数学概念类创课设计的优化与案例评析

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  【摘要】当前,数学概念类微课在数学移动学习和数学课堂教学中应用较多,但有些微课存在“一个定义几个注意”等问题,难以发挥培育学生核心素养的良好载体作用。研究者基于弗赖登塔尔的数学教育思想,以“一次函数”教学设计的片段为例,尝试探讨优化数学概念类创课的设计。
  【关键词】数学概念;一次函数;创课;优化
  数学概念类微课在数学移动学习和数学课堂教学中应用较多,但有些微课的设计存在诸如注重概念的形式,淡化概念的实质;注重概念的应用,淡化概念的理解等现象,难以成为培育学生核心素养的良好载体。基于弗赖登塔尔的数学教育思想,笔者以“一次函数”教学设计片段为例,尝试探讨优化数学概念类创课的设计。
  一、弗赖登塔尔的数学教育思想概述及意义
  弗赖登塔尔是享誉世界的荷兰数学家、数学教育家,他的数学教育思想非常丰富。归纳起来,可以用“树立一个理念,把握两个条件,遵循三条原则”来概括。弗赖登塔尔的数学教育思想的核心词主要有:数学现实、数学化和再创造。数学现实是学生在学习数学新知识之前的数学学习经验与知识,这是学习数学新知识的基本前提[1]。数学化包括横向数学化和纵向数学化。横向数学化是“把数学以外的生活世界引向数学世界”,突出生活世界与数学世界之间的联系。纵向数学化是指“在数学世界里的进一步发生与发展”,突显了数学世界本身的内在联系。弗赖登塔尔指出,学习数学的唯一正确方法是实行再创造,也就是由学生把自己要学习的知识发现或创造出来;教师的任务是引导和帮助学生进行这种再创造工作,而不是把现成的知识灌输给学生[2]。在数学学习中,教师应尽量让学生经历数学化的过程,使数学变成他们自己“再创造”的产物,而不是教师强加给他们的知识。
  虽然弗赖登塔尔的数学教育思想对数学教学具有较强的指导意义,但在应用时不能生搬硬套,要根据学生学情、学习内容有机融通,灵活应用。譬如,在设计新知识的生长点时,应通过分析教材找到新知识生长的逻辑起点,摸清学生的数学现实,找准新知识生长的经验起点,尽可能使经验起点与逻辑起点成为新知识的生长点。教师在设计数学活动时,应基于学生的数学现实,让学生在教师的指导或引导下经历操作、实验、猜想、想象、类比、归纳、交流、概括、反思等有意义的数学化活动,培育学生数学抽象、逻辑推理等核心素养。
  二、优化数学概念类创课设计与案例分析
  人教版数学八年级下册的“一次函数”内容,是初中阶段学生接触到的最基本的函数,也是学生后续学习“反比例函数”“二次函数”等知识的基础。一次函数是初中生接触的第一个抽象函数,虽然形式上看起来简单,但学生却难以理解与掌握其内涵,是本節课的重点和难点,也是培育学生的数学抽象、逻辑推理和数据分析等核心素养的良好素材。
  1复习回顾
  在这个创课设计环节,原版教学设计为:首先,教师呈现问题情境;其次,教师引导学生回顾解决问题所需要的知识;最后,师生共同进入新课的学习。这样的问题情境引入难以激活学生原有的知识。我们基于弗赖登塔尔的数学现实原则,通过知识结构导图引导学生复习回顾相关知识,激活学生的认知起点。优化版教学设计如图1所示。
  【比较分析】原版教学设计中没有“复习回顾”环节的设计。优化版教学设计不仅呈现知识结构导图助力学生复习回顾,而且呈现“y=60x+18是函数吗?y与x怎样变化?”等问题,激活学生学习新知识的起点,驱动学生学习新知识的欲望。
  2问题思考
  在这个创课设计环节,原版教学设计为:首先,教师呈现问题情境;其次,教师引导学生运用所学知识列出具体函数模型;最后,师生一起进入本课的学习。这种问题情境难以激发学生的学习欲望。基于弗赖登塔尔的数学现实原则,我们做一些改进。首先,教师呈现符合学情的问题情境;其次,教师通过问题串引导学生分析问题和解决问题,促进学生直观感受一次函数的生活模型;最后,教师提问学生能否归纳出统一的数学模型,并要求学生用数学语言进行概括,培育学生数学建模的核心素养。
  (1)原版教学设计及片段评析
  原版教学设计如图2所示。
  (2)优化版教学设计及片段评析
  优化版教学设计如图3所示。
  【比较分析】原版教学设计的“员工工资”问题情境不够贴近学生的认知体验,难以激发学生的学习兴趣与欲望。优化版教学设计的问题情境经过改进后,一方面给出提示和留白,促进学生动手动脑;另一方面,通过问题串引导学生分析问题和解决问题,有助于培育学生数学建模的核心素养。
  3归纳概括
  在这个创课设计环节,原版教学设计为:首先,教师分析函数表达式,寻找模型的共同特征;其次,教师给出一次函数的定义和注意方面。这种“一个定义几点注意”的模式,因仅注重概念形式的分析而淡化概念内涵的理解,很难促进学生深度理解数学概念。笔者基于弗赖登塔尔的数学化与再创造原则做了改进。首先,教师引导学生观察分析一次函数模型的共同特征;接着,教师引导学生经历观察、分析、归纳、概括等有意义的数学化活动,发展学生数学抽象、逻辑推理和建模的核心素养。
  (1)原版教学设计及片段评析
  师:请同学们仔细观察这两个函数关系式,找一找它们有什么共同的特征呢?
  (教师引导学生观察思考,并总结、补充和概括一次函数定义。原版教学设计如图4所示。)
  (2)优化版教学设计及片段评析
  师:从前面的问题中,我们得到了y=60x,y=05x+10和y=01x+18这三个函数表达式,请同学们仔细观察比较这三个表达式,将它们按照一定的依据分类,并说说你为什么这样分?
  小圆:我把y=60x分为一类,因为它没有加常数;把y=05x+10和y=01x+18分为一类,因为它们都有加常数。
  小方:我觉得它们三个都是一类的,y=60x可以看作是y=60x+0,这样就都有常数项了。   (注:小圆、小方为教师播放的视频中的卡通人物。)
  师:同学们的观察很仔细。既然大家把它们都归为一类,那么再仔细观察一下,它们有什么共同的特征吗?
  (教师引导学生寻找表达式的共同特征。)
  小圆:它们都是y等于一个数乘以x再加上一个数。
  师:真棒,这个发现很重要。与x相乘的数,我们可以用一个字母k来表示,加上的这个数我们就用字母b来表示。现在你能不能用一个简洁的式子来表示这一类的函数呢?
  (教师鼓励学生合作交流,概括出一次函数的一般形式。)
  小圆:我知道,可以表示为y=kx+b,用k和b表示常数。
  师:这个想法很棒,同学们都想到了吗?但是问题来了,请大家想一想,k和b可以是任意的常数吗?比如特殊值0可以吗?
  (教师引导学生动手操作,试验当k、b分别等于0时的情况,部分学生能发现k不能等于0。)
  小圆:当k=0时,就没有x了,因此k不能取0;当b=0时,就变成了y=kx。
  师:所以我们需要对k和b做特别说明,即k、b为常数,且k≠0。当b=0时,y=kx(k≠0)。现在同学们再从微观上观察这三个关系式,认真思考它们的自变量有什么共同特征呢?
  (教师适当地提示和引导学生发现一次函数的重要特征——一次式。)
  小方:x的指数都是1。
  师:哎,小方的眼光很犀利哦,这是一个非常关键的发现,x的指数都是1,也就是说这是一个关于自变量x的一次式。
  (教师引导学生自主归纳一次函数的定义,并补充完整定义)
  师:我们把像y=kx+b(k、b为常数,k≠0)这样的关于自变量x的一次式函数,叫作一次函数。特殊地,当b=0时,一次函数y=kx(k为常数,k≠0)也叫作正比例函数,其中这个k叫作比例系数。
  师:同学们发现了一个了不起的“宝贝”,这个“宝贝”可以帮助我们解决很多现实生活中的问题,例如前面的匀速行驶问题、话费问题等。这是本节课所要学习的最重要的两个概念。现在我们来归纳一下这个“宝贝”——一次函数都有哪些特征?
  (教师鼓励学生归纳概括,以加强概念的理解。)
  小方:他们都是整式,而且自变量x的指数为1,系数k不为0。
  师:这就是一次函数的特征。要判断一个函数是不是一次函数需要同时满足这三个条件。
  (优化版教学设计如图5所示。)
  【比较分析】原版教学设计主要是教师解释概念多,学生记忆成分也多。优化版教学设计重在引导学生经历主动观察、分析、归纳、概括等数学化活动,体验一次函数概念的再创造过程,这不仅促进学生理解一次函数的本质,也有助于发展学生数学抽象、逻辑推理和建模的核心素养。
  4辨析概念
  在这个创课设计环节,原版教学设计为:首先,教师呈现例题;其次,教师让学生尝试解答;最后,教师讲解例题和给出练习题进一步训练。这种单纯的讲解例题与给出练习题的教学设计,很难促进学生深度理解概念。基于弗赖登塔尔的数学化原则,教师应积极引导学生辨析概念的正反例,让学生主动交流、分享与反思,充分暴露学生理解概念的错漏点,再深入剖析概念的外延与内涵,促进学生深度理解概念。
  (1)原版教学设计及片段评析
  师:请同学们根据一次函数的定义,思考并解决下列问题。
  (教师引导学生用定义判断一次函数,让学生加深对定义的理解。)
  生:(1)(2)(6)式是一次函数,其中(1)(6)式又是正比例函数。
  (针对学生反馈,教师讲解分析,强调定义的理解。原版教学设计如图6所示。)
  (2)优化版教学设计及片段评析
  师:这是在前面的匀速行驶问题中我们列的表格。现在请同学们仔细观察表格,思考一下,x和y具体是如何变化的呢?动手写一写,画一画。
  小方:x每次都增加1,y每次都增加60。
  (学生观察理解,体验成功。)
  师:真棒,每次变化的量一样,那就是均匀变化。x是均匀变化的,y也是均匀变化的。它们之间有什么关系呢?
  (教师循序渐进地引导学生发现变化规律。)
  师:自变量x每增加1个单位,因变量y都增加相同的值。这是我们通过特殊的一次函数——正比例函数发现的变化规律。那么,对于一般的一次函数也有这个规律吗?我们不妨用下面这个“弹簧问题”来验证。
  (教师引导学生动手操作,验证猜想,揭示本质。)
  师:哇!一般的一次函数中也有这个变化规律。那我们就可以说,一次函数的因变量随自变量的变化是均匀的。同学们能不能再举出一个这样的例子呢?
  (教师引导学生举例说明,启发反向思维。)
  师:通过这个例子我们知道了因变量随自变量的变化是均匀增加的,你能不能举出一个因变量随自变量的变化是均匀减少的例子呢?我们下一次课再一起来分享。
  (优化版教学设计如图7所示。)
  师:学习了一次函数的定义,老师相信下面这个问题肯定难不倒你们,现在请同学们认真思考这道题,然后想一想,我们怎样判断一个函数是不是一次函数,或者是正比例函数呢?
  小圆:我知道,如果是y=kx+b这种形式的函数就是一次函数,y=kx这种形式的函数就是正比例函数。
  (教师PPT展示小圆的解题过程。)
  师:小圆的解题过程很详细,让我们一起验证一下吧。首先,我们要知道判断一次函数的依据是什么,哪位同学能告诉老师呢?
  小镜:要同时满足三个条件。一是整式,二是自变量的指数为1,三是自变量的系数不为0。
  师:好,下面我们就一个一个来验证。
  (教师详细讲解过程,具体分析易错点,强调判断依据。如图8所示。)
  【比较分析】在原版教学设计中,教师缺失深入剖析概念的内涵与外延,例题的讲解也只侧重于概念形式上的套用。为了解决这些问题,可以从如下几个方面进行优化。
  ① 深入剖析概念。教师再一次用前面的实例,让学生体验一次函数的内涵特征;从定义的文字语言入手,剖析概念的外延特征;从定义的符号语言入手,引导学生从数学简洁美和建模的角度,进一步认识一次函数的内涵与外延,促进学生深度理解。
  ② 动态展示本质。教师利用PPT课件,向学生展示因变量随着自變量的变化过程,助力学生直观感知自变量与因变量之间的特有规律,进一步理解一次函数的本质。
  ③ 分享典型错例。教师出示概念的正反例让学生先做,再交流分享,充分暴露学生理解概念的典型错误,并分析错误根源,在帮助学生加强理解和巩固概念的同时培养学生学以致用的能力。
  5小结反思
  在这个教学环节,原版教学设计为:简单回顾知识要点。这将很难以促进学生建构知识结构体系。基于弗赖登塔尔的数学化原则,通过知识结构导图反思小结知识要点,加强知识的内在联系,助力学生建构知识体系。
  (1)原版教学设计(如图9)
  (2)优化版教学设计(如图10)
  【比较分析】相对于原版教学设计,优化版教学设计不仅对知识点起到承前启后的作用,而且通过设置“y=2x和y=2x+5的图像法如何表示?图像怎样画?”等提问链促进学生深入思考,在促进学生建构知识内在联系的同时,激发学生进一步求知的欲望。可谓授人以鱼的同时授人以渔和欲,助力改善学生的数学理解和数学信念[3]。
  参考文献:
  [1]刘冬,唐剑岚.基于弗赖登塔尔数学教育思想的数学创课设计[J].中小学课堂教学研究,2018(3):1214.
  [2]弗赖登塔尔.作为教育任务的数学[M].陈昌平,唐瑞芬,译.上海:上海教育出版社,1995.
  [3]唐剑岚,蒋蜜蜜,肖宝莹.数学认识信念:影响数学学习过程的重要变量[J].课程·教材·教法,2014(6):6166.
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