思悟數(shù)學的教學探索

【摘 要】函數(shù)是中學數(shù)學的重要內(nèi)容，函數(shù)概念是中學數(shù)學中最重要的概念之一。厘清函數(shù)概念，理解函數(shù)思想，把握函數(shù)本質(zhì)，是學好函數(shù)內(nèi)容、學好數(shù)學、運用函數(shù)知識解決數(shù)學問題的關鍵和根本。教學中，要引導學生“思悟數(shù)學”，實現(xiàn)從有效教學到深度學習。

【關鍵詞】函數(shù)概念;思悟數(shù)學;有效教學;深度學習

【中圖分類號】G633.6? 【文獻標志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2019）67-0074-06

【作者簡介】龐彥福，江南大學附屬實驗中學（江蘇無錫，214036）教師，正高級教師，江蘇省特級教師。

思悟數(shù)學，思什么？悟什么？當下，很多的數(shù)學教學成了“解題教學”，數(shù)學學習變成了“做題目”。學生做了很多數(shù)學題，但學生對數(shù)學的認識與理解并未水漲船高，學生的數(shù)學學科素養(yǎng)并未得到提升。面對如此的教學，學生的作業(yè)、考試的試卷必然出現(xiàn)這樣那樣的問題或錯誤。不少學生、家長乃至有的教師把學生本不該出現(xiàn)的問題與錯誤當成了“失誤”。其實這種“失誤”是嚴重的錯誤，是缺少理性思考的錯誤，是對數(shù)學知識沒能理解的“失誤”。要減少或克服這種“失誤”，需要的是對數(shù)學內(nèi)容的深度思考、理解與體悟，故筆者簡稱為“思悟數(shù)學”。思，要思是什么，為什么是什么，為什么不是什么;悟，要悟過程，悟規(guī)律，悟原理，悟本質(zhì)。

“函數(shù)”是中學數(shù)學的重要內(nèi)容，是數(shù)學中最重要的基本概念之一，同時也是學生普遍感到難學、難懂，教師普遍認為難教的內(nèi)容?！昂瘮?shù)”在蘇科版教科書中屬于八年級上冊內(nèi)容，第一節(jié)“函數(shù)”內(nèi)容主要涉及常量、變量以及函數(shù)的定義。鑒于函數(shù)定義的抽象性，而且又是初中階段重要的數(shù)學內(nèi)容，是基本的數(shù)學概念，筆者將“函數(shù)”的教學價值，定位于：厘清函數(shù)概念，讓學生思悟“什么是函數(shù)”“函數(shù)是什么”，同時將“體悟世間萬物的‘變與‘不變”以及“領悟‘對應的內(nèi)涵”作為本節(jié)課的教育價值。

一、教學理解

1.概念本質(zhì)。

高屋建瓴地弄清數(shù)學概念的“外部”關系，精確地把握數(shù)學概念的“內(nèi)部”結(jié)構(gòu)[1]，是數(shù)學教學有望獲得最佳效果的根本保證。何謂“概念”？“概”，古代一種量具用詞，表示對古代量具“斛”的滿量狀態(tài)做出校準，就是大略、總體或概括;念，就是想法、看法或觀點。概念就是人們對于一件事情或某種現(xiàn)象的大概總括的認識，是反映并確定客觀對象的本質(zhì)屬性的思維形式。人類在認識過程中，從感性認識上升到理性認識，把所感知的事物的共同本質(zhì)特點抽象出來，進而形成概念。

概念是思維的基本單位，數(shù)學概念是人類智慧的結(jié)晶，是數(shù)學邏輯的起點，是學生認知的基礎，是數(shù)學教學的核心，概念教學是中學數(shù)學教學中至關重要的一項內(nèi)容，是基礎知識和基本技能教學的關鍵，正確理解概念是學好數(shù)學的基礎，學好概念也是學好數(shù)學最重要的一環(huán)。數(shù)學概念的形成是由特殊到一般、由具體到抽象的過程。如果僅靠記憶的方法學習數(shù)學概念，是難以理解其本質(zhì)的。

2.函數(shù)概念。

世界是運動變化的，函數(shù)是研究運動變化的重要的具有普遍意義的數(shù)學模型，其概念是從現(xiàn)實情境的具體問題抽象出來的：一般的，在一個變化過程中，如果有兩個變量x和y，并且對于x的每一個確定的值，y都有唯一的值與其對應，那么我們就說x是自變量，y是x的函數(shù)。我們剖析函數(shù)概念的本質(zhì)，可以知道函數(shù)既來源于實際需要，又是數(shù)學自身發(fā)展的需要，是由常量數(shù)學過渡到變量數(shù)學的標志。理解函數(shù)概念應厘清：它是一個變化過程;它存在兩個變量;它是一種唯一對應關系（即“單值對應”）。這種“聯(lián)系變化和單值對應”[2]就是函數(shù)概念的本質(zhì)特征——函數(shù)不是數(shù)，而是一種對應關系。

理解函數(shù)之前的鋪墊應是適當?shù)?、自然的。對于所設置的問題情境，要體現(xiàn)“兩個變量互相聯(lián)系，當其中一個變量取定一個值時，另一個變量就有唯一確定的值與其對應”。還要讓學生明白：“常量和變量是相對變化過程而言的，有時可以相互轉(zhuǎn)化;如在s=vt中，若s一定，則v、t是變量，若v一定，則s、t就是變量?！?/p>

認識和理解函數(shù)的概念需要一個過程。佛教中的“看山是山，看水是水”，可以看作是對函數(shù)概念學習過程的朦朧認識，是“聞而信之”的過程;“看山不是山，看水不是水”，是“學后辨之”的過程，但仍是云里霧里的;“看山仍然山，看水仍然是水”，是指通過辨析理解內(nèi)化之后到了能夠“舉一反三”的層次。認識和理解函數(shù)概念應遵循“循序漸進”“螺旋上升”的原則。[3]

二、教學實施

1.從已有知識中回顧。

初中數(shù)學的學習過程中，函數(shù)內(nèi)容出現(xiàn)之前，已有了函數(shù)思想的影子。課堂上，教師不妨通過回顧、對話的方式喚醒知識，喚醒學生。在導入新課的過程中，從已經(jīng)學過的知識入手，尋找與函數(shù)思想相關聯(lián)的知識，進而為新知識學習進行鋪墊，營造學習、探究的良好氛圍，實現(xiàn)“學”“思”“悟”的潤物細無聲。

師：七年級上冊“3.1用字母表示數(shù)”，譬如字母x表示某班級的人數(shù)，其實x是變化的，是不確定的，但是它又是確定的，這已經(jīng)是函數(shù)思想的萌芽。大家想想：我們學過的內(nèi)容里還有哪些知識能夠體現(xiàn)函數(shù)思想？

生1：“3.3代數(shù)式的值”中，在一個代數(shù)式中，當字母取值變化時，代數(shù)式的值也隨之而變化，若給字母一個值時，代數(shù)式的值也隨之確定，這應該是能夠體現(xiàn)函數(shù)思想的。

生2：二元一次方程中，比如2x-y=5，如果寫成y=2x-5，y就會隨著x的變化而變化，又隨著x的確定而確定，從變量的角度來看就是函數(shù)。

師：同學們的思考是正確的，很有價值，這些充分說明，函數(shù)思想不僅體現(xiàn)在函數(shù)概念學習之后，在學習函數(shù)概念之前，早已存在于我們學習過的內(nèi)容里。

事實上，函數(shù)統(tǒng)領著代數(shù)式、方程、不等式，函數(shù)解析式中“=”的一側(cè)通常就是以代數(shù)式的形式呈現(xiàn)，用未知數(shù)的觀點看函數(shù)關系就是方程，不等式就是兩個函數(shù)之間關系的表示。八年級下冊要學習的“分式”一章中，探索分式有意義的條件相當于探索自變量的取值范圍，探索分式值為零的條件相當于已知函數(shù)值求自變量x的值。因此，我們在函數(shù)教學的前和后，都應滲透函數(shù)聯(lián)系、變化與對應的本質(zhì)，使函數(shù)概念的理解與內(nèi)涵貫穿于整個函數(shù)內(nèi)容的全過程，用函數(shù)的觀點來審視有關函數(shù)內(nèi)容。

在后續(xù)學習一次函數(shù)（包括正比例函數(shù)）、反比例函數(shù)、二次函數(shù)及銳角三角函數(shù)概念時，切忌出現(xiàn)“忘根”現(xiàn)象[4]，而是應該隨著這些特殊函數(shù)的學習，進一步豐富和充盈函數(shù)概念，并將其內(nèi)化和深化，使已有的函數(shù)概念推進一次函數(shù)、反比例函數(shù)、二次函數(shù)及銳角三角函數(shù)概念的教學。

2.從實際問題中抽象。

教科書中安排了豐富的可選用問題情境和學習資源，另外《義務教育數(shù)學課程標準（2011年版）》（以下簡稱“2011年版課標”）中的3個例子對認識和理解函數(shù)概念是具有普遍意義的。[4]

【例1】小明的父母出去散步，從家走了20分到一個離家900米的報亭，母親隨即按原速度返回。父親在報亭看了10分報紙后，用15分返回家。圖1中哪一個表示父親離家后距離與時間之間的關系？哪一個表示母親離家后距離與時間之間的關系？

生1：圖（2）表示的是母親離家后距離與時間之間的關系，清楚地看出從家到報亭與回來都是20分走了900米，速度一樣;圖（4）表示的是父親離家后距離與時間之間的關系，出去用20分走了900米，在報亭看報10分，回來用了15分。

師：對于圖（1）和圖（3）怎么解釋呢？

生2：觀察圖形可以看出：圖（3）出去走了900米用的時間是30分，時間不對;圖（1）中從20分～40分，是20分，而爸爸是看了10分報紙，時間也不對，而且回來的時間不明了。

師：分析得很好，體現(xiàn)出了“距離”隨“時間”“變化而變化”“確定而確定”的變化及對應關系，厘清了問題中的函數(shù)關系。

【例2】某書定價8元。如果一次購買10本以上，超過10本部分打八折。分析并表示購書數(shù)量與付款金額之間的函數(shù)關系。

師：同學們，該怎樣表示這種函數(shù)關系呢？

生1：可以列表格：

師：如果設購書數(shù)量為x本，付款金額為y元，那么怎樣表示這種函數(shù)關系呢？

生2：當x<10時，y=8x;當x>10時，y=8×10+6.4（x-10）=6.4x+16;當x=10時，y=80。

生3：也可以把x<10和x=10放在一起，即當x≤10時，y=8x;當x>10時，y=6.4x+16。

師：完全可以，更簡捷一些。隨著學習的不斷深入，這種函數(shù)關系，可以列成表格，可以寫出變化的關系式，還可以畫出函數(shù)的圖象，大家可以比較、辨別，從而選擇適宜的方式進行表達。

【例3】甲乙兩地相距20千米。小明上午8：30騎自行車由甲地去乙地，平均車速為8千米/時;小麗上午10：00坐公共汽車也由甲地去乙地，平均車速為40千米/時。分別表示兩個人所用時間與距離的函數(shù)關系，并回答誰先到達乙地。

……（因版面所限，教學過程略）

2011年版課標是教材編寫的依據(jù)，是教學的綱領性文件，教師多研讀它才能更好地理解教材、理解學生及理解教學。以上3個例子都是從數(shù)量的角度反映變化規(guī)律和對應關系，它們的共同特征：（1）是一個變化過程;（2）都有兩個變量，而且變量之間是相互聯(lián)系的，一個變量的變化會引起另一個量的相應變化;（3）其中的一個變量取一個確定的值，另一個變量就有唯一確定的值與之相對應（即“單值對應”）。這些恰好體現(xiàn)了函數(shù)思想的本質(zhì)。

3.從變與不變中探尋。

函數(shù)研究的是兩個變量之間的數(shù)量關系：一個變量的取值發(fā)生了變化，另一個變量的取值也發(fā)生變化，這就是函數(shù)表達的數(shù)量之間的對應關系。[5]例1和例3的兩個變量中，都蘊含著“一個量隨另一個量的變化而變化”。所揭示函數(shù)概念的本質(zhì)是：兩個變量之間的一種特殊的對應關系。函數(shù)概念所反映的基本思想是：運動變化。用函數(shù)概念建立模型，研究客觀現(xiàn)實的變化規(guī)律的基本方法是：用數(shù)量關系表示變量之間的依賴關系，并通過數(shù)及其運算等去研究變化規(guī)律。函數(shù)的變化規(guī)律與對應關系具有三個顯著特征（即核心思想）：（1）自變量的取值是有意義的（譬如實數(shù)或者是某個范圍）;（2）因變量（即函數(shù)值）的取值是唯一的;（3）必須借助數(shù)字以外的符號來表示函數(shù)。從后續(xù)學習中容易知道，關于符號的表達，也就是解析式、圖象以及列表。

函數(shù)與方程、不等式是從不同角度刻畫變量之間的數(shù)量關系，它們之間既有關聯(lián)又有本質(zhì)的區(qū)別。例如y=2x-3，是一個函數(shù)。若令y=0，表面上看，y=0與2x=3是等價的，但是，二者表達的意義是不同的，y=0表示函數(shù)的值為0，而2x=3表示的是變量之間的等量關系。同樣，y>0與2x>3表達的意義也是不同的。

函數(shù)與公式也是學習中容易出現(xiàn)理解不清的地方。比如，三角形的面積S=ah（a為三角形一邊，h為該邊的高）中，當a一定時，面積S就隨h的變化而變化;當h一定時，s隨a的變化而變化;同樣當s一定時，a也隨h的變化而變化。盡管如此，公式的變形與求值只是一種特殊的代入計算問題，與函數(shù)概念的運動、變化、聯(lián)系的特征是不相適應的。

4.從辨析過程中內(nèi)化。

概念的應用是概念學習的最高層次，對函數(shù)概念的理解往往需要借助于具體的例子。當教學中通過現(xiàn)實中的事例抽象出函數(shù)定義之后，不妨讓學生舉（編）例子來內(nèi)化對函數(shù)概念的理解。

師：既然同學們知道了什么是函數(shù)，請大家列舉出你理解的熟悉的函數(shù)來。

生1：上周末，我們家出去玩，爸爸給汽車加油時，我觀察加油表上的數(shù)字，油價是7.13元/升，加油過程中的金額w（元）與加油量x（升）之間可以表示為w=7.13x，金額w與油量x就是函數(shù)關系。

師：在加油的變化過程中，有兩個變量——加油量x與金額w，且變量x與w之間是相互聯(lián)系的，一個變量的變化會引起另一個量的相應變化，當一個變量取一個確定的值時，另一個變量就有唯一確定的值與之相對應，的確是函數(shù)，很好。

生2：小華在400米一圈的跑道上訓練，他跑一圈所用的時間t（秒）與他跑步的速度v（米/秒）關系式為t=，那么變量t，v之間就是函數(shù)關系。

師：的確是函數(shù)關系，很好。

師：同學們能舉出不是函數(shù)的例子嗎？

生3：對于變量x，y，若y2=x，當x=4時，y有2和-2兩個值，不是唯一的，所以y2=x不是函數(shù)。同樣| y |=x也不是函數(shù)。

生4（多次舉手）：我畫的是圖形，圖2的圖象表示的不是函數(shù)。

師：這個圖象怎么不是函數(shù)呢？能說得具體些嗎？

生4：如圖3，設l1、l2都是和x軸垂直的直線，從l1與圖象的交點看，當x取定一個數(shù)值時，y有唯一的值與之對應;但是從l2與圖象的交點看，當x取定一個數(shù)值時，y有3個值，已經(jīng)不是單值對應，當然就不是函數(shù)了。

師：很好，一個好的反例的確很有殺傷力。

……

三、教學反思

函數(shù)概念是初中數(shù)學重要的基礎課，基礎課就是種子，是胚胎，是生長，是成長，是發(fā)展，是光源，是方向，是引領。數(shù)學學習要做到“認識本真、體悟本質(zhì)、增長智慧”，就必須讓學生“思”讓學生“悟”。函數(shù)概念本來就是難啃的硬骨頭，如果不給學生思悟的空間和時間，就算教師備課時設計出了“高思維度”的有效素材，也難以使教學有效。只有激發(fā)學生學習的興趣，引發(fā)學生思考，才能讓學生進入深度學習的狀態(tài)。

函數(shù)是研究運動變化的重要數(shù)學模型，初中階段，函數(shù)定義是一種“變量說”（或“變化說”），到了高中，采用的對應、映射，故是一種“對應說”?！皺M看成嶺側(cè)成峰，遠近高低各不同。不識廬山真面目，只緣身在此山中?！睘槭裁磿杏X云山霧罩的？因為還在半山腰，當?shù)搅隧敺澹闶恰皶斄杞^頂，一覽眾山小”。函數(shù)概念的學習正是這樣的經(jīng)歷過程。

高中階段對函數(shù)的定義一般是：“一般地，設A、B都是非空的數(shù)集，如果按照某個確定的對應關系f，使對于集合A中的任意一個數(shù)x，在集合B中都有唯一確定的數(shù)f（x）和它對應，那么就稱f：A→B為從集合A到集合B的一個函數(shù)，記作y=f（x），x∈A，其中x叫自變量，x的取值范圍A叫做函數(shù)的定義域，函數(shù)值的集合{f （x）|x∈A}叫做函數(shù)的值域?！彼哉f，高中數(shù)學凸顯的是“對應”。其實，高中函數(shù)定義的“對應說”這與初中階段研究函數(shù)的“變量說”并不矛盾，而是一致的。大千世界中唯一不變的就是“變”。函數(shù)凸顯的是“變”，但本質(zhì)是“對應”。[6] 函數(shù)中從“特殊到一般”的思想、建立模型的思想、運動變化的思想以及數(shù)形結(jié)合的思想等是數(shù)學中常用的思想方法與技巧，學習中，應慢慢體味?！皬谋嫖鲞^程中內(nèi)化”環(huán)節(jié)，讓學生根據(jù)自己的經(jīng)驗和理解舉例子的過程，是學生加深理解與內(nèi)化的過程，俗話說“一個好例子勝過一千條說教”就是這個道理。認識函數(shù)、理解函數(shù)，是一個循序漸進、螺旋上升的過程。當然，教師教學更應螺旋式設計、生長式實施、遞進式追問。遞進式追問還應注意基礎性、層次性以及適宜性。教學過程中，要給學生“想”的空間，“悟”的時間，“潤”的氛圍，讓思悟數(shù)學落地生根。<＼＼ysc02＼工作盤 （D）＼邱＼江蘇教育＼中學＼06＼KT1.TIF>

【參考文獻】

[1]薛茂芳.數(shù)學概念及其教學（修訂版）[M].北京：光明日報出版社，2013.

[2]教育部基礎教育課程教材專家工作委員會.義務教育數(shù)學課程標準（2011年版）解讀[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[3]教育部.義務教育數(shù)學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[4]潘小梅.初中數(shù)學教學研究入門36問[M].杭州：浙江大學出版社，2017.

[5]史寧中.數(shù)學基本思想與教學[M].北京：商務印書館，2018.

[6]卜以樓.生長數(shù)學：卜以樓初中數(shù)學教學主張[M].西安：陜西師范大學出版社，2018.