浙江杭州市臨平區(qū)星橋第一小學(xué)(311100) 付榮玲
浙江杭州市臨平區(qū)育才實(shí)驗(yàn)映荷小學(xué)(311100) 李慶海
數(shù)學(xué)史與數(shù)學(xué)教育的關(guān)系,最明顯的呈現(xiàn)就是數(shù)學(xué)教材介紹了一些我國(guó)古代的數(shù)學(xué)成就,意在激發(fā)學(xué)生的民族自信以及對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。諸多專家學(xué)者的研究成果證明數(shù)學(xué)史對(duì)數(shù)學(xué)教學(xué)有積極作用,引發(fā)了部分教師探索運(yùn)用數(shù)學(xué)史的教學(xué)方式。比如,有的教師在課堂上用圖片或數(shù)學(xué)故事激發(fā)學(xué)生興趣。這種“附加式”的數(shù)學(xué)史進(jìn)課堂,沒(méi)有把數(shù)學(xué)的歷史順序、知識(shí)的邏輯順序、學(xué)生的認(rèn)知順序有機(jī)地整合在一起,沒(méi)有充分發(fā)揮數(shù)學(xué)史的作用。
布魯納認(rèn)為,以理解為目的,兒童應(yīng)該向?qū)W科專家一樣去學(xué)習(xí)?,F(xiàn)在的學(xué)生對(duì)某些數(shù)學(xué)概念的認(rèn)識(shí)與古代數(shù)學(xué)家的認(rèn)識(shí)相似,在認(rèn)識(shí)某些概念的過(guò)程中遇到的問(wèn)題也與歷史上數(shù)學(xué)家探究時(shí)遇到的問(wèn)題一致。因此,在數(shù)學(xué)教學(xué)中深入研究某些概念的數(shù)學(xué)史,依目標(biāo)重構(gòu)數(shù)學(xué)史,再現(xiàn)數(shù)學(xué)家式的研究,可以讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)知識(shí)的本質(zhì)。
數(shù)學(xué)史重構(gòu)式學(xué)習(xí)是指依據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)的發(fā)展歷史,重構(gòu)數(shù)學(xué)知識(shí)的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程,設(shè)計(jì)相應(yīng)的探究任務(wù),使學(xué)生經(jīng)歷數(shù)學(xué)知識(shí)的發(fā)展過(guò)程,體驗(yàn)古人的思考過(guò)程,從而感受數(shù)學(xué)的魅力。
數(shù)學(xué)史重構(gòu)式學(xué)習(xí)路徑如下。
數(shù)學(xué)史重構(gòu)式學(xué)習(xí)最難的是找到知識(shí)背后的數(shù)學(xué)史,挖掘內(nèi)容主題背后的數(shù)學(xué)文化,找到與所學(xué)內(nèi)容相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)發(fā)展脈絡(luò)、數(shù)學(xué)家的探索精神。
將數(shù)學(xué)史引入課堂,對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu),要對(duì)數(shù)學(xué)史的教育價(jià)值進(jìn)行合理定位。教師要了解數(shù)學(xué)史,明確教學(xué)目標(biāo),設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)要體現(xiàn)數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的關(guān)鍵能力。
數(shù)學(xué)史重構(gòu)式學(xué)習(xí)需要將數(shù)學(xué)史的核心要素進(jìn)行分析,依據(jù)《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022 年版)》的評(píng)價(jià)目標(biāo),結(jié)合學(xué)習(xí)內(nèi)容,設(shè)計(jì)核心學(xué)習(xí)任務(wù),引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí),參與數(shù)學(xué)史的探究活動(dòng),開啟數(shù)學(xué)家式的發(fā)現(xiàn)之旅。
數(shù)學(xué)史重構(gòu)式學(xué)習(xí),重構(gòu)內(nèi)容,滲透數(shù)學(xué)史,教師對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)也要相應(yīng)重構(gòu)。學(xué)生走進(jìn)傳統(tǒng)數(shù)學(xué)文化,了解數(shù)學(xué)史,嘗試用古人的方式解決問(wèn)題,古今對(duì)照,感受數(shù)學(xué)史的魅力,從而體會(huì)所學(xué)內(nèi)容的價(jià)值,更好地學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。
下面以“百分?jǐn)?shù)的意義”一課為例,說(shuō)明如何研究數(shù)學(xué)史,并將其融入教學(xué)內(nèi)容,進(jìn)行重構(gòu)式教學(xué),讓學(xué)生在了解數(shù)學(xué)知識(shí)發(fā)展歷史的同時(shí)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。
《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022 年版)》將百分?jǐn)?shù)的內(nèi)容從“數(shù)與代數(shù)”板塊移到了“統(tǒng)計(jì)與概率”板塊。這一轉(zhuǎn)移,體現(xiàn)了百分?jǐn)?shù)的發(fā)展是動(dòng)態(tài)的,事實(shí)上,它表示的意義也是不斷變化的。
(1)百分?jǐn)?shù)源于商業(yè)的需要
據(jù)《算術(shù)珍本》記載,公元前300 年的古印度商人以100 為基礎(chǔ)進(jìn)行放貸,古羅馬商人用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示相對(duì)于100 的盈利與虧損??梢?jiàn),當(dāng)時(shí)的百分?jǐn)?shù)只是作為參照數(shù)據(jù)。
(2)百分?jǐn)?shù)成為一般概念
我國(guó)古代,人們進(jìn)行糧食交易時(shí)用到了比例。如《九章算術(shù)》第二章《粟米》(原題略),這道題的解法“50∶30=10∶x”流傳到歐洲。文藝復(fù)興時(shí)期,有數(shù)學(xué)家發(fā)現(xiàn),如果將“粟米與糲米”的比改為100∶60更好計(jì)算,因此產(chǎn)生了百分比。
(3)百分?jǐn)?shù)被廣泛應(yīng)用于統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域
19 世紀(jì)初,為了方便對(duì)比,有著基準(zhǔn)功能的百分?jǐn)?shù)再次被數(shù)學(xué)家應(yīng)用——用百分?jǐn)?shù)表示部分與整體的關(guān)系,還出現(xiàn)了比“1”大的百分?jǐn)?shù)(與分率、倍比相似)。百分?jǐn)?shù)的統(tǒng)計(jì)功能被廣泛應(yīng)用于商業(yè)。進(jìn)入現(xiàn)代,百分?jǐn)?shù)與大數(shù)據(jù)、決策緊密聯(lián)系,引發(fā)數(shù)學(xué)家對(duì)百分?jǐn)?shù)在統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域表示隨機(jī)性的價(jià)值產(chǎn)生新的思考。或許是基于這個(gè)原因,百分?jǐn)?shù)的內(nèi)容由“數(shù)與代數(shù)”板塊移到了“統(tǒng)計(jì)與概率”板塊。
教學(xué)中如何讓學(xué)生從數(shù)學(xué)史的角度來(lái)學(xué)習(xí)百分?jǐn)?shù)呢?如果能重構(gòu)學(xué)習(xí)內(nèi)容,讓學(xué)生與百分?jǐn)?shù)產(chǎn)生“同頻共振”,則能讓學(xué)生了解百分?jǐn)?shù)的產(chǎn)生,感受到百分?jǐn)?shù)的重要意義,體會(huì)到百分?jǐn)?shù)產(chǎn)生的必然性及其獨(dú)特的價(jià)值。
美國(guó)數(shù)學(xué)家喬治·波利亞認(rèn)為,只有看到數(shù)學(xué)的產(chǎn)生、按照數(shù)學(xué)發(fā)展的歷史順序或親自從事數(shù)學(xué)活動(dòng)發(fā)現(xiàn)時(shí),才能最好地理解數(shù)學(xué)。將數(shù)學(xué)史融入百分?jǐn)?shù)的概念教學(xué)時(shí),要將知識(shí)的歷史順序、知識(shí)間的邏輯順序、學(xué)生的認(rèn)知順序融入“百分?jǐn)?shù)的意義”這一主題教學(xué)。
(1)教材掃描:確定教學(xué)重點(diǎn)
小學(xué)階段,“百分?jǐn)?shù)的意義”教學(xué)是在學(xué)生學(xué)習(xí)了“倍”“分?jǐn)?shù)”“比”后進(jìn)行的,分為“初步認(rèn)識(shí)百分?jǐn)?shù)”和“百分率(用百分?jǐn)?shù)表示率)”兩個(gè)階段。
比較北師大版教材和人教版教材中的“百分?jǐn)?shù)”單元(如圖1、圖2),發(fā)現(xiàn):北師大版教材編排了“比較誰(shuí)的命中率高”這一具體生活情境,學(xué)生在解決問(wèn)題中發(fā)現(xiàn),將多個(gè)異分母分?jǐn)?shù)進(jìn)行通分后再比大小較麻煩,由此想到把分?jǐn)?shù)化為分母為100 后再比大??;人教版教材則是出示多個(gè)生活中的例子,讓學(xué)生基于已學(xué)過(guò)的分?jǐn)?shù)的意義進(jìn)行遷移、類比,理解百分?jǐn)?shù)的含義,感受百分?jǐn)?shù)的意義。兩個(gè)版本的教材都比較注重百分?jǐn)?shù)的統(tǒng)計(jì)意義,其中,北師大版教材中的情境體現(xiàn)了《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》提倡的百分?jǐn)?shù)“隨機(jī)性”的統(tǒng)計(jì)意義。
圖1 北師大版教材的相關(guān)內(nèi)容
圖2 人教版教材的相關(guān)內(nèi)容
(2)學(xué)情掃描:找準(zhǔn)學(xué)習(xí)起點(diǎn)
為了解學(xué)生的學(xué)習(xí)起點(diǎn),筆者結(jié)合百分?jǐn)?shù)的數(shù)學(xué)史,設(shè)計(jì)了5 道與百分?jǐn)?shù)知識(shí)相關(guān)的前測(cè)題(如圖3),讓90名學(xué)生完成。
圖3 前測(cè)題
前測(cè)結(jié)束后,筆者對(duì)學(xué)生的完成情況進(jìn)行分析。
問(wèn)題1,大部分學(xué)生在生活中見(jiàn)過(guò)百分?jǐn)?shù),并能舉出正確的例子。
問(wèn)題2,100%的學(xué)生能讀寫百分?jǐn)?shù),83.3%的學(xué)生能說(shuō)出百分?jǐn)?shù)表示的意思,這說(shuō)明他們對(duì)百分?jǐn)?shù)與分?jǐn)?shù)的關(guān)系掌握得較好。
問(wèn)題3,表示方法有三種:格子圖、線段圖、文字說(shuō)明。學(xué)生畫格子圖時(shí),均是用涂了100 格中的80 格來(lái)表示80%;小部分學(xué)生用線段圖表示80%;文字舉例的情況與問(wèn)題1的相似。
問(wèn)題4,83.3%的學(xué)生不能聯(lián)想到比1大的百分?jǐn)?shù),這說(shuō)明“比1 大的百分?jǐn)?shù)”的意義對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定的難度。
問(wèn)題5,學(xué)生的回答各不相同,體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)新概念的好奇,好奇心為學(xué)生探索新的概念打開了一扇窗。
通過(guò)前測(cè)可以知道,學(xué)生對(duì)于百分?jǐn)?shù)的讀寫有一些經(jīng)驗(yàn),教學(xué)時(shí)要突出百分?jǐn)?shù)的關(guān)系的表達(dá),特別是大于1 的百分?jǐn)?shù)的意義,同時(shí)還要按照《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022 年版)》的要求設(shè)計(jì)一些表示隨機(jī)關(guān)系的情境。
(3)教法掃描:理順教學(xué)脈絡(luò)
筆者在維普期刊網(wǎng)查閱了關(guān)于百分?jǐn)?shù)教學(xué)課例的文章共26 篇,文章中的教學(xué)案例多是設(shè)計(jì)以下四個(gè)環(huán)節(jié)。
環(huán)節(jié)一:聯(lián)系生活實(shí)際,尋找生活中的百分?jǐn)?shù)。
環(huán)節(jié)二:遷移分?jǐn)?shù)經(jīng)驗(yàn),解釋生活中的百分?jǐn)?shù)。
環(huán)節(jié)三:辨析概念意義,溝通百分?jǐn)?shù)與分?jǐn)?shù)的關(guān)聯(lián)。
環(huán)節(jié)四:應(yīng)用新學(xué)概念,內(nèi)化百分?jǐn)?shù)的意義(例子里有統(tǒng)計(jì)素材,體現(xiàn)百分?jǐn)?shù)的統(tǒng)計(jì)意義)。
26 篇文章中的教學(xué)案例以百分?jǐn)?shù)的傳統(tǒng)意義為主,即百分?jǐn)?shù)表示一個(gè)數(shù)是另一個(gè)數(shù)的百分之幾。
結(jié)合上述分析,筆者將數(shù)學(xué)史融入百分?jǐn)?shù)的重構(gòu)式學(xué)習(xí)目標(biāo)確定為:
目標(biāo)1:能在數(shù)學(xué)史的情境中經(jīng)歷百分?jǐn)?shù)的演變過(guò)程,認(rèn)識(shí)并會(huì)讀寫百分?jǐn)?shù),體會(huì)百分?jǐn)?shù)產(chǎn)生的必要性;
目標(biāo)2:了解百分?jǐn)?shù)與日常生活的密切聯(lián)系,在整理、分析數(shù)據(jù)并做出判斷的過(guò)程中,初步感悟數(shù)據(jù)的隨機(jī)性,逐步形成數(shù)據(jù)意識(shí),在應(yīng)用中理解百分?jǐn)?shù)的統(tǒng)計(jì)意義;
目標(biāo)3:了解不同時(shí)代的人對(duì)百分?jǐn)?shù)的發(fā)展做出的貢獻(xiàn),讀懂百分?jǐn)?shù)的數(shù)學(xué)史,感受數(shù)學(xué)的魅力。
丹麥學(xué)者Jank vist 將數(shù)學(xué)史的教育價(jià)值分為兩類——工具和目標(biāo),前者把數(shù)學(xué)史當(dāng)作數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的認(rèn)知工具,后者把數(shù)學(xué)史看成數(shù)學(xué)的一部分。教學(xué)時(shí),可將單元作為基本單位,融入數(shù)學(xué)史,進(jìn)行單元整合重構(gòu)設(shè)計(jì),發(fā)揮數(shù)學(xué)史的工具和目標(biāo)的價(jià)值。
(1)梳理所教內(nèi)容的主題歷史
目前教材缺乏配套的數(shù)學(xué)史料,需要教師自己梳理。梳理有兩個(gè)角度:一是以時(shí)間為序梳理專題知識(shí)脈絡(luò),比如,百分?jǐn)?shù)經(jīng)歷了商業(yè)活動(dòng)中以100為基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)、作為數(shù)量比較的百分比、作為統(tǒng)計(jì)量的不同階段;二是展現(xiàn)知識(shí)的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程,比如,百分?jǐn)?shù)與分?jǐn)?shù)一脈相承,因其便于比較而在生活中應(yīng)用很廣。教師要梳理出所教內(nèi)容的歷史,幫助學(xué)生理解百分?jǐn)?shù)的本質(zhì)、發(fā)展過(guò)程等。
(2)整理知識(shí)發(fā)展的要素
數(shù)學(xué)史融入小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的目的不是還原數(shù)學(xué)史,而是發(fā)揮學(xué)習(xí)主題的價(jià)值??上葟臍v史上數(shù)學(xué)家遇到的困難、處理困難和解決困難的歷程出發(fā),再?gòu)臄?shù)學(xué)知識(shí)和認(rèn)知障礙兩個(gè)方面著手,找出關(guān)于百分?jǐn)?shù)的要素。比如,在“百分?jǐn)?shù)的意義”這一主題里,至少有下面幾個(gè)要素:一是100 作為基礎(chǔ)的比較標(biāo)準(zhǔn);二是百分?jǐn)?shù)的產(chǎn)生及百分號(hào)的由來(lái);三是百分?jǐn)?shù)表示兩個(gè)量之間的關(guān)系;四是百分?jǐn)?shù)表示確定數(shù)量與不確定數(shù)量之間的關(guān)系。
(3)從單元視角設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)
單元整體設(shè)計(jì)是《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022 年版)》提出的要求,也是數(shù)學(xué)史融入數(shù)學(xué)教學(xué)的應(yīng)然選擇。首先要制作教材單元知識(shí)地圖,根據(jù)課標(biāo)目標(biāo)、評(píng)價(jià)目標(biāo)將單元知識(shí)進(jìn)行整合,依據(jù)單元內(nèi)容設(shè)計(jì)相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)。人教版教材的“百分?jǐn)?shù)”單元設(shè)計(jì)了“百分?jǐn)?shù)的認(rèn)識(shí)”“百分率”“問(wèn)題解決”等課時(shí),目標(biāo)是“結(jié)合具體情境,理解百分?jǐn)?shù)的意義;進(jìn)行小數(shù)、分?jǐn)?shù)和百分?jǐn)?shù)的轉(zhuǎn)化;解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題”?!读x務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022 年版)》則在此基礎(chǔ)上提出“感受百分?jǐn)?shù)的統(tǒng)計(jì)意義”“形成數(shù)據(jù)意識(shí)”。因此,從單元視角明確教學(xué)目標(biāo),將該單元設(shè)計(jì)為數(shù)學(xué)史視角下的百分?jǐn)?shù)、生活中的百分率(合格率、成活率等)、用百分?jǐn)?shù)解決問(wèn)題等,讓學(xué)生理解百分?jǐn)?shù)的統(tǒng)計(jì)意義。
“百分?jǐn)?shù)的意義”這節(jié)課融入了數(shù)學(xué)史,可設(shè)計(jì)下面幾個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)。
①重構(gòu)歷史,將100 作為比較標(biāo)準(zhǔn):古巴比倫的一個(gè)商人需要借一筆錢,在哪一家公司借錢更劃算?(把本金都換算成100,方便比較)
②再現(xiàn)歷史,了解百分號(hào)的產(chǎn)生歷程和百分號(hào)的演化過(guò)程(如圖4)。
圖4 百分號(hào)的演化
③鏈接經(jīng)驗(yàn),多元表征百分?jǐn)?shù)的本質(zhì)意義。請(qǐng)學(xué)生畫圖表示80%后再分析比較,在比較兩個(gè)量之間的關(guān)系中理解百分?jǐn)?shù)大于1的情況。
④應(yīng)用概念,感悟百分?jǐn)?shù)在做判斷、做決策時(shí)的價(jià)值?;凇熬W(wǎng)店的好評(píng)率”,讓學(xué)生選擇在哪一家網(wǎng)店購(gòu)物,從而感悟百分?jǐn)?shù)的獨(dú)特價(jià)值。
上述幾個(gè)環(huán)節(jié)在操作時(shí)是非線性的,如果發(fā)現(xiàn)偏差則需要修改和調(diào)整,以達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)。教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施流程如圖5所示。
圖5 單元視角下數(shù)學(xué)史重構(gòu)的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)流程圖
數(shù)學(xué)史與數(shù)學(xué)教學(xué)理論指導(dǎo)下的課堂教學(xué),需要重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。
(1)立體研讀課標(biāo),明確評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
教師首先要閱讀《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022 年版)》中與百分?jǐn)?shù)相關(guān)的“學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)業(yè)要求、教學(xué)提示”三個(gè)部分及案例,理解目標(biāo)要求,明確評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)?!鞍俜?jǐn)?shù)的認(rèn)識(shí)”這節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)與學(xué)業(yè)表現(xiàn)見(jiàn)表1。
表1 “百分?jǐn)?shù)的認(rèn)識(shí)”學(xué)習(xí)目標(biāo)與學(xué)業(yè)表現(xiàn)
(2)擬定評(píng)估量表,規(guī)范教學(xué)評(píng)價(jià)
依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)與學(xué)業(yè)表現(xiàn),“百分?jǐn)?shù)的認(rèn)識(shí)”這節(jié)課的學(xué)習(xí)結(jié)果表現(xiàn)為知道百分?jǐn)?shù)是兩個(gè)數(shù)的關(guān)系,了解百分?jǐn)?shù)對(duì)隨機(jī)數(shù)據(jù)的刻畫與表達(dá),初步應(yīng)用百分?jǐn)?shù)做判斷與預(yù)測(cè)。對(duì)此,教師可利用評(píng)估內(nèi)容(如圖6)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表2),對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià),以此了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況。
表2 評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)
圖6 評(píng)估內(nèi)容
目前,《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022 年版)》高度關(guān)注“數(shù)學(xué)文化”,已經(jīng)引發(fā)了很多教師對(duì)數(shù)學(xué)史融入教學(xué)的研究?!鞍俜?jǐn)?shù)的認(rèn)識(shí)”這一課例告訴我們,小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中運(yùn)用數(shù)學(xué)史重構(gòu)教學(xué)應(yīng)遵循數(shù)學(xué)知識(shí)的發(fā)展,充分挖掘數(shù)學(xué)史背后的價(jià)值,融合知識(shí)順序、歷史順序、學(xué)習(xí)順序,將數(shù)學(xué)知識(shí)的發(fā)生、發(fā)展融入學(xué)習(xí)目標(biāo),按照單元視角進(jìn)行統(tǒng)整,設(shè)計(jì)重構(gòu)數(shù)學(xué)史的學(xué)習(xí)路徑,依據(jù)“教學(xué)評(píng)一體化”的要求制訂評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),從而真正發(fā)揮數(shù)學(xué)史的作用,讓學(xué)生感受數(shù)學(xué)的魅力,提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng),促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)思維的發(fā)展。