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    高中數(shù)學(xué)人教A版(2019)數(shù)學(xué)史內(nèi)容研究

    2022-03-21 04:06:27凌銘君王守峰
    關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)史高中數(shù)學(xué)

    凌銘君 王守峰

    [摘? 要] 以《普通高中教科書·數(shù)學(xué)(A版)》為研究對(duì)象,對(duì)高中數(shù)學(xué)教材中數(shù)學(xué)史的運(yùn)用方式、模塊分布進(jìn)行文本研究,分析了該教材中數(shù)學(xué)史的使用情況,并針對(duì)存在的問題提出了建議.

    [關(guān)鍵詞] 數(shù)學(xué)史;高中數(shù)學(xué);數(shù)學(xué)教材

    《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)》[1]中指出:“在教學(xué)活動(dòng)中,教師應(yīng)有意識(shí)地結(jié)合相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容,將數(shù)學(xué)文化滲透在日常教學(xué)中,引導(dǎo)學(xué)生了解數(shù)學(xué)的發(fā)展歷程,認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)在科學(xué)技術(shù)、社會(huì)發(fā)展中的作用,感悟數(shù)學(xué)的價(jià)值,提升學(xué)生的科學(xué)精神、應(yīng)用意識(shí)和人文素養(yǎng);將數(shù)學(xué)文化融入教學(xué),有利于激發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣,有利于學(xué)生進(jìn)一步理解數(shù)學(xué),有利于開闊學(xué)生視野、提升數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).”此外,許多數(shù)學(xué)教育家也十分重視挖掘和發(fā)揮數(shù)學(xué)史的教育價(jià)值,如汪曉勤[2]、張奠宙[3]等. 由此可見,數(shù)學(xué)史作為數(shù)學(xué)文化的一個(gè)重要組成部分,在數(shù)學(xué)教育領(lǐng)域已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注,其教育價(jià)值也為廣大數(shù)學(xué)教育研究者和一線教師所認(rèn)可.

    目前我國(guó)已有許多學(xué)者對(duì)數(shù)學(xué)史與數(shù)學(xué)教育進(jìn)行了研究. 文獻(xiàn)[4]研究了如何將數(shù)學(xué)史融入數(shù)學(xué)教學(xué);文獻(xiàn)[5-8]研究了數(shù)學(xué)教材中的數(shù)學(xué)史內(nèi)容;文獻(xiàn)[9]研究了HPM視角下的教學(xué)設(shè)計(jì);文獻(xiàn)[10]研究了HPM與數(shù)學(xué)教師專業(yè)發(fā)展. 這些研究發(fā)現(xiàn),現(xiàn)階段高中數(shù)學(xué)教材中的數(shù)學(xué)史內(nèi)容普遍存在以下問題:首先,數(shù)學(xué)史知識(shí)模塊分布不夠均勻;其次,數(shù)學(xué)史欄目分布也不均勻,數(shù)學(xué)史主要集中在閱讀材料;最后,數(shù)學(xué)史運(yùn)用方式單一,主要是“附加式”.

    《普通高中教科書·數(shù)學(xué)(A版)》[11][12]是2019年人民教育出版社出版的高中數(shù)學(xué)教材,目前對(duì)于該版本教材的數(shù)學(xué)史內(nèi)容的研究較少. 為了了解該版本教材中數(shù)學(xué)史內(nèi)容的情況,本文選取《普通高中教科書·數(shù)學(xué)(A版)》(以下簡(jiǎn)稱新版教材)中的必修部分,采用文本分析法,對(duì)數(shù)學(xué)史融入高中數(shù)學(xué)教材的現(xiàn)狀進(jìn)行了研究分析.

    總體特征

    首先,考察數(shù)學(xué)史內(nèi)容及分布情況. 統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),在新版教材中的必修部分共出現(xiàn)21處數(shù)學(xué)史內(nèi)容(具體如表1所示). 其中,必修一、二教材中出現(xiàn)數(shù)學(xué)史的次數(shù)分別為10次和11次,兩本教材中出現(xiàn)數(shù)學(xué)史的次數(shù)相差不大,但是在個(gè)別章節(jié)中出現(xiàn)數(shù)學(xué)史料的次數(shù)有較大區(qū)別.

    數(shù)學(xué)史運(yùn)用方式特征

    對(duì)于數(shù)學(xué)史的運(yùn)用方式,彭剛等[13]將其分為四種,分別為:附加式、復(fù)制式、順應(yīng)式和重構(gòu)式. 需要注意的是以上四種方式并無水平高低之分,具體選擇哪一種,取決于要達(dá)成的教學(xué)目標(biāo). “附加式”的主要特點(diǎn)是把數(shù)學(xué)史作為課堂教學(xué)的一個(gè)有益補(bǔ)充,講述與數(shù)學(xué)有關(guān)的歷史故事,包括數(shù)學(xué)家的名言、數(shù)學(xué)家的圖片、數(shù)學(xué)家發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)的過程或者數(shù)學(xué)歷史名題等;“復(fù)制式”的主要特點(diǎn)是在數(shù)學(xué)教學(xué)中直接呈現(xiàn)歷史上的數(shù)學(xué)問題,讓學(xué)生直接與歷史上的先哲們“對(duì)話”,體會(huì)原汁原味的數(shù)學(xué)史;“順應(yīng)式”的主要特點(diǎn)是根據(jù)課堂教學(xué)的需求對(duì)原始文獻(xiàn)進(jìn)行改編,古為今用、推陳出新,表面上沒有歷史的痕跡,但他們既傳承了歷史的精神,又順應(yīng)了時(shí)代的要求;“重構(gòu)式”的主要特點(diǎn)是借鑒數(shù)學(xué)的發(fā)展歷史,將核心的數(shù)學(xué)思想、方法用今天的方式表達(dá)出來,呈現(xiàn)出數(shù)學(xué)知識(shí)的自然發(fā)生過程,重構(gòu)歷史的這種方式對(duì)應(yīng)發(fā)生教學(xué)法,讓學(xué)生體會(huì)到數(shù)學(xué)知識(shí)的起源和發(fā)展,并獲得數(shù)學(xué)探究的美好體驗(yàn).

    通過統(tǒng)計(jì),得出了新版教材中四種數(shù)學(xué)史運(yùn)用方式出現(xiàn)的頻次,見表2.

    從表2中可以看出,新版教材中數(shù)學(xué)史的運(yùn)用方式以附加式為主,復(fù)制式、順應(yīng)式出現(xiàn)較少,重構(gòu)式的運(yùn)用方式則是沒有出現(xiàn). 這表明當(dāng)前我國(guó)教材編寫對(duì)于數(shù)學(xué)史融入高中數(shù)學(xué)教材的重視程度不足,或者是對(duì)于數(shù)學(xué)史融入數(shù)學(xué)教材的發(fā)掘不夠充分,未能很好地將數(shù)學(xué)史的史學(xué)形態(tài)轉(zhuǎn)化為教育形態(tài).

    對(duì)不同運(yùn)用方式的數(shù)學(xué)史內(nèi)容進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)在17處以附加式出現(xiàn)的數(shù)學(xué)史內(nèi)容中,處于正文部分的僅有6處,其余的都在課外的閱讀材料或文獻(xiàn)閱讀板塊. 這表明,在新版教材中能夠直接提供給教師在課堂上使用的數(shù)學(xué)史料較少. 如果教師希望利用數(shù)學(xué)史來輔助課堂教學(xué),不僅需要教師自己去查找、收集課外的數(shù)學(xué)史料,而且需要在此基礎(chǔ)上對(duì)史料進(jìn)行加工,使其適用于中學(xué)數(shù)學(xué)的課堂教學(xué). 但是在教學(xué)任務(wù)等各方面的壓力較大的情況下,教師很少能有額外的精力和時(shí)間去做這個(gè)工作,這也是目前數(shù)學(xué)史融入高中數(shù)學(xué)教學(xué)面臨的困難之一:一線教師缺乏直接可用的數(shù)學(xué)史料.

    數(shù)學(xué)史知識(shí)模塊分布特征

    對(duì)于高中數(shù)學(xué)教材中的知識(shí)模塊分布,本文根據(jù)《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)》中對(duì)于必修課程的內(nèi)容劃分,從“預(yù)備知識(shí)”“函數(shù)”“幾何與代數(shù)”“概率與統(tǒng)計(jì)”四個(gè)模塊對(duì)其中包含的數(shù)學(xué)史內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,見表3.

    從表3中可以看出,由于課標(biāo)的要求和知識(shí)模塊自身的特點(diǎn)等,四個(gè)模塊中包含的數(shù)學(xué)史內(nèi)容呈現(xiàn)出分布不均勻的特征,其中分布在函數(shù)、幾何與代數(shù)兩個(gè)模塊中數(shù)學(xué)史內(nèi)容較多,分布在預(yù)備知識(shí)、概率和統(tǒng)計(jì)兩個(gè)模塊中的數(shù)學(xué)史內(nèi)容較少. 下面針對(duì)各個(gè)知識(shí)模塊的特點(diǎn)和課標(biāo)的要求進(jìn)行分析.

    “預(yù)備知識(shí)”的設(shè)置是為了幫助學(xué)生完成從初中階段數(shù)學(xué)知識(shí)相對(duì)具體到高中階段數(shù)學(xué)知識(shí)相對(duì)抽象的過渡,是為學(xué)習(xí)高中數(shù)學(xué)課程做好心理、方式和知識(shí)技能等方面的準(zhǔn)備. 一方面課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于這部分內(nèi)容的要求是為學(xué)習(xí)高中數(shù)學(xué)知識(shí)做準(zhǔn)備,沒有提出太多融入數(shù)學(xué)文化的要求;另一方面因?yàn)榻柚鷮W(xué)生熟悉的、實(shí)際的問題和情境能夠讓學(xué)生更易于學(xué)習(xí)和接受,所以這個(gè)模塊的數(shù)學(xué)史內(nèi)容較少.

    “函數(shù)”是貫穿高中數(shù)學(xué)課程的主線,不僅內(nèi)容豐富而且對(duì)學(xué)生掌握的程度要求較高,為了達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目的,需要教師對(duì)這一模塊的內(nèi)容有整體的把握,能循序漸進(jìn)地進(jìn)行教學(xué). 若想較好地完成該模塊的教學(xué),需要將學(xué)生熟悉的例子與函數(shù)的發(fā)展歷程相結(jié)合,先以熟悉的例子引入,再遷移到函數(shù)與現(xiàn)實(shí)世界的密切聯(lián)系,最后輔以函數(shù)的發(fā)展歷程和對(duì)人類文明的貢獻(xiàn),達(dá)到提升學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)的目的并增長(zhǎng)學(xué)生對(duì)于數(shù)學(xué)發(fā)展的認(rèn)識(shí). 所以,新版教材在該主題中設(shè)置了許多的數(shù)學(xué)史內(nèi)容,既可以讓學(xué)生在課外閱讀了解,也為教師提供了向?qū)W生介紹函數(shù)發(fā)展歷程的素材.

    “幾何與代數(shù)”也是高中數(shù)學(xué)課程的主線之一. 該內(nèi)容突出幾何直觀與代數(shù)運(yùn)算之間的融合,通過形與數(shù)的結(jié)合,感悟數(shù)學(xué)知識(shí)之間的關(guān)聯(lián),加深學(xué)生對(duì)于數(shù)學(xué)整體性的理解. 課程標(biāo)準(zhǔn)中提出在進(jìn)行這部分內(nèi)容的教學(xué)時(shí),可以適當(dāng)?shù)厝谌霐?shù)學(xué)文化,讓學(xué)生體會(huì)數(shù)系擴(kuò)充中理性思維的作用,還可以組織學(xué)生收集、閱讀幾何學(xué)發(fā)展的歷史資料,結(jié)合內(nèi)容撰寫報(bào)告,論述幾何學(xué)發(fā)展過程中的重要結(jié)果、主要人物、關(guān)鍵事件及其對(duì)人類文明的貢獻(xiàn). 根據(jù)課標(biāo)的要求,新版教材也在這部分設(shè)置了很多數(shù)學(xué)史內(nèi)容,不僅運(yùn)用方式多樣,呈現(xiàn)的位置也涵蓋了正文和閱讀材料. 充分利用該模塊的數(shù)學(xué)史料,不僅能加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解、技能的掌握,而且能幫助學(xué)生形成對(duì)該模塊的整體認(rèn)識(shí).

    “概率與統(tǒng)計(jì)”是用來計(jì)算一些具有不確定性的事件某種結(jié)果發(fā)生概率的一種方法,也是對(duì)學(xué)生統(tǒng)計(jì)思維的有效訓(xùn)練,學(xué)習(xí)該模塊能提升學(xué)生數(shù)學(xué)建模、數(shù)據(jù)分析、邏輯推理和數(shù)學(xué)運(yùn)算等方面的素養(yǎng). 該主題的學(xué)習(xí)需要通過日常生活中的實(shí)例來幫助學(xué)生了解概率的意義,并通過對(duì)實(shí)際問題的分析,學(xué)會(huì)使用統(tǒng)計(jì)的方法解決實(shí)際問題. 課程標(biāo)準(zhǔn)中也強(qiáng)調(diào)該模塊的教學(xué)應(yīng)借助實(shí)例和生活中的典型案例,沒有提出貫穿概率與統(tǒng)計(jì)發(fā)展歷程的要求,所以在該模塊中的數(shù)學(xué)史內(nèi)容較少. 但是該模塊在歷史上是有豐富且生動(dòng)的史料的,通過介紹一些與古人有關(guān)的逸聞趣事和概率的發(fā)展歷程既能有效提高學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)概率與統(tǒng)計(jì)的興趣,也能讓學(xué)生感受到數(shù)學(xué)中的人文情懷.

    數(shù)學(xué)史欄目分布特征

    根據(jù)新版教材中的欄目分布,本文分為“正文”“例題”“習(xí)題”和“閱讀材料”四個(gè)部分對(duì)數(shù)學(xué)史內(nèi)容的分布進(jìn)行研究.

    其中正文部分包括前言、探究思考、正文主體、邊注;例題即在正文主體中穿插作為案例的題目;習(xí)題部分包括“文獻(xiàn)閱讀與寫作”部分的實(shí)習(xí)作業(yè)和章節(jié)末尾的課后習(xí)題;閱讀材料包括章節(jié)末尾的“閱讀與思考”和“探究與發(fā)現(xiàn)”兩部分.

    通過統(tǒng)計(jì),得出了新版教材中數(shù)學(xué)史欄目分布的特征,見表4.

    從表4中可以看出,正文和閱讀材料這兩部分中出現(xiàn)的數(shù)學(xué)史內(nèi)容較多. 尤其是出現(xiàn)在正文部分的數(shù)學(xué)史內(nèi)容較之前版本有顯著提高. 但是出現(xiàn)在例題和習(xí)題部分的數(shù)學(xué)史還是較少,且習(xí)題部分的數(shù)學(xué)史都是以學(xué)生自行查閱資料與寫作為主的開放題型,由于這種題型在高考中不會(huì)出現(xiàn),所以在教學(xué)中容易流于形式,不能引起師生的足夠重視,其教育功能會(huì)大打折扣.

    將出現(xiàn)次數(shù)最多的“閱讀材料”部分中的數(shù)學(xué)史素材進(jìn)行細(xì)分,可以分為以下四類:(1)數(shù)學(xué)概念的發(fā)展,介紹重要數(shù)學(xué)概念的產(chǎn)生、發(fā)展、完善和應(yīng)用;(2)思想方法介紹,介紹重大數(shù)學(xué)思想方法在學(xué)科內(nèi)的運(yùn)用;(3)數(shù)學(xué)故事,介紹數(shù)學(xué)家生平及其重要貢獻(xiàn),以及相關(guān)數(shù)學(xué)趣題;(4)數(shù)學(xué)與其他,介紹數(shù)學(xué)在人類生活、生產(chǎn)或者其他領(lǐng)域的應(yīng)用[6].

    將新版教材的閱讀材料部分中出現(xiàn)的數(shù)學(xué)史內(nèi)容分成以上四類,并統(tǒng)計(jì)各類的數(shù)量,制成表格,見表5.

    從表5可以看出,在新版教材中,屬于數(shù)學(xué)概念的發(fā)展的閱讀材料有4處,屬于思想方法介紹的有2處,屬于數(shù)學(xué)故事的有3處. 新版教材在閱讀材料的類型分配上比較均勻,并且都注意在閱讀材料中借助史料激發(fā)學(xué)生的思考,這也體現(xiàn)了高中階段數(shù)學(xué)教育不同于義務(wù)教育階段數(shù)學(xué)教育的特點(diǎn). 值得注意的是,新版教材的閱讀材料中沒有“數(shù)學(xué)與其他”方面的數(shù)學(xué)史內(nèi)容,這說明對(duì)于數(shù)學(xué)的應(yīng)用這一方面的展示,新版教材都是以更貼近學(xué)生實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)的方式來呈現(xiàn)的,體現(xiàn)出了新版教材在這方面的偏向,設(shè)計(jì)十分合理.

    結(jié)論與建議

    首先,數(shù)學(xué)史按知識(shí)模塊分布不夠均勻的問題依然存在. 例如,在“函數(shù)”和“幾何與代數(shù)”部分設(shè)置很多數(shù)學(xué)史材料,而“概率與統(tǒng)計(jì)”部分,卻只安排了很少的數(shù)學(xué)史內(nèi)容.

    其次,數(shù)學(xué)史欄目分布不均勻的問題也沒有解決. 新版教材中的數(shù)學(xué)史集中在閱讀材料部分,但是在實(shí)際教學(xué)中,由于教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)效果等各方面的壓力,閱讀材料很難在課堂教學(xué)中被提及和運(yùn)用,也不能引起師生的過多關(guān)注,其應(yīng)有的教育功能會(huì)大打折扣;相反,在正文、例題、習(xí)題部分出現(xiàn)的數(shù)學(xué)史較少,且古算題出現(xiàn)的頻次有顯著減少,而這兩部分的數(shù)學(xué)史正是師生可以直接利用的教學(xué)資源,因?yàn)樵诮處熓谡n、講解例題以及學(xué)生解答習(xí)題的過程中,學(xué)生頭腦中會(huì)留下與數(shù)學(xué)史有關(guān)的印象,從培養(yǎng)學(xué)生情感、態(tài)度和價(jià)值觀的角度也是有意義的. 建議教材編寫更多地關(guān)注在正文以及例題、習(xí)題中融入數(shù)學(xué)史.

    再次,數(shù)學(xué)史的運(yùn)用方式不夠多樣的問題依然顯著. 新版教材中的數(shù)學(xué)史出現(xiàn)在閱讀材料和邊注的居多,且大都采用了“附加式”,以這種方式呈現(xiàn)的數(shù)學(xué)史在實(shí)際學(xué)習(xí)中容易被忽視,不能充分發(fā)揮其蘊(yùn)含的教育價(jià)值. 建議教材編寫增加“復(fù)制式”“順應(yīng)式”數(shù)學(xué)史的融入,這樣一方面可以重現(xiàn)知識(shí)探索的過程、難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn),也可以增強(qiáng)數(shù)學(xué)研究在學(xué)生學(xué)習(xí)中的共鳴,提高學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的自信心;另一方面將數(shù)學(xué)史料進(jìn)行巧妙翻譯、修改,使其易于為學(xué)生理解,從而有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率. 此外,還要重視“重構(gòu)式”數(shù)學(xué)史的融入. 根據(jù)歷史發(fā)生原理、弗賴登塔爾的“再創(chuàng)造”、理論發(fā)生教學(xué)法,“重構(gòu)式”數(shù)學(xué)史在教學(xué)中可以發(fā)揮巨大的作用. 而且,在教學(xué)實(shí)踐中,融入教材的“重構(gòu)式”數(shù)學(xué)史為一線教師提供了直接可用的數(shù)學(xué)史料. 這種運(yùn)用方式對(duì)于教師數(shù)學(xué)史素養(yǎng)的要求不高,可以有效解決教師缺乏直接的數(shù)學(xué)史料的困難,使得數(shù)學(xué)史融入數(shù)學(xué)課堂的程度更高,做到“不提數(shù)學(xué)史,但用數(shù)學(xué)史”.

    最后,數(shù)學(xué)史在實(shí)際教學(xué)中的受重視程度需要提高. 課程標(biāo)準(zhǔn)中明確指出了數(shù)學(xué)文化應(yīng)融入數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng),要引導(dǎo)學(xué)生了解數(shù)學(xué)的發(fā)展歷程. 但是在新版教材中許多數(shù)學(xué)史內(nèi)容都安排在閱讀材料以及正文邊注等教師和學(xué)生容易忽略的位置,再加上學(xué)校教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)效果的壓力、教師自身對(duì)于這部分內(nèi)容的不重視等因素,數(shù)學(xué)史在實(shí)際教學(xué)中發(fā)揮的作用可以說微乎其微,自然也無法達(dá)到課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)學(xué)文化的要求. 要想解決這個(gè)問題,一方面需要教材給教師提供足夠多的直接可用的數(shù)學(xué)史料,讓教師不費(fèi)太多精力就能在課堂教學(xué)中使用;另一方面也需要教師有意識(shí)地提高自己的數(shù)學(xué)史素養(yǎng),如果作為教師自身都沒有了解數(shù)學(xué)的發(fā)展歷程、缺乏數(shù)學(xué)史的素養(yǎng),那么如何做到提升學(xué)生這方面的素養(yǎng)呢?

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