數(shù)學文化融入數(shù)學教學的實踐與思考

魏小梅

【摘要】《中等職業(yè)技術學校數(shù)學課程標準》指出，數(shù)學課程承擔著立德樹人的根本任務.這對五年制高職數(shù)學課程提出了新的挑戰(zhàn).基于此，文章從數(shù)學文化的視角出發(fā)，以“計算球的體積”為例，從創(chuàng)設情境、巧設模型、穿越歷史、提升能力四個方面進行了教學設計，探究了五年制高職數(shù)學文化與數(shù)學教學相融合的實踐與思考，以期為高職數(shù)學教師將數(shù)學文化融入數(shù)學教學提供思路.

【關鍵詞】數(shù)學文化；立德樹人；數(shù)學教學.

【基金項目】常州衛(wèi)生高等職業(yè)技術學校2021校級課題：基于中職數(shù)學課程標準下的“三融三樂”課堂的教學實踐研究（課題編號：CW202103）.

數(shù)學課程作為五年制高職學校各專業(yè)學生必修的公共基礎課程，承載著立德樹人的根本任務，具備發(fā)展素質教育的功能.對學生而言，這一階段正是人生觀、價值觀形成的關鍵時期，所以教師要發(fā)揮其示范引領作用，培養(yǎng)具有社會主義核心價值觀的高素質技能人才.傳統(tǒng)的數(shù)學課堂教學更注重數(shù)學知識的傳授和理性思維的推演，而忽略了數(shù)學本身所具有的文化屬性.因此數(shù)學課程的育人功能一直都是短板，需要廣大教師進行深入的思考和探索.例如，“立體幾何”中柱體、錐體及球的體積計算公式，教材是直接給出的，并沒有證明過程，僅僅在“讀一讀”中介紹了祖暅原理，并說明了祖暅原理的作用及在世界數(shù)學史上的地位.事實上，學生如果僅僅是讀一讀，收獲并不大，反而容易產生更大的疑問：祖暅原理是怎么解決幾何體體積的計算問題的.為了解決球的體積的計算問題，同時為了弘揚中國古代優(yōu)秀的數(shù)學文化，筆者對這部分知識進行了重新設計與反思.

一、教學設計

（一）創(chuàng)設情境，引入問題

師：課前我們布置了一份特別的作業(yè)，觀看一場奧運會乒乓球比賽，測量一個標準乒乓球的體積（不允許用球體體積公式）.請大家說說你的測量結果.

生1：我是利用排水實驗來測量球體積的.先準備一大一小兩個水杯，小水杯里注滿水放置在大水杯里，將一個乒乓球輕輕地按壓進小水杯中，這時小水杯中的水流入大水杯中，直到乒乓球完全浸入水中停止按壓，然后將大水杯中的水全部倒入帶有刻度的試管中，并記錄下水的刻度，試管中水的體積就等于乒乓球的體積.通過多次反復測量，得到了一個乒乓球的體積約為32cm3.

師：這個同學的想法很好，乒乓球完全浸入水中后排出的水的體積就等于乒乓球的體積，水的體積我們可以利用試管測量.那么其他同學怎么測量的呢？跟大家分享一下.

生2：我先通過直尺反復測量獲得乒乓球的直徑是4cm，接著制作了一個邊長為4cm的無蓋正方體，將乒乓球放置其中.然后，將提前準備好的沙子緩緩倒入其中，將所有空隙填滿.最后，輕輕將乒乓球取出，將留在正方體內的沙子抹平，記錄其高度.那么正方體的體積減去沙子的體積就是乒乓球的體積.我測量的乒乓球的體積為33cm3.

師：大家自己動手去測量乒乓球的體積，這種勇于探索的精神值得肯定.那么，乒乓球的體積到底是多少呢？下面，我們就來球的體積計算問題.

【數(shù)學思政】在創(chuàng)設情境計算球的體積時，選擇了極具群眾基礎的“國球”乒乓球，結合觀看奧運會乒乓球比賽，讓學生在不知不覺中感受到中國運動員的拼搏精神和愛國情懷.教師選擇合適的切入點進行課程思政，在點滴中滲透中國驕傲和中國自信，可以幫助學生樹立正確的人生觀和價值觀.數(shù)學課堂中從來都不缺乏嚴謹?shù)耐评恚瑢W生通過實驗測量乒乓球的體積，能夠初步感知球的體積計算的問題.學生通過動手測量，用眼觀察，用腦思考，一步一步地激發(fā)其學習興趣，為后面更高階的數(shù)學思維探索做鋪墊.

（二）巧設模型，猜想公式

師：球是完美的對稱圖形，如果能計算出半球的體積，那么也就得到了球的體積.大家觀察圖1中的三個圖形，它們之間的體積大小有什么關系？

師：同學說得不錯，這個猜想可能是對的，但是如果能嚴格證明的話就更好了.

（三）穿越歷史，感受文化

師：說到球的體積計算問題，就不得不提我國古代著名的父子數(shù)學家祖沖之和他的兒子祖暅以及祖暅原理.請看微視頻介紹.

微視頻展示：祖沖之，南北朝時期杰出的數(shù)學家、天文學家，他首次將圓周率精確計算到小數(shù)點后面第七位.祖暅，祖沖之的兒子，也是南北朝時期著名的數(shù)學家、天文學家，同父親祖沖之一起圓滿解決了球體積的計算問題，并提出了著名的“祖暅原理”.該原理在西方直到十七世紀才由意大利數(shù)學家卡瓦列利發(fā)現(xiàn)，比祖暅晚了一千一百多年.那么什么是祖暅原理呢？祖暅原理就是：冪勢既同則積不容異.冪是水平截面的面積，勢即是高，翻譯過來就是：夾在兩個平行平面間的兩個幾何體，被平行于這兩個平面的任意平面所截，如果截得的兩個截面的面積相等，那么這兩個幾何體的體積相等（如圖2所示）.

師：同學們可能還不是很理解祖暅原理，我們用實驗展示一下.請一個同學上講臺來配合.

演示：先將20個硬幣整齊地排成一列成圓柱形，然后再將20個硬幣隨意的排成一列，保證兩列硬幣是同樣的高度，但是形狀完全不同.提出問題：這兩列硬幣構成的幾何體的體積有什么關系？

生：體積相等.

師：為什么呢？

生：這兩個幾何體的體積都等于20個硬幣的體積之和.

師：大家的感覺都是對的，但是，數(shù)學更要講究有理有據(jù).祖暅原理就是給我們提供了依據(jù)，因為這兩個幾何體等高，而且等高處的水平截面的面積都是硬幣的面積，所以相等，依據(jù)祖暅原理，這兩個幾何體的體積相等.

【數(shù)學思政】數(shù)學文化是進行課程思政的重要資源，其中浩瀚的數(shù)學史長河，有趣生動的數(shù)學故事和令人敬仰的數(shù)學家等，都需要教師去開發(fā)利用.結合本節(jié)的球體積公式，學生必然會提出公式怎么來的這樣的問題.數(shù)學的核心在于思維，如果想要講清楚公式怎么來的，也必須還原數(shù)學知識的來龍去脈.在這個過程中，學生深入了解中國古代數(shù)學家做出了杰出的成就，祖暅原理在世界數(shù)學發(fā)展史上也是處于領先的地位，增強學生的民族自信心.

（四）提升能力，推導公式

師：為了求半球的體積，構造了如圖3所示的幾何體，同學們先觀察一下，圖3中的的兩個幾何體是否滿足祖暅原理的兩個條件？

師：經過證明的公式，大家就可以放心使用了.那么我們用球的體積公式來計算一下乒乓球的體積吧？

二、教學思考

本次教學設計中加入了數(shù)學實驗的活動，扭轉了學生對數(shù)學只有理論沒有實驗的偏見.首先，教師布置課前作業(yè)：動手測量乒乓球的體積，學生在親自操作中積累數(shù)學體驗，激發(fā)對球體體積計算問題的興趣.其次，教師選擇中國體育強項乒乓球為探索對象，使學生在觀看比賽中自然而然地感受到了愛國主義的氛圍.最后，數(shù)學課程的任務是培養(yǎng)學生的數(shù)學核心素養(yǎng)和立德樹人，這兩個任務是同時進行不可分割的，培養(yǎng)數(shù)學核心素養(yǎng)是課堂的主旋律，貫穿始終，而數(shù)學課堂的育人任務則是選好時機，數(shù)學文化就是很好的載體，文化的育人功能使學生在不知不覺中接受了思想教育，達到潤物細無聲的境界.

數(shù)學文化是數(shù)學思政元素的天然資源庫.廣義的數(shù)學文化除了數(shù)學的思想、精神、方法、觀點、語言，還包含數(shù)學家、數(shù)學史、數(shù)學美、數(shù)學教育、數(shù)學發(fā)展中的人文成份，數(shù)學與社會的聯(lián)系，數(shù)學與各種文化的聯(lián)系等.數(shù)學文化是進行數(shù)學課程思政的天然資源庫，教師不僅要講好數(shù)學，更要弘揚數(shù)學文化，講好數(shù)學故事.例如，圓的面積公式S=πr2，其中圓周率π是一個無理數(shù)，教師可以在教學中引入中國古代數(shù)學家劉徽的“割圓術”———當時計算圓周率的比較先進的算法，至今仍有一定的應用價值.它體現(xiàn)了以直代曲、無限趨近、“內外夾逼”的思想，這些思想是人們在解決數(shù)學問題時最基本、最樸素的思想.學生感受中國古代的先進文化，增強民族自豪感，激發(fā)學習數(shù)學科學知識的興趣.數(shù)學文化視野也是多角度的，主要可以從以下幾個方面進行思政融合，如科學精神，數(shù)學家們堅持不懈、勇于創(chuàng)新、實事求是的精神是值得我們學習的；愛國情懷，中國在古代數(shù)學史上取得的輝煌的成就，現(xiàn)在科技上正獲得偉大的成就；職業(yè)精神或者工匠精神，學習數(shù)學需要一絲不茍、精益求精的態(tài)度正是未來職業(yè)所需要的.

總之，教育的根本目標是培養(yǎng)人，數(shù)學文化是很重要的課程思政來源，可以讓學生在提高數(shù)學核心素養(yǎng)的同時，深刻感受數(shù)學家熱烈的愛國情懷，嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，優(yōu)秀的思想品德.

數(shù)學文化融入課堂，發(fā)揮其思政教育作用，離不開教師的作用.教師在數(shù)學課堂中起著主導作用，是課堂教學的設計者和實施者.因此，增強數(shù)學教師的思政素養(yǎng)，使其掌握正確的思想指引、價值塑造的方法，有助于數(shù)學課程思政的設計實施.教師要平時多關注社會熱點事件，學習相關理論知識，提高自己的政治素養(yǎng)，做有理想信念、有道德情操、有扎實知識、有仁愛之心的“四有”老師.只有全體教師樹立了正確的思想觀念，才能把這種觀念傳遞給每一名學生.教師要注重以身作則，言傳身教，發(fā)揮示范引領的作用，在課堂上的工作態(tài)度，做事風格，課堂語言都是潛移默化的思政教育.數(shù)學教師如果粉筆板書工整漂亮，那學生的筆記也會跟著模仿；教師教學一絲不茍，精益求精，那么學生也會將這種精神傳承，將來在工作中秉承工匠精神.因此，教師要提高自己的專業(yè)素養(yǎng)，在日常的教學中影響著學生，把好的品質習慣傳遞給學生.

【參考文獻】

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[3]張倬華，數(shù)學文化融入三角函數(shù)單元教學的案例設計[D].河南科技學院，2022.