信息技術助力 豐富概念教學

王偉

摘要：發(fā)揮信息技術的數(shù)學教育價值，離不開信息技術與數(shù)學教學的深度融合.本文中以函數(shù)概念教學為例，通過創(chuàng)設豐富的信息化學習環(huán)境，改善學生的學習方式，促進學生對概念和數(shù)學問題的理解，提升學生的核心素養(yǎng).

關鍵詞：概念教學；信息技術；函數(shù)

1 問題的提出

有些數(shù)學概念是抽象邏輯思維的產物，沒有客觀實在與之對應，往往由于教學手段的限制而令學生“望而卻步”.《義務教育數(shù)學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課標》）指出：利用信息技術豐富教學場景，利用數(shù)學軟件開展數(shù)學實驗，從而改進教學方式，促進學生學習方式轉變［1］.如何將信息技術融入教學，改善學生的學習方式，促進學生對數(shù)學概念和數(shù)學問題的理解，提升學生的核心素養(yǎng)？筆者對此進行了積極的探索.下面以浙教版八年級上冊“5.2函數(shù)（1）”為例，談談筆者的實踐與思考.

2 教學過程

2.1 情境創(chuàng)設，經歷概念的產生過程

上節(jié)課我們學習了常量和變量，知道可以取不同數(shù)值的量叫做變量.那么，現(xiàn)實生活中的這些變量在變化過程中有什么關系呢？下面來探究一些實例.

實例1小慧的姐姐是一名大學生，暑假去某餐飲店打工，報酬是15元/h，設小慧的姐姐這個月工作的間為t h，應得報酬為m元，填寫表1：

（1）在這個變化過程中，有幾個變量？分別是什么？誰隨著誰的變化而變化？

（2）給定一個t的值，我們可以得到幾個對應的m的值？t與m的數(shù)量關系是什么？

實例2汽車緊急剎車后的滑行距離s（單位：m）與剎車前汽車的速度v（單位：km/h）有關，根據(jù)經驗，滑行的距離s=v2200（0＜v≤120）.計算當v分別取80，100時相應的距離s.

（1）在這個變化過程中，有幾個變量？分別是什么？誰隨著誰的變化而變化？

（2）給定一個v的值，可以算出幾個相應的s的值？

實例3按照如圖1的數(shù)值轉換器，試任意輸入一個x的值，根據(jù)y與x的數(shù)量關系求出相應y的值.

教師出示VB編程的數(shù)值轉換器，如圖2.

（1）在這個變化過程中，有幾個變量？分別是什么？誰隨著誰的變化而變化？

（2）任給一個x的值，可以得出幾個相應的y的值？

總結歸納：當變量t，v，x確定時，m，s，y分別隨之唯一確定.

設計意圖：函數(shù)本質屬性的揭示，應建立在大量的函數(shù)原型分析的基礎上.此環(huán)節(jié)創(chuàng)設了三個圍繞函數(shù)概念構成因素的代表性問題情境.學生通過觀察、識別、比較等認知行為提取出與概念相關的關鍵信息，再進行計算、分析、比較等思考后確定抽象的對象是變量之間的關系，對函數(shù)的本質屬性有了初步理解.信息技術亮點是在VB編程的數(shù)值轉換器的計算活動中，使學生直觀地感知到函數(shù)的本質屬性，激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望.教師適時給出VB編程的數(shù)值轉換器的代碼，并揭示其本質是關系式y(tǒng)=2x-1，讓學生接觸到信息的核心內容“編程語言”，以培養(yǎng)學生對信息技術的興趣，反過來學生也會體會到信息技術的發(fā)展離不開數(shù)學知識.

2.2 問題引導，經歷概念的抽象過程

根據(jù)上述分析，進行歸納概括.

問題1拋開實際背景，上述三個情境中的變量和變量關系都有哪些共同特征？

問題2這些特征是否適用于一般的同類型的變量關系？

教師在聆聽學生觀點的基礎上對它們的共同特征進行總結性講解：每組關系都涉及兩個變量；對于其中一個變量的每一個確定的值，另一個變量都有唯一確定的值與之對應.這樣的變量關系在數(shù)學上稱為函數(shù)（揭示課題）.

問題3嘗試用文字語言給函數(shù)下定義.

定義精致化后得到：一般地，在某個變化過程中，設有兩個變量x，y，如果對于x的每一個確定的值，y都有唯一確定的值與之對應，那么y就是x的函數(shù)，x叫做自變量.

設計意圖：在明確研究的對象是變量關系時，學生通過比較、歸納、概括等復雜思考提取共性（變量的規(guī)律及變量之間的關系）后建立清晰的函數(shù)概念表象，感受到了更高層次的數(shù)學抽象，積累了抽象概括的活動經驗.在用數(shù)學語言對函數(shù)概念加以表征時，八年級的學生還缺乏相關的經驗和能力，此時需教師加以引導.

2.3 交流辨析，內化理解概念

活動1：下列關系式中，y是不是x的函數(shù)？為什么？①y=x；②y=x2；③y2=x.

活動2：再舉一個函數(shù)的實例.（小組合作）

教師舉例：如圖3所示是某城市12個月平均最高氣溫變化圖.

（1）T是關于m的函數(shù)嗎？為什么？

（2）該城市4月的平均最高氣溫大約是多少？12月呢？

設計意圖：活動1借助希沃白板的課堂活動分組競爭的比賽（如圖4），學生完成了對關系式是不是函數(shù)的辨別.用游戲的方式調動了學生學習的興趣和參與的主動性.①②是正例，③是反例，讓學生明確概念的外延.追問為什么，進一步加深學生對函數(shù)的理解.活動2則是通過學生舉例，體會函數(shù)是刻畫現(xiàn)實世界中變量關系的重要的工具，促進學生對概念外延的進一步理解.教師舉例，某城市12個月平均最高氣溫變化圖讓學生產生認知沖突（學生之前一般只具有表格、等式表示函數(shù)的經驗），進一步拓展了概念的外延，并為學生了解圖象法做好鋪墊.

2.4 合作探究，感悟概念的衍生過程

問題探究：觀察前面的例子，你認為函數(shù)可以用哪些形式來表示？

歸納總結得到：列表法、解析法、圖象法.

我們把自變量x取一個確定的值，對應的y的值稱為函數(shù)值.從上面的分析，你能告訴大家，對于用不同方法表示的函數(shù)，如何求函數(shù)值？

歸納總結得到：查表、代入、作圖.

設計意圖：回顧實例，學生在探究活動中感悟到歸納思想，提煉出函數(shù)的三種表示方法，即列表法、解析法、圖象法.學生參與從一般的函數(shù)值定義到三種不同表示方法的函數(shù)值求法的活動，再次體會函數(shù)自變量與因變量“單值對應”的關系，突出函數(shù)的本質屬性.

2.5 典例分析，掌握概念的應用方法

研究函數(shù)中兩個變量之間的關系，掌握它們的變化規(guī)律，有利于人們解決日常生活中的實際問題.

例1國內投遞快遞需收取快遞費，快遞費價格包括首重價格和續(xù)重價格，其中續(xù)重價格和質量關系如表2.

（1）y是x的函數(shù)嗎？為什么？

（2）分別求當x=400，1 200，1 500，2 300時相應的函數(shù)值.

（3）若續(xù)重價格為4元，能確定此快遞續(xù)重質量嗎？

例2如圖5所示是小明放學回家的折線圖，其中t表示時間（單位：min），s表示離開學校的路程（單位：m）.請根據(jù)圖象回答下面的問題：

（1）這個函數(shù)反映了哪兩個變量之間的關系？

（2）求當t=2時的函數(shù)值，并說明它的實際意義.

（3）小明回家途中有沒有停留？停留了多長時間？

設計意圖：學生在快遞運費、路程兩個具有代表性問題的解決中，經歷概念的“具體—一般—具體”的過程，形成利用函數(shù)的觀點認識現(xiàn)實世界的意識，體會蘊含在應用過程中的函數(shù)思想和方法.快遞運費問題改編自課本平信郵資問題，更符合學生的生活經驗.信息技術的亮點是借助希沃白板的功能，手機拍攝學生解題過程并將其迅速上傳到屏幕，便于學生觀看、互評，起到及時反饋的作用.計時器（圖6）提高學生的注意力，培養(yǎng)學生時間管理能力，增強解題效果.

2.6 梳理提煉，歸納概念的學習套路

本節(jié)課大家學到了函數(shù)的哪些知識？

師生交流后梳理出本節(jié)課的知識框圖（圖7）.

設計意圖：在教師的引導下，學生通過梳理、交流，重組相關知識點，厘清函數(shù)的來龍去脈，將函數(shù)扎實地納入已有的認知結構中，完善了知識體系.知識框圖揭示了概念學習的基本套路，即概念抽象、概念辨析、概念應用、下位概念.掌握概念學習的基本套路，有助于學生進行自主學習和研究，提高學生的數(shù)學素養(yǎng).

3 教學思考

3.1 遵循規(guī)律，形成函數(shù)概念

概念教學的一般思路：問題引入—抽象概念—概念辨析—概念應用—概念梳理［2］.從教學過程看，筆者緊緊圍繞函數(shù)概念展開建構，從變量關系的視角出發(fā)探究實例，注重啟發(fā)學生歸納提煉其中蘊含的共同特征，再逐步抽象出概念，形成初步的抽象能力；通過正反例、學生舉例、教師舉例進行概念辨析；通過概念衍生，獲得函數(shù)的三種表示方式及函數(shù)值的意義；通過概念應用，初步形成模型觀念；通過概念梳理，形成結構化的數(shù)學知識體系；學生在學習過程中自然積累概念學習的經驗.

3.2 技術助力，改善學習方式

《課標》指出：注重信息技術與教學的融合，改進教學方式，促進學生學習方式轉變［1］.在教學活動中，創(chuàng)設多個融入信息技術的學習活動.如數(shù)值轉換器問題，學生通過程序，直觀地感受到任意輸入一個數(shù)，由關系式得到一個對應的數(shù)；借助希沃白板的拖動功能得到函數(shù)的完整定義；以游戲PK賽的形式完成關系式是不是函數(shù)的辨別；學生在操作中理解函數(shù)的定義.在知識應用環(huán)節(jié)，借助手機拍照，將學生解題過程迅速上傳到屏幕，為學生自主學習提供更快捷的平臺.上述活動，使學生感受到多媒體技術的創(chuàng)新，調動了學生學習的興趣，提高了學生參與的主動性，最終為數(shù)學學習形式帶來新的氣象和新的內涵.

3.3 設置問題鏈，培養(yǎng)抽象思維

史寧中教授認為抽象有兩個層次，一是從感性具體到理性具體，二是符號化，這既要求學生能將現(xiàn)實的問題數(shù)學化，又要求學生能從提取到的數(shù)學要素中發(fā)現(xiàn)數(shù)學關系、概念、命題等.筆者首先創(chuàng)設了三個圍繞函數(shù)概念構成因素的代表性問題情境并設置類似的問題鏈，（1）在這個變化的過程中，有幾個變量？分別是什么？誰隨著誰的變化而變化？（2）給定一個變量的值，我們可以得到幾個對應的變量的值？（3）一個變量確定，另一變量是否隨之唯一確定？接著在此基礎上再提問，（4）拋開實際背景，上述三個情境中的變量和變量關系都有哪些共同特征？這些特征是否適用于一般的同類的變量關系？問題（1）從實際問題中抽象出數(shù)學問題“變量及變量之間的變化規(guī)律”.問題（2）和問題（3）通過對變量的分析建立了兩個變量之間的依賴關系.問題（4）通過對不同背景之間的變量關系進行比較、抽象出函數(shù)概念的本質屬性.在這一過程中學生經歷了函數(shù)概念螺旋式上升的抽象過程，不僅促進其思維由直覺思維向抽象思維轉變，而且提升了其數(shù)學抽象思維的層次.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育數(shù)學課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022．

[2]顧建鋒，鐘偉.概念形成理論指導下的概念學習設計——以浙教版教材八年級上冊“5.2函數(shù)”（第1課時）的教學設計為例[J].中國數(shù)學教育，2017（23）：28-32.