李春梅 張昆
[摘? 要] “數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)”“數(shù)學(xué)化”與“再創(chuàng)造”是弗賴登塔爾數(shù)學(xué)教育理論的三個(gè)重要特征,其要求把“講數(shù)學(xué)”轉(zhuǎn)換為引導(dǎo)學(xué)生“再創(chuàng)造”數(shù)學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu). 文章以“圖形的旋轉(zhuǎn)”教學(xué)為例,說(shuō)明弗賴登塔爾數(shù)學(xué)教育思想的精髓.
[關(guān)鍵詞] 數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí);數(shù)學(xué)化;再創(chuàng)造;圖形的旋轉(zhuǎn)
國(guó)家出臺(tái)了“雙減”政策,明確要求減輕學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān). 在此背景下,教師如何在不增加學(xué)生課業(yè)負(fù)擔(dān)的同時(shí),提升數(shù)學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量呢?教師要以引領(lǐng)者的角色有指導(dǎo)地帶領(lǐng)學(xué)生通往奇妙的數(shù)學(xué)世界,鼓勵(lì)學(xué)生有意識(shí)地、不由自主地觀察數(shù)學(xué). 數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)也提出,課程內(nèi)容的組織與選擇要以學(xué)生為主體,符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平和數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)[1],要引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷新知識(shí)產(chǎn)生和發(fā)展的過(guò)程. 其中體現(xiàn)的教育理念與弗賴登塔爾(以下簡(jiǎn)稱“弗氏”)數(shù)學(xué)教育思想相融合,本文著眼于弗氏“數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)”“數(shù)學(xué)化”“再創(chuàng)造”數(shù)學(xué)教育理論與實(shí)際課堂教學(xué)的結(jié)合,探究如何進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)以及課堂教學(xué)活動(dòng)的展開(kāi),目的是促使學(xué)生成為數(shù)學(xué)課堂的主人,同時(shí)避免依靠“題海戰(zhàn)術(shù)”提高學(xué)習(xí)成績(jī),減輕學(xué)生的數(shù)學(xué)課業(yè)負(fù)擔(dān).
弗賴登塔爾數(shù)學(xué)教育理論概述
弗賴登塔爾在數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)教育方面都做出了極大的貢獻(xiàn),對(duì)荷蘭乃至當(dāng)今世界都有著深遠(yuǎn)的影響. 他在中國(guó)短短幾個(gè)月的講學(xué),為我國(guó)的數(shù)學(xué)教育注入了新鮮的血液,打開(kāi)了數(shù)學(xué)教育領(lǐng)域的另一扇門. 其教育思想、觀念極大地啟發(fā)了當(dāng)時(shí)的數(shù)學(xué)教育工作者,被學(xué)者們所鉆研、探究. 弗氏倡導(dǎo)的數(shù)學(xué)教育觀是把“教”轉(zhuǎn)換為“學(xué)”,把教師的教學(xué)活動(dòng)轉(zhuǎn)換為學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng),把“講數(shù)學(xué)”轉(zhuǎn)換為“創(chuàng)造數(shù)學(xué)”[2]. 張奠宙先生將弗氏數(shù)學(xué)教育理論歸結(jié)為“數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)”“數(shù)學(xué)化”與“再創(chuàng)造”三個(gè)特征[3],這就為教師開(kāi)展課堂教學(xué)活動(dòng)奠定了重要的理論基礎(chǔ),同時(shí)改進(jìn)了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)課堂“灌輸式”“被動(dòng)式”的教學(xué)模式.
1. 數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)
“數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)”是指學(xué)生已有的數(shù)學(xué)概念、方法等對(duì)客觀世界現(xiàn)實(shí)情況的認(rèn)識(shí)而形成的認(rèn)知結(jié)構(gòu). 弗氏認(rèn)為數(shù)學(xué)教育應(yīng)該為不同的人提供適合不同專長(zhǎng)所需要的數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí),使其能夠運(yùn)用自如地解決有關(guān)的數(shù)學(xué)問(wèn)題[3]. 數(shù)學(xué)源于現(xiàn)實(shí)、寓于現(xiàn)實(shí),并用于現(xiàn)實(shí),即現(xiàn)實(shí)的數(shù)學(xué). 所以,數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)從學(xué)生已有的生活現(xiàn)實(shí)、數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)出發(fā),在已有的認(rèn)知基礎(chǔ)上將生活中的問(wèn)題抽象成數(shù)學(xué)問(wèn)題,并加以解決.
2. 數(shù)學(xué)化
弗氏說(shuō)道,與其說(shuō)讓學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),還不如說(shuō)讓學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)化[4]. “數(shù)學(xué)化”是指運(yùn)用數(shù)學(xué)思想和方法研究現(xiàn)實(shí)生活中的各種具體情境,從情境中抽象出數(shù)學(xué)問(wèn)題,并加以整理、分析與解決的過(guò)程. “數(shù)學(xué)化”包括兩方面,即橫向數(shù)學(xué)化與縱向數(shù)學(xué)化,橫向數(shù)學(xué)化是將現(xiàn)實(shí)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題,再對(duì)其進(jìn)行抽象形成概念或公理體系,完成縱向數(shù)學(xué)化.
3. 再創(chuàng)造
“再創(chuàng)造”與杜威的“做中學(xué)”是相通的,弗氏認(rèn)為數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)需經(jīng)歷“抽象化”的過(guò)程,即“做中學(xué)”中“做”的過(guò)程,將學(xué)習(xí)者看作創(chuàng)造主體,主動(dòng)參與知識(shí)生成過(guò)程,同時(shí)在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行再創(chuàng)造. “再創(chuàng)造”常被譯為發(fā)現(xiàn)或是再發(fā)現(xiàn),但又不等同于“發(fā)現(xiàn)法”. “再創(chuàng)造”不僅是一種教學(xué)方法,還是一項(xiàng)教學(xué)原則,是任何數(shù)學(xué)知識(shí)的教學(xué)活動(dòng)都可以得到的抽象的方法;“發(fā)現(xiàn)法”則是教學(xué)中的一種具體方法,著重教師提前設(shè)計(jì)好一個(gè)個(gè)問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生逐步發(fā)現(xiàn)、探索,但在這個(gè)過(guò)程中教師施教稍有不慎可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生走向被動(dòng)[5].
下面簡(jiǎn)要探討“數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)”“數(shù)學(xué)化”與“再創(chuàng)造”三者之間的關(guān)系(如圖1所示). 在數(shù)學(xué)教學(xué)中,三者是相互依存、緊密聯(lián)系的整體. 首先,“數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)”是進(jìn)行數(shù)學(xué)活動(dòng)的背景,是“數(shù)學(xué)化”的基礎(chǔ)和前提,為進(jìn)行“數(shù)學(xué)化”提供現(xiàn)實(shí)材料;其次,“數(shù)學(xué)化”與“再創(chuàng)造”相互促進(jìn),在學(xué)生做數(shù)學(xué)、動(dòng)手實(shí)踐的過(guò)程中達(dá)到“再創(chuàng)造”的目的,即透過(guò)橫向數(shù)學(xué)化和縱向數(shù)學(xué)化的視角解釋“再創(chuàng)造”的過(guò)程;最后,通過(guò)對(duì)知識(shí)的“再創(chuàng)造”,又反作用于“數(shù)學(xué)化”的進(jìn)行,完成縱向的“數(shù)學(xué)化”. 總之,可以說(shuō)“再創(chuàng)造”是“數(shù)學(xué)化”的有效方法和手段.
基于弗賴登塔爾數(shù)學(xué)教學(xué)思想的“圖形的旋轉(zhuǎn)”教學(xué)設(shè)計(jì)案例
弗氏認(rèn)為數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的主、客觀基礎(chǔ)來(lái)自數(shù)學(xué)知識(shí)形成過(guò)程的本身和學(xué)生所擁有的數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)及智力活動(dòng),學(xué)習(xí)者在處理、加工數(shù)學(xué)化信息的過(guò)程中,憑借自己的數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)、認(rèn)知結(jié)構(gòu)與思維方式,再創(chuàng)造出具體的數(shù)學(xué)知識(shí),如此,數(shù)學(xué)教學(xué)須依據(jù)“再創(chuàng)造”的途徑展開(kāi),這既是擴(kuò)展客觀的數(shù)學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)需求,也是擴(kuò)充學(xué)生產(chǎn)生數(shù)學(xué)認(rèn)知過(guò)程的心理結(jié)構(gòu)需求[6].
下面以“圖形的旋轉(zhuǎn)”教學(xué)為例,力求盡可能體現(xiàn)弗氏“數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)”“數(shù)學(xué)化”與“再創(chuàng)造”數(shù)學(xué)教學(xué)思想的精髓.
“圖形的旋轉(zhuǎn)”是滬科版九年級(jí)下冊(cè)第一章第一節(jié)的內(nèi)容,雖然學(xué)生在小學(xué)階段已經(jīng)接觸過(guò)旋轉(zhuǎn),但對(duì)于旋轉(zhuǎn)只是初步認(rèn)識(shí). 現(xiàn)在要求學(xué)生能由具體實(shí)例認(rèn)識(shí)平面圖形關(guān)于旋轉(zhuǎn)中心的旋轉(zhuǎn),并探索其基本性質(zhì)[1]. 學(xué)習(xí)“旋轉(zhuǎn)”,能促進(jìn)學(xué)生體驗(yàn)到數(shù)學(xué)與現(xiàn)實(shí)生活息息相關(guān),能調(diào)動(dòng)他們的探究欲望. 如果教師只是平平無(wú)奇地向?qū)W生講授旋轉(zhuǎn)及其性質(zhì),沒(méi)有讓學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)的萌生、發(fā)現(xiàn)、形成過(guò)程,那么知識(shí)只停留在學(xué)生從短時(shí)記憶進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)記憶的“中途”,沒(méi)能在學(xué)生的頭腦中留下深刻的記憶,數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的有效性也就無(wú)法實(shí)現(xiàn). 因此,教師要將“數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)”“數(shù)學(xué)化”與“再創(chuàng)造”教學(xué)思想滲透進(jìn)“圖形的旋轉(zhuǎn)”教學(xué)中,讓學(xué)生經(jīng)歷橫向數(shù)學(xué)化和縱向數(shù)學(xué)化兩個(gè)階段,即“橫向”應(yīng)用日常生活中與旋轉(zhuǎn)有關(guān)的實(shí)例,“縱向”引導(dǎo)學(xué)生一步步經(jīng)歷抽象幾何圖形并形成概念的過(guò)程,從而在這一過(guò)程中探索出旋轉(zhuǎn)的性質(zhì),達(dá)到“再創(chuàng)造”的目的.
【環(huán)節(jié)一】創(chuàng)設(shè)現(xiàn)實(shí)情境:生活中物體的旋轉(zhuǎn)——數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)
教師通過(guò)多媒體向?qū)W生展示日常生活中常見(jiàn)的有關(guān)旋轉(zhuǎn)的實(shí)例,如玩具風(fēng)車、自行車車輪以及時(shí)鐘的轉(zhuǎn)動(dòng)(如圖2所示),這些都是學(xué)生平時(shí)所能接觸到的物體的旋轉(zhuǎn),能幫助他們感受到數(shù)學(xué)無(wú)處不在.
師:同學(xué)們還能想到生活中其他與旋轉(zhuǎn)有關(guān)的例子嗎?(引導(dǎo)學(xué)生思考)
生1:我知道!游樂(lè)園中摩天輪的轉(zhuǎn)動(dòng),以及電風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng).
生2:還有汽車方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)、指南針……
生3:原來(lái)我們生活中有這么多與旋轉(zhuǎn)相關(guān)的物體呀!
設(shè)計(jì)意圖從學(xué)生的生活現(xiàn)實(shí)、已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)出發(fā),創(chuàng)設(shè)良好的環(huán)境狀態(tài),激發(fā)學(xué)生的情感動(dòng)機(jī),讓學(xué)生真切感悟到數(shù)學(xué)與現(xiàn)實(shí)生活是自然貼合、密切聯(lián)系的,即“現(xiàn)實(shí)的數(shù)學(xué)”. 于學(xué)生而言,呈現(xiàn)生活中的情境,把生活中的問(wèn)題“現(xiàn)實(shí)化”,能幫助他們?cè)陬^腦中建立新問(wèn)題與已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系.
【環(huán)節(jié)二】抽象出圖形的旋轉(zhuǎn)——數(shù)學(xué)化
小學(xué)階段學(xué)生只是了解到一些物體繞著一個(gè)點(diǎn)順時(shí)針或逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象是旋轉(zhuǎn),現(xiàn)在教師要引導(dǎo)學(xué)生抽象現(xiàn)實(shí)世界中幾何圖形的旋轉(zhuǎn),通過(guò)觀察具體實(shí)例來(lái)認(rèn)識(shí)旋轉(zhuǎn),并探索其性質(zhì).
師:通過(guò)這些同學(xué)的回答,大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這些圖形的運(yùn)動(dòng)有什么共同特點(diǎn)?它們是怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)的?
生4:它們都是圍繞一個(gè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的.
生5:它們是逆時(shí)針或順時(shí)針繞著一個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度.
師:你們觀察得很仔細(xì)!那根據(jù)生4和生5的觀點(diǎn),你們可以嘗試著給旋轉(zhuǎn)下一個(gè)定義嗎?
生6:一個(gè)圖形繞著一個(gè)定點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度θ,得到另一個(gè)圖形的變換就是旋轉(zhuǎn).
師:你們認(rèn)為這個(gè)同學(xué)說(shuō)的有道理嗎?
生(齊):有道理.
師:對(duì),這位同學(xué)說(shuō)得非常好. 我們把其中的定點(diǎn)O稱為旋轉(zhuǎn)中心,θ稱為旋轉(zhuǎn)角度.
師:從上面的具體實(shí)例中我們認(rèn)識(shí)了旋轉(zhuǎn),再繼續(xù)觀察,要描述圖形的旋轉(zhuǎn),我們需要關(guān)注哪些要點(diǎn)?我們?nèi)我猱?huà)一個(gè)△ABC,把它繞著點(diǎn)A旋轉(zhuǎn)60°,會(huì)得到怎樣的結(jié)果?
生7:因?yàn)樾D(zhuǎn)方向不確定,所以我畫(huà)出了兩個(gè)不同位置的三角形(如圖3所示).
師:那把△ABC繞著它的頂點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°,會(huì)得到怎樣的結(jié)果?
生8:因?yàn)樾D(zhuǎn)中心不確定,所以我畫(huà)出了不同位置的三角形(如圖4所示).
師:把△ABC繞點(diǎn)A順時(shí)針旋轉(zhuǎn),又會(huì)得到怎樣的結(jié)果?
生9:因?yàn)樾D(zhuǎn)角度不確定,所以可以畫(huà)出無(wú)數(shù)個(gè)三角形.
師:那怎樣才能使旋轉(zhuǎn)后的圖形唯一確定呢?
生10:把△ABC繞點(diǎn)A順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°,這樣就能畫(huà)出唯一的三角形了(如圖5所示),所以要確定旋轉(zhuǎn)中心、旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)角度.
師:非常好!旋轉(zhuǎn)的這三個(gè)要素缺一不可,這樣才能讓旋轉(zhuǎn)后的圖形“唯一確定”.
師:那旋轉(zhuǎn)后的圖形與原圖形有何關(guān)系呢?
設(shè)計(jì)意圖創(chuàng)造合適的問(wèn)題串情境,促使學(xué)生積極投入解決問(wèn)題的氛圍中,經(jīng)歷由生活實(shí)物旋轉(zhuǎn)到數(shù)學(xué)圖形旋轉(zhuǎn)的抽象化過(guò)程,這樣的設(shè)計(jì)符合當(dāng)前知識(shí)階段的圖形轉(zhuǎn)化促使橫向數(shù)學(xué)化的發(fā)生. 接著從中抽象出旋轉(zhuǎn)的本質(zhì)屬性,獲得旋轉(zhuǎn)概念,并借助“問(wèn)題串”,在理解旋轉(zhuǎn)概念的同時(shí),明晰“唯一確定性”,從而理解旋轉(zhuǎn)的三要素,完成縱向的數(shù)學(xué)化. 最后,由此引起的疑問(wèn)為學(xué)生提供了探究旋轉(zhuǎn)性質(zhì)的動(dòng)機(jī).
【環(huán)節(jié)三】知識(shí)的生成:旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)——再創(chuàng)造
師:其實(shí)研究旋轉(zhuǎn)前、后兩個(gè)圖形的關(guān)系就是研究旋轉(zhuǎn)的性質(zhì). 那圖形旋轉(zhuǎn)具體有哪些性質(zhì)?
生:……(思維暫時(shí)中斷)
師:我們學(xué)習(xí)平移、軸對(duì)稱的性質(zhì)時(shí),是從哪些角度進(jìn)行探究的?(通過(guò)這樣的類比啟發(fā)學(xué)生,指引學(xué)生找到明確的方向)
生11:可以從點(diǎn)、角和線段出發(fā).
師:生11的思維很敏捷!研究旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)就是研究這些對(duì)應(yīng)點(diǎn)、對(duì)應(yīng)角、對(duì)應(yīng)線段之間的關(guān)系,研究它們?cè)谛螤?、大小和位置方面有何變? 下面我們一起觀察△ABC旋轉(zhuǎn)的過(guò)程(如圖6所示). △ABC繞點(diǎn)O順時(shí)針旋轉(zhuǎn)后得到△A′B′C′,旋轉(zhuǎn)后得到的△A′B′C′與原△ABC有何關(guān)系?OA與OA′、OB與OB′、OC與OC′,以及∠AOA′,∠BOB′,∠COC′分別有什么數(shù)量關(guān)系?
生12:△ABC和△A′B′C′的形狀和大小都相同,所以△ABC≌△A′B′C′;∠AOA′,∠BOB′,∠COC′都等于旋轉(zhuǎn)角,所以∠AOA′=∠BOB′=∠COC′;OA與OA′、OB與OB′、OC與OC′的長(zhǎng)度也分別相等.
學(xué)生利用類比思想方法,探究出了旋轉(zhuǎn)的性質(zhì):對(duì)應(yīng)點(diǎn)到旋轉(zhuǎn)中心的距離相等;對(duì)應(yīng)點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)中心連線所成的角等于旋轉(zhuǎn)角;旋轉(zhuǎn)中心是唯一不動(dòng)的點(diǎn).
設(shè)計(jì)意圖教師鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手操作三角形旋轉(zhuǎn)的全過(guò)程,又適當(dāng)啟發(fā)學(xué)生采用類比思想方法,促使學(xué)生獲得真實(shí)有效的數(shù)學(xué)化信息,調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性,找出對(duì)應(yīng)點(diǎn)、對(duì)應(yīng)角、對(duì)應(yīng)線段之間的關(guān)系,最終探究出旋轉(zhuǎn)的性質(zhì). 在這一教學(xué)環(huán)節(jié),教師引導(dǎo)學(xué)生自主探究,在“再創(chuàng)造”中得到旋轉(zhuǎn)的性質(zhì),充分發(fā)揮了學(xué)生的主體地位,學(xué)生也在此過(guò)程中經(jīng)歷了知識(shí)的生成過(guò)程.
結(jié)束語(yǔ)
“圖形的旋轉(zhuǎn)”教學(xué)過(guò)程契合弗氏數(shù)學(xué)教育理論. 上述案例,從環(huán)節(jié)一“創(chuàng)設(shè)現(xiàn)實(shí)情境”,引起學(xué)生共鳴;過(guò)渡到環(huán)節(jié)二“抽象出圖形的旋轉(zhuǎn)(即抽象出數(shù)學(xué)概念)”,學(xué)生經(jīng)歷了由生活實(shí)物旋轉(zhuǎn)到數(shù)學(xué)圖形旋轉(zhuǎn)的抽象化過(guò)程,獲得了旋轉(zhuǎn)的概念,并理解了旋轉(zhuǎn)的三要素;最后過(guò)渡到環(huán)節(jié)三“知識(shí)的生成”,學(xué)生在“再創(chuàng)造”中探究出了旋轉(zhuǎn)的性質(zhì). 教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是充分利用學(xué)生的“數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)”,從學(xué)生當(dāng)前的數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)出發(fā),有選擇地向?qū)W生提供橫向數(shù)學(xué)化的合適信息,在教師的指導(dǎo)下,學(xué)生組織、探究信息,并進(jìn)行整合,生成數(shù)學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu),以達(dá)到“再創(chuàng)造”的目的,同時(shí)為縱向的數(shù)學(xué)化提供方法和手段. 簡(jiǎn)而言之,數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程就是基于學(xué)習(xí)者已有的數(shù)學(xué)知識(shí)、領(lǐng)悟與經(jīng)驗(yàn)而生成的“再創(chuàng)造”過(guò)程[5]. 這個(gè)探索過(guò)程,不僅能沖破學(xué)生思維的消極定式,還能啟發(fā)學(xué)生“再創(chuàng)造”建構(gòu)新的數(shù)學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu),從而促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展.
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[5]張昆. 指向以學(xué)定教的數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)示例——透過(guò)弗賴登塔爾的數(shù)學(xué)“再創(chuàng)造”教學(xué)思想的視點(diǎn)[J]. 中學(xué)數(shù)學(xué),2018(12):61-64.
[6]張昆. 實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)有效性的思考——透過(guò)弗賴登塔爾的數(shù)學(xué)“再創(chuàng)造”教學(xué)原則的視點(diǎn)[J].數(shù)學(xué)教學(xué)通訊,2020(09):5-7.