王 鑫 岳增成 汪曉勤
(1. 成都市樹德中學(xué) 610031; 2. 杭州師范大學(xué)教育學(xué)院 311121;3. 華東師范大學(xué)教師教育學(xué)院 200062)
1972年開始作為國際數(shù)學(xué)教育大會(ICME)研究小組、1976年開始成為國際數(shù)學(xué)教育委員會(ICMI)國際附屬研究小組的數(shù)學(xué)史與數(shù)學(xué)教育(History and Pedagogy of Mathematics,簡稱HPM),是數(shù)學(xué)教育中成立最早且較為重要的研究領(lǐng)域之一.然而,直到2005年西安第一屆全國數(shù)學(xué)史與數(shù)學(xué)教育會議的召開,才標志著HPM開始進入我國學(xué)術(shù)界的視野.近些年來,HPM在國內(nèi)受到了廣泛關(guān)注,一方面,通過中國知網(wǎng)檢索發(fā)現(xiàn),2010年以來每年與之相關(guān)的文獻超過100篇,另一方面,以國內(nèi)最有影響力的數(shù)學(xué)教育類期刊之一《數(shù)學(xué)教育學(xué)報》為例,2010年后載文下載頻次前20的論文中,就有6篇與數(shù)學(xué)史、數(shù)學(xué)文化對數(shù)學(xué)教育的作用有關(guān)[1].但是,目前HPM在國內(nèi)的發(fā)展也存在一些問題,比如對已有研究不關(guān)注,研究方法缺乏科學(xué)性,缺少數(shù)學(xué)史家與一線數(shù)學(xué)教師的合作,缺少對學(xué)生認知發(fā)展的關(guān)注等[2].因此,有必要梳理國內(nèi)HPM的大致發(fā)展脈絡(luò),以引領(lǐng)我國HPM學(xué)科的發(fā)展.
20世紀上葉,一些歐美數(shù)學(xué)家、數(shù)學(xué)史家、數(shù)學(xué)教育家,如F·克萊因(C. F. Klein,1849~1925)、卡約黎(F. Cajori,1859~1930)、史密斯(D. E. Smith,1860~1944)、波利亞(G. Polya,1887~1985)、弗賴登塔爾(H. Freudenthal,1905~1990)等大力提倡在數(shù)學(xué)教學(xué)中運用數(shù)學(xué)史,正是由于這些先驅(qū)者的不懈推動,HPM成為了國際數(shù)學(xué)教育的新思潮,并發(fā)展出了為何與如何之探討、教育取向之歷史研究、歷史相似性實證研究、教學(xué)實踐與案例開發(fā)、HPM與教師專業(yè)發(fā)展、數(shù)學(xué)史融入教科書研究等研究方向.21世紀初HPM理念傳入中國后,起初,高校研究者以純數(shù)學(xué)史研究為主,并介紹一些國外HPM理論,中小學(xué)一線教師則主要通過講述數(shù)學(xué)家的奇聞軼事來激發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣,因此,HPM進入中國的早期階段,理論與實踐處于分離狀態(tài).在這樣的大背景下,汪曉勤教授受華東師范大學(xué)原校長劉佛年教授“教育研究工作者要深入實際,參加教育工作的調(diào)查和學(xué)校的教育試驗”的啟示,從2007年開始扎根中小學(xué)一線,與中小學(xué)數(shù)學(xué)教師合作開發(fā)HPM課例,目前已開發(fā)100余個課例,內(nèi)容涵蓋代數(shù)、幾何、解析幾何、三角和微積分等內(nèi)容.在豐富的實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)之上,逐步形成了以教育取向的數(shù)學(xué)史研究和關(guān)于HPM的理論探討為基礎(chǔ),以HPM課例開發(fā)為核心,包括HPM課例應(yīng)用、案例教學(xué)、課例分析等在內(nèi)的,具有中國特色的HPM研究體系(如圖1).
圖1 國內(nèi)HPM研究體系
關(guān)于HPM的理論探討,主要包括“數(shù)學(xué)史的教育價值”與“數(shù)學(xué)教學(xué)中如何運用數(shù)學(xué)史”兩個方面,學(xué)術(shù)界對此都缺乏統(tǒng)一的分析框架.
對于前者,F(xiàn)auvel總結(jié)了數(shù)學(xué)教學(xué)中運用數(shù)學(xué)史可以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)動機、使數(shù)學(xué)不那么可怕、有助于發(fā)展多元文化等15條理由[4];Tzanakis和Arcavi從五個方面總結(jié)了數(shù)學(xué)史的教育價值:數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)、數(shù)學(xué)和數(shù)學(xué)活動的本質(zhì)、教師的背景知識、數(shù)學(xué)情感、作為文化活動的數(shù)學(xué)[5];Gulikers和Blom從概念、文化、動機三個視角分別論述了數(shù)學(xué)史對于學(xué)生和教師的教育價值[6];Jankvist則從“工具”和“目標”兩個維度進行分類,其中“工具”又分為“認知”和“情感”兩個子維度[7].在國外對HPM教育價值研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國數(shù)學(xué)教育中“四基”、“四能”、“數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)”、“情感信念”等目標,構(gòu)建了中國的HPM教育價值體系(見圖2).下面結(jié)合初中HPM課例“三角形內(nèi)角和”來說明數(shù)學(xué)史的教育價值.課堂伊始,教師講述了泰勒斯(Thales,公元前6世紀)到朋友家做客,偶然觀察到地板上鑲嵌的三角形地磚的故事,并設(shè)計拼圖活動,在課堂上再現(xiàn)泰勒斯當年探究和發(fā)現(xiàn)三角形內(nèi)角和的過程,滲透了從特殊到一般的思想,可見數(shù)學(xué)史有助于揭示數(shù)學(xué)知識產(chǎn)生和發(fā)展的自然性,體現(xiàn)了知識之諧的價值;學(xué)生受拼圖的啟發(fā),聯(lián)想到輔助線的多種做法,與畢達哥拉斯(Pythagoras,公元前6世紀)、克萊羅(Clairaut,1713~1765)、歐幾里得(Euclid,公元前3世紀)等數(shù)學(xué)家以及19世紀末美國教科書上的證明方法不謀而合,這些不同的證明思路體現(xiàn)了方法之美;數(shù)學(xué)史上的問題為學(xué)生提供了探究機會,有助于學(xué)生積累數(shù)學(xué)活動經(jīng)驗,獲得成功的體驗,體現(xiàn)了探究之樂;三角形內(nèi)角和定理的發(fā)現(xiàn)和證明過程揭示了數(shù)學(xué)與現(xiàn)實世界之間的聯(lián)系,展現(xiàn)了數(shù)學(xué)文化的多元性,體現(xiàn)了文化之魅;學(xué)生與古代數(shù)學(xué)家“對話交流”,數(shù)學(xué)家仿佛成了課堂上一名額外的學(xué)生,有助于學(xué)生樹立數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的自信心,體現(xiàn)了德育之效;此外,在基于歷史的活動中,學(xué)生獨立思考、小組合作、數(shù)學(xué)交流等能力也有所提升,體現(xiàn)出了能力之助.
圖2 中國的HPM教育價值體系的構(gòu)建[8]
對于后者,F(xiàn)auvel提出講述過去數(shù)學(xué)家的奇聞軼事、為學(xué)生介紹新概念的歷史、開展數(shù)學(xué)史課等十種具體的運用方式[4];Tzanakis和Arcavi總結(jié)出三種方式:直接運用法、間接運用法即發(fā)生教學(xué)法、開發(fā)對數(shù)學(xué)及其社會文化背景的深刻意識[5];Jankvist則歸納出另三種方式:啟發(fā)法、模塊法和基于歷史法[7].在國外理論探討的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國豐富的實踐經(jīng)驗,對國外的分類方法進行了整合與改進,總結(jié)出了數(shù)學(xué)教學(xué)中運用數(shù)學(xué)史的四種方式:附加式、復(fù)制式、順應(yīng)式和重構(gòu)式[9].下面結(jié)合高中HPM課例“數(shù)列的概念”來分析這四種方式的內(nèi)涵及其應(yīng)用.在情景引入環(huán)節(jié)中,古巴比倫泥版上的月相表、萊因德紙草書上的貓和老鼠趣味問題都是直接源于數(shù)學(xué)史上的問題,在數(shù)學(xué)史的運用方式上屬于復(fù)制式,另外,教師將數(shù)學(xué)史上原本的約瑟夫問題改編為10人圍成一圈按照特定規(guī)則點數(shù)做游戲的問題,貼近學(xué)生生活,易于學(xué)生理解和接受,該用法屬于順應(yīng)式.在最后的拓展環(huán)節(jié),教師介紹了數(shù)列與谷神星的發(fā)現(xiàn)之間的奧秘,去掉后對教學(xué)內(nèi)容幾乎沒有影響,這種情況則屬于附加式.又如初中“三角形中位線定理”,整節(jié)課利用三角形土地分割問題將中位線概念的產(chǎn)生、中位線性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、中位線性質(zhì)的證明串在了一起,把知識的歷史發(fā)展順序、知識的內(nèi)在邏輯順序與學(xué)生的認知發(fā)展順序融合到了一起,是重構(gòu)式運用的體現(xiàn).
此外,HPM課例開發(fā)可以與數(shù)學(xué)教師專業(yè)發(fā)展的知識、信念和能力三維目標結(jié)合在一起,其中,知識維度是目前研究的重要方向,可以用美國數(shù)學(xué)教育家鮑爾(D. L. Ball)提出的Mathematical Knowledge for Teaching(簡稱MKT)來刻畫.MKT指的是“完成數(shù)學(xué)教學(xué)工作所需要的數(shù)學(xué)知識”,其組成成分如圖3所示.HPM與MKT有著密切的關(guān)系,一方面數(shù)學(xué)史有助于MKT的完善,另一方面MKT對研究數(shù)學(xué)教育中數(shù)學(xué)史的運用也有所幫助[10].下面結(jié)合高中“函數(shù)的概念”來說明數(shù)學(xué)史對教師MKT的豐富和完善作用.教師通過系統(tǒng)了解函數(shù)概念的發(fā)展歷史,知悉了初中函數(shù)“解析式”定義的局限性,理解了為什么需要學(xué)習(xí)函數(shù)的新定義,從而自身的SCK得以增長;知悉了學(xué)生對函數(shù)概念的理解具有歷史相似性,即學(xué)生對函數(shù)概念的理解主要停留在“解析式”或“變量依賴關(guān)系”層面,這與歐拉(L. Euler,1707~1783)早期對函數(shù)的認識相一致,有助于教師自身KCS的增長;在前兩者的基礎(chǔ)上,教師將函數(shù)概念的歷史發(fā)展、學(xué)生的認知基礎(chǔ)、函數(shù)知識的邏輯順序融入到函數(shù)概念的教學(xué)中,自身的KCT也有所增長;另外,在這個過程中,教師查閱了函數(shù)概念的歷史材料,這屬于KCC的范疇.
圖3 數(shù)學(xué)教師MKT的結(jié)構(gòu)[11]
經(jīng)過10余年的扎根,逐漸形成了基于實踐的HPM理論框架,可以概括為“一個視角、兩座橋梁、三維目標、四種方式、五項原則、六類價值”.其中三維目標指教師專業(yè)發(fā)展的知識、信念和能力三個方面,四種方式即數(shù)學(xué)教學(xué)中運用數(shù)學(xué)史的方式,六類價值是課堂中運用數(shù)學(xué)史對學(xué)生而言所體現(xiàn)出的教育價值,這些已在上文中有所介紹.另外,一個視角是指HPM的視角,兩座橋梁是指數(shù)學(xué)史架起了數(shù)學(xué)與人文、歷史與現(xiàn)實之間的兩座橋梁,五項原則是指史料選取的原則,包括趣味性、科學(xué)性、可學(xué)性、有效性和新穎性,即歷史材料必須讓學(xué)生覺得有趣,最好含有數(shù)學(xué)故事,而非枯燥無味;必須符合史實,而非隨意編造;必須符合學(xué)生的生活經(jīng)驗和認知基礎(chǔ),而非艱澀難懂;必須切合教學(xué)目標,而非為歷史而歷史;必須令人耳目一新,而非老調(diào)重彈、稀松平常[12].
教育取向的數(shù)學(xué)史研究作為HPM研究的基石,在HPM領(lǐng)域居于重要的地位.與純數(shù)學(xué)史研究相比,HPM視角下的數(shù)學(xué)史研究不是為歷史而歷史,而是為教育而歷史,其目的是期望通過研究歷史上相關(guān)知識(概念、公式、定理等)的演變,獲取教學(xué)啟示,為數(shù)學(xué)課堂教學(xué)提供相關(guān)材料,為今日教科書的編寫提供借鑒[13].因此,教育取向的數(shù)學(xué)史研究為解決HPM領(lǐng)域長期存在的“無米之炊”問題帶來了方法和啟示.教育取向數(shù)學(xué)史研究的途徑主要有兩種:一是對已有數(shù)學(xué)著作的研究,如中國古代的《九章算術(shù)》、國外數(shù)學(xué)史著作《古今數(shù)學(xué)思想》、《數(shù)學(xué)史》等;二是對早期教科書的研究,主要是19、20世紀以美國為主的西方早期教科書.比如為了開發(fā)初中“三角形中位線定理”,一方面通過查閱數(shù)學(xué)著作,搜集可能會給教學(xué)活動帶來啟示的數(shù)學(xué)史料,包括古巴比倫泥版上的三角形土地分割問題、歐幾里得《幾何原本》中的相關(guān)命題,以及我國數(shù)學(xué)家劉徽(3世紀)采用割補法推導(dǎo)出三角形面積公式:“半底乘以高”與“底乘以半高”;另一方面從西方早期教科書入手,通過對近現(xiàn)代幾何教科書中三角形中位線定理的考察梳理,發(fā)現(xiàn)歷史上還曾出現(xiàn)過各種各樣的證明方法,如反證法、同一法、平行四邊形法等.總之,數(shù)學(xué)史為我們打開了一扇大門,打破了思維定勢,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維,讓我們得以領(lǐng)略古人的智慧和創(chuàng)新,而不再局限于教科書上的“唯一”證法.
盡管國際上HPM已有40多年的歷史,目前也處于繁榮階段,但HPM(包括HPM與教師教育)與一般數(shù)學(xué)教育研究框架、理論構(gòu)建與方法論之間缺少清晰的聯(lián)系,因此HPM與一般數(shù)學(xué)教育理論之間的聯(lián)系還需要進一步加強[14].中國的HPM實踐有所不同,因為它以國際上較為認可.且在中國具有60多年歷史的課例研究(Lesson Study)為載體,成功架起了HPM與一般數(shù)學(xué)教育的橋梁,加之課例研究是一個實踐依據(jù)、研究導(dǎo)向的專業(yè)發(fā)展的合作模式,它能夠促進教師學(xué)習(xí),改善教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí),有利于課程實施與教學(xué)結(jié)果的共享,還有利于理論與實踐的互動[15].中國的HPM實踐還架起了HPM與在職教師專業(yè)發(fā)展的橋梁,這與國際上HPM與教師專業(yè)發(fā)展的主流方式也有所不同,因為國際上主要以課程的形式促進職前教師的專業(yè)發(fā)展[16].目前,已有很多中小學(xué)數(shù)學(xué)教師與HPM研究團隊、教師專業(yè)發(fā)展指導(dǎo)團隊、學(xué)校教研團隊這三個團隊中的一個或幾個,按照如圖4所示的流程,在共同體的支持下、以HPM理論框架為指導(dǎo)合作進行HPM課例研究,開發(fā)出了一系列較為成熟的HPM課例,如初中的“三角形中位線定理”、“三角形內(nèi)角和”、“字母表示數(shù)”、“平行線的判定”、“平方差公式”,高中的“函數(shù)概念”、“對數(shù)概念”、“棱柱定義”、“橢圓定義”、“正弦定理”、“數(shù)系的擴充與復(fù)數(shù)的引入”、“三角函數(shù)序言課”等等.
圖4 HPM課例開發(fā)的流程
但以上課例都只是針對某一節(jié)課進行的融入數(shù)學(xué)史的嘗試,事實上,數(shù)學(xué)史可以融入更多聯(lián)系緊密的數(shù)學(xué)內(nèi)容中,這就是模塊的方法(The modules approaches),包括三種規(guī)模:最小規(guī)模的歷史包,通常在某一主題下的2-3節(jié)課中融入數(shù)學(xué)史;中等規(guī)模的模塊,大約需要在10-20節(jié)課中融入數(shù)學(xué)史;最大規(guī)模的是課程,整門課程都融入數(shù)學(xué)史[7].將數(shù)學(xué)史融入單元模塊教學(xué)有其必要性和合理性,因為任何一塊數(shù)學(xué)內(nèi)容都不是孤立存在的,數(shù)學(xué)教學(xué)與教科書編寫都是根據(jù)數(shù)學(xué)知識的內(nèi)在邏輯順序展開的,前后內(nèi)容具有不可分割的聯(lián)系,其價值包括史料應(yīng)用的連續(xù)性、知識發(fā)生的自然性和情感滲透的整體性.基于單元模塊教學(xué)的HPM行動研究分為計劃、行動、反饋、反思四個部分.以立體幾何單元為例,在教學(xué)的計劃階段,通過對20世紀中葉以前97種西方早期教科書等歷史文獻的研究,選取出合適的史料,對平面的概念、空間中的線線關(guān)系、面面平行的判定、線面垂直的判定這四節(jié)課進行初步的教學(xué)設(shè)計;接下來就是行動階段,先對高一、高三學(xué)生進行調(diào)查,通過回收的數(shù)據(jù)改進教學(xué)設(shè)計,然后進行教學(xué)實踐;在反饋階段,每節(jié)課后對全班學(xué)生進行后測,對收集到的問卷、訪談結(jié)果和課堂錄像加以分析,反觀教學(xué)目標的達成情況;在反思階段,教師反思教學(xué)過程,結(jié)合實踐中遇到的問題對四節(jié)課進行再設(shè)計,然后整理編寫,形成數(shù)學(xué)史融入教學(xué)的初始材料.為了開發(fā)出較為完善的HPM課例,行動研究的這四個步驟往往需要經(jīng)過多次循環(huán)實施.
評價一個HPM課例精彩與否的標準是什么?這是HPM課例研究的重要基礎(chǔ)之一,因為只有運用科學(xué)的評價框架對教學(xué)設(shè)計、課堂教學(xué)進行評價,才能指引HPM課例開發(fā)向著更好的方向發(fā)展.但目前國際上缺少針對HPM視角下數(shù)學(xué)教與學(xué)的評價框架,這也是實踐與教學(xué)方面反對HPM視角的重要原因之一[17].鑒于此,沈中宇等基于上述的HPM理論框架,從史料的適切性、方式的多元性、融入的自然性、價值的深刻性等方面構(gòu)建了HPM課例的分析框架[18].結(jié)合這一框架,HPM研究團隊又構(gòu)建了HPM視角下同課異構(gòu)的分析框架.
對于HPM與非HPM的同課異構(gòu),可以從新課引入、概念建構(gòu)、公式探究、新知鞏固、課堂小結(jié)這五個教學(xué)環(huán)節(jié)分別進行宏觀比較和微觀比較.比如高中“任意角”的HPM課重在概念建構(gòu),通過追溯角的歷史,演示日晷實驗來創(chuàng)造角,而非HPM課則重在公式探究,通過設(shè)問引導(dǎo)來探究角的推廣公式.由此,總結(jié)出HPM視角下高中數(shù)學(xué)概念教學(xué)的一些特點,相比之下,HPM視角下的教學(xué)更加體現(xiàn)了知識之諧、探究之樂、文化之魅和德育之效.
對于HPM與HPM的同課異構(gòu),可先從教學(xué)目標、重難點及教學(xué)流程上進行宏觀比較,再從HPM課例分析框架的四個維度進行微觀比較.對于小學(xué)“字母表示數(shù)”的兩節(jié)HPM課,在史料的適切性方面,A課用視頻呈現(xiàn)了代數(shù)發(fā)展三階段的史料,B課則改編畢達哥拉斯的形數(shù)問題,相比之下,B課更能凸顯史料的有效性及新穎性.在方式的多元性方面,兩節(jié)課均借助微視頻呈現(xiàn)古代數(shù)學(xué)家的故事,屬于附加式,A課提煉出算數(shù)到代數(shù)的三階段,是對歷史內(nèi)容的重構(gòu);B課改編形數(shù)問題,探究任意一個的情形,也屬于重構(gòu),但B課對復(fù)制式和順應(yīng)式的運用更為突出.兩節(jié)課均把史料自然地融入在教學(xué)中,體現(xiàn)了數(shù)學(xué)史的多種教育價值.
《普通高中數(shù)學(xué)課程標準(實驗稿)》指出:“數(shù)學(xué)是人類文化的重要組成部分.數(shù)學(xué)課程應(yīng)適當介紹數(shù)學(xué)的歷史、應(yīng)用和發(fā)展趨勢……”[19],2017年普通高考考試大綱中也增加了對數(shù)學(xué)文化的要求,因此數(shù)學(xué)教育工作者應(yīng)加強對數(shù)學(xué)文化的重視.以數(shù)學(xué)史為主題的閱讀材料是教科書中傳播數(shù)學(xué)文化的重要途徑,但調(diào)查發(fā)現(xiàn)教師和學(xué)生對這部分內(nèi)容的關(guān)注度普遍偏低,這與編寫閱讀材料的初衷大相徑庭,因此閱讀材料的編寫與使用是一個值得探討的問題.日本有關(guān)教材開發(fā)方面的理論值得我們借鑒,教材開發(fā)專家有田和正認為:所謂教材開發(fā),就是指“對那些在學(xué)生周圍無限存在的素材,通過轉(zhuǎn)換視角、重組內(nèi)容、改變順序等方式進行加工,使學(xué)生能從中產(chǎn)生問題,激發(fā)起探究的熱情”.[20]根據(jù)教材開發(fā)的理論及數(shù)學(xué)課程標準的相關(guān)要求,結(jié)合數(shù)學(xué)學(xué)科的特點,總結(jié)出閱讀材料編寫應(yīng)遵循的五項原則:科學(xué)性、趣味性、可學(xué)性、有效性和人文性.以高中人教版教科書中的閱讀材料“三角學(xué)與天文學(xué)”為例,它存在著趣味性不足,對學(xué)習(xí)三角學(xué)的必要性、三角學(xué)與對數(shù)之間的關(guān)系的闡述不夠充分,缺少對三角學(xué)的歷史意義和應(yīng)用價值的介紹,缺少數(shù)學(xué)人文的一面等問題.為了彌補這些不足,就需要對三角學(xué)進行教育取向的歷史研究,還原三角學(xué)的前世今生,并從中提煉出一些有價值的、可融入閱讀材料的素材,如托勒密定理與兩角和與差的正弦、余弦公式的推導(dǎo),韋達(F. Vieta,1540~1603)利用倍角公式解45次方程問題,還有生命不息、學(xué)術(shù)不止的歐拉,勇?lián)厝蔚睦赘衩伤?Regiomontanus,1436~1476),傳承學(xué)術(shù)的雷提庫斯(G. J. Rhaeticus,1514~1576)等等.
序言課是數(shù)學(xué)教育領(lǐng)域中一個比較新穎的研究方向,它的主要任務(wù)是揭示數(shù)學(xué)學(xué)科研究的對象、內(nèi)容和解決問題的思想方法,具有承上啟下的作用[21].假若教師能在某一章或關(guān)聯(lián)程度極高的某幾章內(nèi)容之前,以序言課的形式幫助學(xué)生理清楚“為什么學(xué)?”“學(xué)什么?”“如何學(xué)?”,將會有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究熱情,幫助他們了解前后內(nèi)容之間的聯(lián)系,初步構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò).然而在實際教學(xué)中,一方面,教師對序言課不甚了解,沒有認識到序言課的重要性,加之課時緊張,常常將其“束之高閣”;另一方面,教師缺乏理論指導(dǎo)和相關(guān)實踐經(jīng)驗,很難將學(xué)生未曾學(xué)習(xí)但高度相關(guān)的許多內(nèi)容融合到一節(jié)課中,且要以學(xué)生能夠理解和參與的方式組織教學(xué)活動.數(shù)學(xué)史為序言課的開發(fā)提供了新的思路,因為從教育取向的數(shù)學(xué)史研究出發(fā),教師不僅了解了歷史上數(shù)學(xué)知識產(chǎn)生、發(fā)展背后的動因,能夠幫助學(xué)生理解知識學(xué)習(xí)的必要性,即“為什么學(xué)”,而且更加宏觀地知悉了數(shù)學(xué)知識體系及其內(nèi)部知識之間的聯(lián)系,有助于讓學(xué)生精準了解“學(xué)什么”,此外,數(shù)學(xué)知識產(chǎn)生、發(fā)展過程中出現(xiàn)的解決數(shù)學(xué)問題的方式、方法,還有助于啟發(fā)今天的學(xué)生“如何學(xué)”.目前已開發(fā)了多節(jié)HPM視角下的序言課,比如“三角函數(shù)序言課”、“圓錐曲線序言課”,產(chǎn)生了不錯的效果.
盡管HPM課例開發(fā)對教師的專業(yè)發(fā)展促動很大,比如個案教師通過HPM課例開發(fā),在確定教學(xué)目標、設(shè)計教學(xué)內(nèi)容、使用數(shù)學(xué)史料等方面有了一定的提升,MKT的各個維度有了一定的豐富,數(shù)學(xué)觀與數(shù)學(xué)史的使用觀念也發(fā)生了正向的轉(zhuǎn)變[22].但在開發(fā)新課例的過程中,教師需要投入大量的時間與精力,需要HPM研究團隊、一線教師和教師專業(yè)發(fā)展指導(dǎo)者等在課例研討、課例打磨過程中的共同參與,且教師個體開發(fā)HPM課例對HPM理念傳播的貢獻十分有限.因此,促進HPM理念傳播與教師專業(yè)發(fā)展的路徑還需要進一步的探索,HPM課例應(yīng)用與HPM案例教學(xué)就是基于HPM課例開發(fā)探索出的新路徑.
HPM課例應(yīng)用是對已開發(fā)的較為成熟的HPM課例的二次利用,教師根據(jù)其教學(xué)目標及任教班級的實際情況,對已有課例中的一些環(huán)節(jié)進行修改和完善,然后用于自己的教學(xué)實踐,因此能夠大大節(jié)省時間,提高效率.以四年級“角的概念”為例,教師進行課例應(yīng)用的第一步是研讀教科書和相應(yīng)參考資料,對教學(xué)目標、重難點進行再定位.第二步是根據(jù)教學(xué)目標和任教班級的實際情況,研讀已開發(fā)的HPM課例,找出其中的問題,予以修改完善,并進行試講.第三步是根據(jù)試講效果,對教學(xué)設(shè)計進行再修改.第四步是反思課例應(yīng)用的全過程.由此可見,HPM課例應(yīng)用不僅進一步促進了一節(jié)更完美的HPM課例的生成,而且只要HPM課例一經(jīng)發(fā)表,就會有更多感興趣的教師將其應(yīng)用于自己的教學(xué)實踐中.
HPM案例教學(xué)是傳播HPM理念、促進教師專業(yè)發(fā)展的另一種重要途徑.運用已開發(fā)的HPM課例于教師教育課程“數(shù)學(xué)史與數(shù)學(xué)教育”,其流程主要包括教材呈現(xiàn)—歷史分析—設(shè)計研討—案例展示—評價反饋等步驟.以“數(shù)系的擴充與復(fù)數(shù)的引入”案例教學(xué)為例,首先呈現(xiàn)相關(guān)教材內(nèi)容,讓師范生或在職教師回顧自己的教學(xué)經(jīng)歷,反思自己的教學(xué)困惑;接著,呈現(xiàn)揭示虛數(shù)概念的本源及其產(chǎn)生的必要性的豐富素材,比如卡丹問題、邦貝利三次方程問題等,讓師范生或在職教師研討這些素材的融入能否解決自己的教學(xué)困惑,并嘗試進行教學(xué)設(shè)計;然后,展示已開發(fā)的HPM課例,包括教學(xué)流程與教學(xué)反饋;最后,呈現(xiàn)職前和在職教師對于復(fù)數(shù)概念產(chǎn)生的意象,并調(diào)查了復(fù)數(shù)概念案例教學(xué)對本科師范生、全日制碩士、在職教育碩士和在職教師四類群體的影響.
中國的HPM經(jīng)過十余年的發(fā)展,已從扎根實踐到理論生成,又從理論生成到理論與實踐的互動,并出現(xiàn)了新的研究動態(tài):不再僅僅局限于教育取向的數(shù)學(xué)史研究與HPM課例開發(fā),而是形成了基于教育取向的數(shù)學(xué)史研究,在共同體支持下,以HPM課例開發(fā)為核心,包括課例開發(fā)、課例應(yīng)用、案例教學(xué)在內(nèi)的,特色鮮明的教師專業(yè)發(fā)展與HPM理念傳播體系,且以課例研究為載體的課例開發(fā)不再局限于單個課例的開發(fā),出現(xiàn)了模塊教學(xué)、序言課等新類型,閱讀材料等傳播數(shù)學(xué)文化的課程素材也受到了一定的關(guān)注,課例評價體系的雛形已形成.但總體而言,中國的HPM還處于發(fā)展階段,理論與實踐的互動還有待進一步加強,特別是需要借助更多像MKT、課例研究這樣的一般數(shù)學(xué)教育理論,從而使得HPM與一般數(shù)學(xué)教育的聯(lián)系更為密切;HPM與教師專業(yè)發(fā)展的體系還需要進一步完善,一方面,課例開發(fā)、課例應(yīng)用、案例教學(xué)方面的研究還需要進一步深化,另一方面,它們之間的最佳組合方式及其最優(yōu)切入口還需要深入探索;數(shù)學(xué)史融入教科書的研究,以及包含課堂評價、學(xué)生評價等在內(nèi)的評價框架的構(gòu)建需要投入更多的精力,因為無論國際上、還是國內(nèi),這方面的研究都很少,且它們也是加強與一般數(shù)學(xué)教育聯(lián)系的關(guān)鍵;最后,認識論與數(shù)學(xué)史的關(guān)系在中國處于真空狀態(tài),需要予以關(guān)注.