教學就是數(shù)學概念的教學，因為我們知道數(shù)學概念是反映客觀事物本質(zhì)屬性的思維形式，是思維的基本單位或者說是思維的細胞.提高數(shù)學教學的有效性在很大程度上就是提高數(shù)學概念課的教學的有效性.因此有效性教學成為了數(shù)學概念教學的重心.中學數(shù)學的核心概念（中學數(shù)學概念的主要的中心的部分）就是重中之重，概念教學和學習，首先就要認真研究數(shù)學核心概念，思考其教學對策和措施，作為教師就要充分理解核心概念的本質(zhì)以及在中學數(shù)學中的地位和作用.

首先，簡單的表述一下核心概念的作用.核心概念必須具有基礎性（即在相應領域具有的基礎的地位）、聯(lián)系性（即有利于形成概念的網(wǎng)絡系統(tǒng)，聯(lián)系通暢，便于記憶與檢查）、遷移性（即具有自我生長的活力，容易在新的情境中引發(fā)新思想和新方法），所以可以說它是數(shù)學鄰近分支的“靈魂”“棧道”“導火索”.其次，高中數(shù)學中的核心概念首當其沖的無疑是函數(shù)的概念.本文就是要談談通過教學實踐，實現(xiàn)有效教學的做法和體會.

一、函數(shù)概念的形成

第一個階段是由具體的現(xiàn)實或科學問題中簡單抽象出來的，從最初人們注意到一個變量對另一個變量的依賴關(guān)系，到約翰?貝努利的“由任一變量和常數(shù)的任一形式所構(gòu)成的量”，強調(diào)了函數(shù)要用公式來表示，再到歐拉“如果某些變量，以某一種方式依賴于另一些變量，即當后面這些變量變化時，前面這些變量也隨著變化，我們把前面的變量稱為后面變量的函數(shù)”，再次發(fā)展到柯西“在某些變數(shù)間存在著一定的關(guān)系，當一經(jīng)給定其中某一變數(shù)的值，其他變數(shù)的值可隨著而確定時，則將最初的變數(shù)叫自變量，其他各變數(shù)叫作函數(shù)”，其間經(jīng)歷了多次表述上的演變，成為1930年新的現(xiàn)代函數(shù)定義為“若對集合M的任意元素x，總有集合N確定的元素y與之對應，則稱在集合M上定義一個函數(shù)，記為y=f(x).元素x稱為自變元，元素y稱為因變元”.從初中到高中的教材中可以看到一些函數(shù)概念發(fā)展的歷史痕跡（只是表現(xiàn)了兩個有代表性的形式），但作為高中數(shù)學教師，應該深刻理解這一發(fā)展歷程，我們知道概念的形成過程決定著它的教學過程，所以，我們必須理解這一過程，并能從中得出這一概念的教學設計.

二、學生對函數(shù)概念的理解

高中學生對函數(shù)概念的理解基礎是，一個數(shù)量隨著另一個數(shù)量變化而變化（或不變），即有一個數(shù)量叫作自變量，它的變化引起另一個叫作函數(shù)值的數(shù)量單值變化（或不變），構(gòu)成這一變與不變的整體.但是，對于高中要研究的定義域和值域并沒有上升為概念，只是知道自變量取一個范圍得到函數(shù)值的一個范圍.初中數(shù)學認識行為一直發(fā)生在數(shù)量的、靜態(tài)的層次上，而高中要達到：“一個數(shù)集（非空）與另一個數(shù)集（非空）之間，存在一種對應關(guān)系（當然是指兩集合元素），對于前者的每一個元素，在后者中都能找到唯一的元素與之對應，兩個集合及對應關(guān)系構(gòu)成一個整體”，乃至“函數(shù)是兩個數(shù)集之間的一種特殊關(guān)系，這個關(guān)系滿足前者的任意一個元素都與后者中唯一元素對應”這一水平，這就是要實現(xiàn)一次從具體到抽象的飛躍，若省略其中的發(fā)展過程，學生就不會真正理解的，以前流行的教學過程是，給出定義、分析定義，給出定義的注意事項、練習，這一過程就會有如章建躍所說“在不適當?shù)臅r候、用不適當?shù)姆椒◤娬{(diào)細節(jié)，把學生‘教糊涂了”的后果.縱觀函數(shù)概念發(fā)展歷程，這兩種定義之間要經(jīng)歷一個從感性認識到理性認識的過程，即要通過學生易于理解和掌握的實例架設認識、理解的橋梁.

三、實施教學

首先，引入具體函數(shù)關(guān)系.例如，（1）數(shù)學課本的價格是7.75元/本，買x本所需錢y元；（2）某人騎自行車的速度為7.75米/秒，騎行x秒的距離y米.列出x,y的關(guān)系式，并考慮兩者的異同.對于這兩個函數(shù)關(guān)系，學生很容易理解，而且基本上能夠順利完成.可能有的教師會認為，這樣的問題沒有意思，不能大幅提升學生對概念的理解，但是，要注意這確是理解概念的必由之路，這個思維過程就是要讓學生“自動地”向理解高度邁進.當然，這組例子只是說明相同的表達式未必是相同的函數(shù)，引入類似的例子是幫助學生以具體的函數(shù)為背景，逐漸認識函數(shù)的要素之一，我們還可以繼續(xù)研究下去，比如，此二函數(shù)自變量范圍不同，是怎樣影響函數(shù)取值范圍不同的？在將來研究函數(shù)圖像時，仍可以此為例討論其圖像的異同等.以上這個過程可以稱之為辨別不同的刺激模式.

在課堂教學中，我們不要怕在建立、認識概念的環(huán)節(jié)上“費”時間，從長遠的角度看，這是值得的甚至是必要的！實踐中，筆者就是在此多花些時間，讓學生“自行”認識函數(shù)概念，并在恰當時機讓學生自己總結(jié)所得，知道學生完成類似“已知函數(shù)y=x2的值域是［0,1］，是寫出其一個定義域”的問題，結(jié)果讓相鄰的學生互相對比發(fā)現(xiàn)，這“一個”定義域可以是不同的，再讓學生思考他們所關(guān)心的函數(shù)是否相同，進而說明題中所說的函數(shù)是一個類.如此，學生應該逐漸領悟定義中的一些詞句.值得一提的還有，學生從文字描述到符號描述過渡，也需要一定的時間和實踐來完成，所以，純粹的符號語言不要給得過早.

其次，引入具體事例，比如乘出租車的費用、峰谷制用電收費等，讓學生自己解決實際問題，并從中認識到分段函數(shù)的價值，而不應該一開始就研究類似“y=x2(x>1)

2-x(x≤1)”的人為分段函數(shù).結(jié)合函數(shù)性質(zhì)，可以讓學生逐漸認識到函數(shù)的分類（應該弄清楚不同的分類標準），這一過程就是分化和類化不同刺激模式.

涉及具體函數(shù)類后，也需要經(jīng)歷由具體到抽象的過程，并以此達到類別屬性在學生頭腦中的穩(wěn)定狀態(tài).比如，要引導學生自行鑒別指數(shù)函數(shù)和冪函數(shù)的不同屬性，等等.以下著重說明三角函數(shù)的概念的形成與教學設計.

三角函數(shù)的發(fā)展歷程比較復雜，但是我們可以略去歷史上的“坎坷”，而讓學生從自然現(xiàn)象和實際問題中感受到周期的概念，因為三角函數(shù)實際上是一類周期現(xiàn)象的數(shù)學模型.有不少教師在引入三角函數(shù)時，會忽略教材中有關(guān)周期現(xiàn)象的描述，如水車、摩天輪、潮汐現(xiàn)象、太陽光線射角的變化規(guī)律等自然現(xiàn)象和實際問題，他們的理由是“浪費時間”，但這一忽略卻錯過了學生對三角函數(shù)本質(zhì)屬性的認識

機會，從而也導致在處理實際問題時，不能順利地建立三角函數(shù)模型，也就使這一學習過程失去了實際意義.

章建躍曾這樣說：三角函數(shù)是刻畫周期現(xiàn)象的數(shù)學模型，是勻速圓周運動的本質(zhì)表現(xiàn)；角是“轉(zhuǎn)”出來的，與單位圓上的點(x,y)可以建立一種對應關(guān)系；研究勻速圓周旋轉(zhuǎn)最重要的是……三角函數(shù)是圓的幾何性質(zhì)的代數(shù)表示.這一段話道出了在幫助學生建立三角函數(shù)概念，以及認識三角函數(shù)的順序等.前面提到的四個周期現(xiàn)象的例子中，前兩個就是勻速圓周運動，后兩個則是這種現(xiàn)象的另一類表現(xiàn)形式，因此這兩例應該在學生認識三角函數(shù)概念以后再引入.筆者在課堂教學實踐中就是采用這樣的順序或模式，首先與學生共同考察勻速圓周運動，關(guān)心圓周上一點的變化規(guī)律，在平面直角坐標系中實現(xiàn)這一規(guī)律，用幾何的方法找出相應的數(shù)量關(guān)系，再表述為代數(shù)表達式，如“單位圓上一動點的縱坐標與其旋轉(zhuǎn)角θ的關(guān)系是怎樣的”，在實施教學的過程中，著意實現(xiàn)“三角函數(shù)從單位圓中來，再到單位圓中去”的過程，從而也就實現(xiàn)了學生能夠自覺地運用單位圓來探究三角函數(shù)的圖像、性質(zhì)，而不再是以往“單位圓是研究三角函數(shù)的一個有效工具”的觀點.在研究其圖像時，沒有放過“勻速圓周運動可以表現(xiàn)出正弦曲線”轉(zhuǎn)化機會，而且在這一轉(zhuǎn)化過程中，還可以讓人感受到，幾何圖形是代數(shù)關(guān)系的變現(xiàn)形式，同一個幾何現(xiàn)象可能有不同的代數(shù)刻畫，這樣一來，再去理解后兩個周期現(xiàn)象就不難了.在教學過程中，我們還可以利用適當?shù)臅r機指導學生認識到，三角函數(shù)的很多性質(zhì)實際是來源于單位圓！從實際教學效果來看，學生確實能夠接受并牢固掌握三角函數(shù)這一本質(zhì)，也使得教學難點得以化解.

四、體會與感想

在高中課堂教學中，如果抓不住數(shù)學概念的核心，不能保持前后一致、貫穿始終的數(shù)學思想主線，在學生沒有基本了解數(shù)學概念和思想方法時就陷入枯燥而且量大的解題操練，導致教學缺乏必要的根基，教學活動不得要領，在無關(guān)大局的細枝末節(jié)上耗費學生的寶貴時間，數(shù)學課堂中效益、質(zhì)量“雙低”.學生花大量時間學數(shù)學，做無數(shù)的練習，但數(shù)學基礎仍很脆弱，離手就忘.

五、努力的方向

我們的有效性教學還處在一個發(fā)展階段，作為教師還需要不斷地學習、研究數(shù)學概念教學，尤其是核心概念的教學.這就要求教師本身研究核心概念以及概念的核心，研究概念在數(shù)學中的地位和功能，研究概念的發(fā)展歷程，把握概念之間的聯(lián)系和脈絡，整體地認識初高中數(shù)學的知識體系和學生的認識規(guī)律，從而認識到學生的認識體系，提高教師駕馭教材、使用教材、設計教學的能力.總之，概念的發(fā)展歷程決定著概念的教學設計.

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章建躍.中學數(shù)學教學概論［M］.北京：北京師范大學出版社，2007.