☉重慶市教育科學(xué)研究院 張曉斌
☉重慶市渝中區(qū)教師進(jìn)修學(xué)院 王躍輝
集合的含義是數(shù)學(xué)學(xué)科中的一個(gè)重要而基本的概念,是學(xué)生進(jìn)入高中數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的第一個(gè)數(shù)學(xué)概念.教師教學(xué)時(shí),常常是采取一個(gè)概念加幾個(gè)注意,接著就是按概念應(yīng)用的幾個(gè)步驟進(jìn)行教學(xué),導(dǎo)致學(xué)生不能從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)和理解集合的含義.究其原因主要有四方面:一是教師缺乏必要的數(shù)學(xué)學(xué)科素養(yǎng),只知道原始概念不能用數(shù)學(xué)語言加以定義,而不知道描述也是一種概念的定義方式;二是教師對(duì)集合概念教學(xué)的認(rèn)識(shí)不足,沒有真正弄清集合概念在學(xué)生學(xué)習(xí)后繼內(nèi)容中的重要作用;三是教師沒有讀懂《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱《課標(biāo)》)中“通過實(shí)例,了解集合的含義”[1]的要求,教學(xué)目標(biāo)的把握存在問題;四是教師不能從整體上把握中、小學(xué)數(shù)學(xué)教材,只是教教材而不是用教材.為幫助教師弄清《課標(biāo)》要求,準(zhǔn)確把握教學(xué)目標(biāo),理解教材和“用好”教材,促進(jìn)教師的過程性教學(xué),使學(xué)生從本質(zhì)上理解集合概念,現(xiàn)僅選取筆者對(duì)集合概念教學(xué)的一個(gè)引入片段,以教學(xué)設(shè)計(jì)的方式給出,同時(shí)附上相應(yīng)的教學(xué)評(píng)述,希望對(duì)大家教學(xué)集合的概念有所啟迪和幫助.
“集合的含義與表示”是人教A版必修1第一章集合與函數(shù)的概念中1.1集合的第一課時(shí),主要包含集合的含義與集合的表示兩個(gè)內(nèi)容.[2]
集合是現(xiàn)代數(shù)學(xué)的基本語言,可以簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確地表達(dá)數(shù)學(xué)內(nèi)容.在高中數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中,集合的初步知識(shí)與其他內(nèi)容有著密切的聯(lián)系,是學(xué)習(xí)、掌握和使用數(shù)學(xué)語言的基礎(chǔ).
集合是一個(gè)原始概念,不能用其他數(shù)學(xué)概念來加以嚴(yán)格定義,而只能用自然語言給予描述和解釋,因而它具有高度的抽象性,學(xué)生很難對(duì)其真正理解和掌握,集合論的應(yīng)用更是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn).中小學(xué)數(shù)學(xué)教材為了解決這些問題,把集合論的知識(shí)分成了三個(gè)階段.小學(xué)階段:主要在教材中滲透集合的思想方法,用集合的圖示法讓學(xué)生直觀理解相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí),從中體會(huì)集合思想方法的作用.初中階段:在小學(xué)對(duì)集合的思想方法有了一定的感性認(rèn)識(shí)和應(yīng)用的基礎(chǔ)上,教材進(jìn)一步向?qū)W生介紹一些具體的集合和用集合來定義數(shù)學(xué)概念,但不涉及集合的意義,讓學(xué)生接觸一些具體的集合.高中階段:教材在小學(xué)和初中的基礎(chǔ)上讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)集合論的初步知識(shí).這種螺旋式上升的處理方式既考慮了各個(gè)階段學(xué)生的年齡特點(diǎn)和心理特征,又考慮了學(xué)生的認(rèn)知水平和認(rèn)知能力,對(duì)于學(xué)生理解和掌握集合內(nèi)容是很有好處的.教材的這種安排方式充分考慮了小初高集合內(nèi)容的教學(xué)銜接,也希望教師在教學(xué)集合概念時(shí),要從學(xué)生在小學(xué)和初中的已有集合經(jīng)驗(yàn)出發(fā),引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生獲取集合的含義,讓學(xué)生經(jīng)歷集合概念的逐步抽象概括過程.
根據(jù)以上分析可知,本節(jié)課的重點(diǎn)是集合概念的形成過程,而難點(diǎn)則是集合概念本身的正確理解.
《課標(biāo)》對(duì)集合概念的要求是:“通過實(shí)例,了解集合的含義.”這個(gè)要求總體來說包含兩方面的內(nèi)容:一是規(guī)定了教師的教與學(xué)生的學(xué)——以實(shí)例進(jìn)行教學(xué)和學(xué)習(xí);二是明確了教師的教與學(xué)的目標(biāo)——了解集合的含義.從目標(biāo)的三個(gè)領(lǐng)域來分析其目標(biāo)“了解集合的含義”的水平和教與學(xué)的行為要求可知:知識(shí)與技能的水平要求是了解,教與學(xué)的行為要求是感知、認(rèn)識(shí)和識(shí)別等;過程與方法的水平要求是經(jīng)歷,教與學(xué)的行為要求是觀察、經(jīng)歷、體驗(yàn)、操作、參與和嘗試等;而情感、態(tài)度與價(jià)值觀的水平要求是反應(yīng)與認(rèn)同,教與學(xué)的行為要求是感受和體會(huì)等.于是,根據(jù)課堂教學(xué)目標(biāo)三個(gè)領(lǐng)域之間的關(guān)系,我們可把該部分的教學(xué)目標(biāo)陳述如下:
(1)通過列舉生活實(shí)際與數(shù)學(xué)學(xué)科中的具體例子認(rèn)識(shí)與識(shí)別,知道什么是集合.
(2)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所舉實(shí)例進(jìn)行分析并形成集合的概念,經(jīng)歷集合概念的形成過程,并在這個(gè)過程中達(dá)成對(duì)集合概念的認(rèn)同,并嘗試用自己的語言來描述集合.
在小學(xué)和初中,學(xué)生已經(jīng)接觸過一些集合,對(duì)集合的一些思想方法有所了解,并會(huì)應(yīng)用集合的思想方法來理解和解決相應(yīng)的數(shù)學(xué)知識(shí)與數(shù)學(xué)問題.例如,小學(xué)在講數(shù)的加法時(shí)就用了集合的并集思想,在講數(shù)的減法時(shí)就用了集合的差集思想,而在講兩數(shù)的最小公倍數(shù)和最大公約數(shù)時(shí)則用了集合的交集思想.又如,初中代數(shù)中學(xué)生接觸了一些具體的集合:“自然數(shù)的集合”、“有理數(shù)的集合”、“不等式解的集合”等,而在平面幾何中講圓的概念和線段的垂直平分線的概念時(shí),都是用集合來定義的.學(xué)生的這些知識(shí)經(jīng)驗(yàn)都是為學(xué)習(xí)集合概念奠定了基礎(chǔ),教學(xué)中教師要充分利用好這些有利因素.
教材中所給出的集合概念的描述:“一般地,我們把研究對(duì)象統(tǒng)稱為元素,把一些元素組成的總體叫做集合(簡(jiǎn)稱為集).”[2]高度概括,過于簡(jiǎn)潔,學(xué)生很難理解.教學(xué)時(shí),教師要注意引導(dǎo)學(xué)生用自己的語言來描述集合.
通過對(duì)過去高一、高二和高三學(xué)生的調(diào)查,幾乎沒有一個(gè)學(xué)生能用自己的語言來描述什么叫做集合.究其原因是教師對(duì)集合概念的教學(xué)認(rèn)識(shí)不足,教學(xué)時(shí)沒有讓學(xué)生經(jīng)歷集合概念的抽象概括過程,而是直接給出其概念,然后就講集合的表示與應(yīng)用,從而導(dǎo)致學(xué)生不能真正理解集合的概念.教學(xué)時(shí),教師要從具體的集合例子入手,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)構(gòu)成集合的對(duì)象及其對(duì)象所具有的特點(diǎn)進(jìn)行分析,逐步引導(dǎo)學(xué)生獲得集合的概念.
(1)學(xué)生在小學(xué)和初中已經(jīng)接觸了一些集合,這些知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為集合概念的教學(xué)奠定了基礎(chǔ).
(2)根據(jù)高一學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平和思維能力,學(xué)生已具備了一定的分析問題和解決問題的能力,以及具備了一定的語言描述能力,這些都是教師引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷集合概念的抽象概括過程的重要保證.
觀察與思考:圖1和圖2是我們小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中所接觸過的,[3][4]它們分別幫助我們理解和掌握了哪些數(shù)學(xué)知識(shí)?
設(shè)計(jì)意圖與建議:該“觀察與思考”旨在通過學(xué)生對(duì)小學(xué)數(shù)學(xué)中“數(shù)的加法”、“數(shù)的減法”、“最小公倍數(shù)”和“最大公約數(shù)”學(xué)習(xí)時(shí)所接觸的相關(guān)圖示引出本節(jié)課的課題——集合概念,讓學(xué)生感受到將要學(xué)習(xí)的新知識(shí)是舊知識(shí)的引伸和發(fā)展.教學(xué)時(shí),當(dāng)學(xué)生做出正確回答之后,教師可直接告知學(xué)生,在小學(xué)我們學(xué)習(xí)數(shù)的加法、減法、最小公倍數(shù)和最大公約數(shù)中所用的這些圖示實(shí)際上蘊(yùn)含了數(shù)學(xué)學(xué)科中的一種很重要的數(shù)學(xué)思想與方法——集合思想,從而引出課題.
想一想:在初中數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中,我們接觸了哪些具體的集合?
設(shè)計(jì)意圖與建議:“觀察與思考”只能讓學(xué)生對(duì)集合有一個(gè)模糊的感受——它與圖示有關(guān),而學(xué)生在初中已經(jīng)具體接觸了一些集合,所以設(shè)計(jì)該“想一想”有兩個(gè)意圖:一是讓學(xué)生明白集合并不陌生——初中就有所接觸;二是通過對(duì)初中所接觸的具體集合的列舉為后面進(jìn)一步研究集合做好準(zhǔn)備工作.教學(xué)時(shí),要引導(dǎo)學(xué)生把“自然數(shù)的集合”、“有理數(shù)的集合”、“某個(gè)不等式解的集合”、“到一個(gè)定點(diǎn)的距離等于定長(zhǎng)的點(diǎn)的集合(圓)”、“到一條線段的兩個(gè)端點(diǎn)距離相等的點(diǎn)的集合(線段的垂直平分線)”等說出來,同時(shí)教師把相應(yīng)的集合也寫在黑板上,為后面的進(jìn)一步研究做準(zhǔn)備.
閱讀與舉例:請(qǐng)大家閱讀教材中所列舉的8個(gè)集合例子,[2]并試著列舉生活與學(xué)習(xí)中的集合例子.
設(shè)計(jì)意圖與建議:該環(huán)節(jié)的意圖主要有:一是讓學(xué)生了解集合與我們的生活、學(xué)習(xí)息息相關(guān),無處不與集合打交道,從而使學(xué)生認(rèn)識(shí)到研究集合的必要性;二是為研究集合提供大量的素材,以便于對(duì)集合進(jìn)行研究,弄清什么叫做集合;三是讓學(xué)生學(xué)會(huì)并自覺地讀教材,培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力.教學(xué)時(shí),要啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生大膽地進(jìn)行舉例,并根據(jù)學(xué)生的回答情況適時(shí)地予以補(bǔ)充和完善.
分組討論:分組方法——同桌兩個(gè)同學(xué)為一組;活動(dòng)要求——根據(jù)組成集合的對(duì)象的屬性把列舉的所有集合進(jìn)行分類,并思考集合可以由哪些對(duì)象組成;交流方式——以小組為單位進(jìn)行集體交流.
設(shè)計(jì)意圖與建議:從所列舉的這些集合中可以看出:屬性不同的對(duì)象一定不在同一個(gè)集合中,而不同集合的對(duì)象的屬性可以是相同的,這里的屬性是指:數(shù)、圖形、物、…….因此,弄清什么對(duì)象可以組成集合就成為研究集合最基本的出發(fā)點(diǎn).為了讓學(xué)生養(yǎng)成合作學(xué)習(xí)的習(xí)慣和培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)的精神,我們?cè)O(shè)計(jì)了這個(gè)活動(dòng).該環(huán)節(jié)旨在讓學(xué)生通過分類的方法,了解組成一個(gè)集合的對(duì)象可以是世間萬事萬物.教學(xué)時(shí),要讓學(xué)生知道這里的每一類也構(gòu)成一個(gè)集合,即組成集合的對(duì)象還可以是集合,它對(duì)學(xué)生深刻理解集合概念是很有好處的.
探究:同一集合中的對(duì)象有什么特點(diǎn)?試舉例說明.
設(shè)計(jì)意圖與建議:通過上面的活動(dòng),學(xué)生已經(jīng)知道不同類的集合中的對(duì)象其屬性是不相同的,并直觀感知:盡管同一類中不同集合的對(duì)象的屬性是相同的,但是不同集合的對(duì)象卻具有不同的特點(diǎn).于是,研究“同一個(gè)集合中的所有對(duì)象有沒有一個(gè)共同特點(diǎn)”就成為必然,所以在教學(xué)中我們?cè)O(shè)計(jì)了這樣一個(gè)思考題.教學(xué)中教師要啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生大膽地把自己的發(fā)現(xiàn)說出來,并會(huì)使用例子予以佐證.在我們的教學(xué)過程中,學(xué)生就給出了如下一些結(jié)論:①集合中的所有對(duì)象都滿足同一個(gè)條件;②集合中的所有對(duì)象都有相同的特點(diǎn);③集合中的所有對(duì)象都有相同的性質(zhì)等.
該探究的主要意圖是通過“思考”讓學(xué)生從本質(zhì)上理解各個(gè)集合.因此該環(huán)節(jié)既是教師引導(dǎo)學(xué)生獲取集合概念的關(guān)鍵,又是學(xué)生用自己的語言來描述集合的基礎(chǔ).
想一想:請(qǐng)大家根據(jù)以上結(jié)論,思考什么叫做集合?
設(shè)計(jì)意圖與建議:通過上一環(huán)節(jié)“探究”,學(xué)生已經(jīng)獲得了若干個(gè)集合特點(diǎn)的結(jié)論,并且學(xué)生會(huì)從中看出所有的結(jié)論實(shí)質(zhì)是相同的,只是說法不同.比如,都滿足與都有,同一個(gè)條件與相同的特點(diǎn)和相同的性質(zhì)等,只是用了不同的詞語來表述,其本質(zhì)是相同的.而這些結(jié)論都反映了集合的本質(zhì)屬性,所以這個(gè)“想一想”的出現(xiàn)是很自然的事情.教學(xué)時(shí),教師要在啟發(fā)和引導(dǎo)上下功夫,并讓學(xué)生大膽地把自己的想法說出來.教學(xué)實(shí)踐表明,只要教師進(jìn)行恰當(dāng)?shù)膯l(fā)和適時(shí)的引導(dǎo),學(xué)生完全能夠描述什么叫做集合.例如,在我們的教學(xué)過程中:
有的學(xué)生說:集合是把具有相同條件的所有對(duì)象合在一起;
有的學(xué)生說:集合是把滿足同一條件的所有對(duì)象并在一起;
有的學(xué)生說:集合是把具有相同特點(diǎn)的所有對(duì)象看成一個(gè)整體;
有的學(xué)生說:集合是把具有相同性質(zhì)的所有對(duì)象集在一起;
……
學(xué)生對(duì)集合的這些不同的描述也為學(xué)生后面學(xué)習(xí)集合的表示法做好了鋪墊.
該教學(xué)設(shè)計(jì)盡管不是一節(jié)課的完整設(shè)計(jì),而只是關(guān)于引出“集合概念”知識(shí)的一個(gè)片段,但它卻抓住了教學(xué)中的主要問題.各個(gè)環(huán)節(jié)緊緊圍繞“集合概念”這個(gè)中心展開,讓學(xué)生經(jīng)歷了概念的逐步抽象概括過程,弄清了概念的來龍去脈,使學(xué)生從本質(zhì)上理解和把握概念,并初次體會(huì)了給數(shù)學(xué)概念下定義的過程,從而享受了數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的樂趣.具體地說有如下幾個(gè)特點(diǎn):
從教學(xué)內(nèi)容分析可以看出,筆者對(duì)中小學(xué)數(shù)學(xué)教材做了認(rèn)真細(xì)致的研究,弄清了教材對(duì)集合概念與思想在各個(gè)階段的安排意圖,對(duì)中小學(xué)數(shù)學(xué)教材從整體上予以把握.正如前面教學(xué)內(nèi)容分析中所述:小學(xué)階段主要滲透集合的思想方法,用集合的圖示法讓學(xué)生直觀理解相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí),從中體會(huì)集合思想方法的作用.初中階段向?qū)W生介紹一些具體的集合和用集合來定義數(shù)學(xué)概念,但不涉及集合的意義,使學(xué)生對(duì)集合有一個(gè)比較具體的認(rèn)識(shí).高中階段讓學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)集合論的初步知識(shí).
通常教師在陳述教學(xué)目標(biāo)時(shí)存在三個(gè)方面的問題:一是冠以一些空洞的理論,對(duì)教學(xué)沒有實(shí)際指導(dǎo)意義;二是把《課標(biāo)》中的教學(xué)要求進(jìn)行“復(fù)制→粘貼”,沒有自己的認(rèn)識(shí)與理解;三是把三維目標(biāo)割裂開來分別闡述,條目多而雜,主要目標(biāo)不突出.而筆者在確定以上教學(xué)目標(biāo)時(shí),緊緊圍繞《課標(biāo)》的要求,首先,從總體上分析該要求對(duì)教師的教與學(xué)生的學(xué)作了什么規(guī)定,然后,從目標(biāo)的三個(gè)領(lǐng)域?qū)υ撘髲乃揭蠛徒膛c學(xué)的行為方式上進(jìn)行分析,最后,根據(jù)目標(biāo)的三個(gè)領(lǐng)域之間的關(guān)系,綜合成兩條予以表述.目標(biāo)定位準(zhǔn)確,陳述方式合理,既說明了教師的教學(xué)行為方式,又明確了學(xué)生的學(xué)習(xí)行為方式,操作性強(qiáng),對(duì)教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和課堂教學(xué)都具有實(shí)際指導(dǎo)作用.應(yīng)該說,以上筆者的教學(xué)目標(biāo)解析為廣大教師準(zhǔn)確確定教學(xué)目標(biāo)提供了一種范例.
在教學(xué)中,筆者在新知的教學(xué)過程中,既注重知識(shí)的前后聯(lián)系,又關(guān)注了學(xué)生的已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn),把小初高的內(nèi)容串通一氣,融為一體,一氣呵成,具體表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是在課題引入時(shí),筆者通過“觀察與思考”,讓學(xué)生了解即將學(xué)習(xí)的新知識(shí)在小學(xué)就已經(jīng)接觸和使用過了,并不陌生,這樣學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)就有了一種親近感,學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣自然就會(huì)被激發(fā)起來,學(xué)生會(huì)想,“什么叫做集合呢?”從而使得課題的出現(xiàn)順理成章.事實(shí)上,教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生會(huì)自然地把圈圖與集合聯(lián)系起來,盡管它是學(xué)生對(duì)集合的一個(gè)朦朧認(rèn)識(shí),但它為學(xué)生后面學(xué)習(xí)集合的圖示法做了鋪墊.二是在課題引入之后的“想一想”,讓學(xué)生對(duì)集合有了一個(gè)更為具體的直觀感知,而相應(yīng)的具體集合也為后面進(jìn)一步研究什么叫做集合做好了準(zhǔn)備工作.
筆者在教學(xué)中依據(jù)《課標(biāo)》對(duì)學(xué)生 的學(xué)習(xí)活動(dòng)提出了要求,根據(jù)具體的“集合概念”知識(shí)內(nèi)容的特點(diǎn),恰時(shí)恰點(diǎn)設(shè)計(jì)了分組活動(dòng).其活動(dòng)既有分組的方法,又有活動(dòng)的具體要求,同時(shí)還有活動(dòng)之后又怎么做,活動(dòng)目標(biāo)明確.讓學(xué)生在活動(dòng)過程中體驗(yàn)數(shù)學(xué)地研究問題的思路與方法,了解組成一個(gè)集合的對(duì)象可以是世間萬事萬物,同時(shí)讓學(xué)生養(yǎng)成合作學(xué)習(xí)的習(xí)慣和培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)的精神.
筆者的教學(xué)設(shè)計(jì)共有6個(gè)環(huán)節(jié),每個(gè)環(huán)節(jié)都圍繞集合概念一環(huán)扣一環(huán),后一環(huán)節(jié)既是前一環(huán)節(jié)的延伸、發(fā)展,又是后一環(huán)節(jié)的基礎(chǔ),使得每個(gè)環(huán)節(jié)的出現(xiàn)既自然又必要.我們可把這6個(gè)環(huán)節(jié)分為“思考”、“閱讀”和“活動(dòng)”三大類,每一類都在引發(fā)學(xué)生思考上下功夫.比如,在學(xué)生活動(dòng)的基礎(chǔ)上得到“組成集合的對(duì)象可以是世間萬事萬物”和“同一類中不同集合的對(duì)象的屬性是相同的,但是不同集合的對(duì)象卻具有不同的特點(diǎn)”的結(jié)論之后,我們必須研究同一個(gè)集合中的不同對(duì)象是否具有相同的特點(diǎn),所以緊跟了一個(gè)探究欄目,而這個(gè)探究欄目又是后面研究如何描述集合的基礎(chǔ),并且它需要學(xué)生通過一定的思考之后才能給出結(jié)論,其思維的強(qiáng)度適中,學(xué)生力所能及.
筆者在整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)中,緊緊圍繞集合概念,讓學(xué)生從特殊到一般,采用分類討論,由具體到抽象經(jīng)歷集合概念的逐步抽象概括的全過程.在這個(gè)過程中,無論是學(xué)生的分析問題和解決問題的能力,還是學(xué)生的語言表達(dá)能力,以及學(xué)生數(shù)學(xué)地思考問題的能力都得到了較好的培養(yǎng).尤其是在最后一個(gè)環(huán)節(jié)讓學(xué)生用自己的語言來描述集合的含義,對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣和學(xué)好數(shù)學(xué)都很有好處.
此外,本設(shè)計(jì)的另一個(gè)亮點(diǎn)是:每個(gè)環(huán)節(jié)都有“設(shè)計(jì)意圖與建議”的說明,特別是其中的教學(xué)建議,它表明該設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的可操作性與可借鑒性.這也是本設(shè)計(jì)與其他教學(xué)設(shè)計(jì)的不同之處.
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