例谈中学数学教材例题的功能

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  教材,又称课本,是根据教学大纲系统阐述学科内容的教学用书[1]。数学教材为学生的数学学习提供了学习主题、基本线索和知识结构,是实现数学课程目标、实施数学教学的重要资源[2],例题是教科书概念命题与习题之间的桥梁与纽带。教材例题在数量、水平、风格和侧重点上的差异反映了一个国家的教科书的整体水平、风格和倾向,对具体的教学实践产生着不可忽视的影响。纵观国内外文献,单独研究教科书例题功能的文献比较少。研究对于教师更好挖掘教材,优化自己课堂教学,大面积提高教学质量,发展学生智能是至关重要的。因此本文以中学数学教材为研究对象,结合案例,来分析其功能,以供商榷。
  对于例题的界定,国内教科书中标有“例”或者“例×”或者“例××”,国外教科书则标有“Example”或者“Worked Example”及类似字词。
  一、 巩固新知
  教材例题的首要功能是巩固新知。教材通过一个典型案例直观描述新知,或通过三五个案例归纳概括出新知,或由问题逐步探究解决获得新知,或通过学生操作活动获得新知,或由旧知类比引申新知,不论如何得出新知,需要进行巩固性消化吸收。于是例题紧随其后,巩固新知。概念和规则既是陈述性知识的核心成分,也是程序性知识的核心成分[3],如何使学生从刚刚获取的陈述性知识转化成程序化知识?例题是陈述性知识向程序性知识转化的第一步,习题是陈述性知识向程序性知识转化的第二步。在陈述性知识向程序性知识转化的过程中,通过例题,教材呈现的知识慢慢内化为学生的认知结构,以加深对知识的理解与掌握。如人教版普通高中课程标准试验教科书《数学(必修2)》第49页中的例4是个选择题,很好地巩固了本节的重要知识点:如何判断空间中直线与平面之间的位置关系,澄清学生的错误理解,更深地理解了判断直线与平面关系的本质。
  有时,教科书例题还承载着进一步展示新知的作用,这样的案例在小学教材中比比皆是。例题往往既是“旧知”合乎逻辑的延伸与拓展,又是后续知识的基础,从而为练习乃至后续进一步学习打下比较牢固的知识基础。有的例题在分析中蕴含着新知识,譬如人教社初中数学(九上),“当一次试验要涉及3个或更多的因素(例如从3个口袋中取球)时,列方形表就不方便了,为补充不漏地列出所有可能的结果,通常采用树形图(tree diagram)”这是一道例题的分析过程,中间隐含着新的概念——树形图,使得巩固新概念——概率的同时又拓展延伸出新知识;再譬如人教社初中数学(九上)27.2.2“相似三角形”例5的分析中引出“仰角”新概念。
  二、 解题示范
  数学教材例题的第二个功能是解题示范。例题既是教师教的范例,也是学生学的范例,是教师与学生进行教学活动的载体,是该部分概念或者命题的“最佳原型”,是某一单元或者某一节核心知识内容程序化的集中体现。教科书例题的示范主要体现在两个方面:一是问题解决过程的示范;二是解题格式的示范,使得学生了解基本流程,学会表达。例如人教版普通高中课程标准试验教科书《数学(必修3)》第11页中的例5,“设计一个求解一元二次方程的算法,并画出程序框图表示。”对于初涉算法的学生来说,既学会了利用算法的思想解决他们曾经熟知问题的具体流程,又演示了如何正确使用程序框图进行表达的问题。
  解题是数学学习的一项基本功,是最基本的活动形式。乔治·波利亚对解题方法进行了多年的研究和实践,终于绘制出一张“解题表”,分为四个步骤:弄清题意——拟定计划——实行计划——回顾[4]。而例题呈现方式一般形式是先分析或提示,然后是解答,最后是小结或者归纳,这本身也提供了对于分析的一般流程,为学生解决其它类似问题提供了范本,这也符合乔治·波利亚的解题表。数学教材以例带类,让学生学会问题解决的基本程序,如人教版普通高中课程标准试验教科书《数学(必修2)》第94页中的例2,先是解题思路分析,又规范写出解题过程,最后归纳小结。对于文字证明题,知道先写已知求证,再分析思路,然后求证,最后检验回顾。形成思路之后,如何表达自己的思路,这个也是非常重要和必要的。教科书的例题解答过程具有非常好的示范作用,毕竟教科书例题本身就是使得学生能够按部就班,按照程序来进行,需要“照葫芦画瓢”,学会数学的表达。同时教科书的例题表达简洁、明了,为课后习题解答提供了样板,为进一步后续学习奠定基础。在这个过程中学会基本解题的流程,为学生养成良好书写、数学表达。当然,并非所有的教科书的所有例题都有这三步:分析、解答、小结,有些只有分析与解答,有些只有解答与小结,有些只有解答。在澳大利亚教材《Heinemann Maths Zone 8 :Enhanced》中所有的例题是分栏设计的[5],左边是“Steps”,写着“1,2,3,…”,是文字步骤,称作思路,步骤详细;右边是对应的“solution”(解答),对应的符号步骤,这样设计利于说明对应步骤的操作方法,解释原因,理解算理。再者,两栏同时同步呈现,既清晰对比呈现思维过程的两种完全不一样的表征——文字表征和符号表征,对学生更具有示范作用,也容易养成学生良好的书写格式,学会解题。
  三、 揭示思想方法
  中学教材中的概念、定理、公式与法则等都是以定论的形式呈现出来,是严谨、精炼的,是高度概括和抽象的,其中包含的思想方法被浓缩、隐藏了,只有冰冷的美丽,掩盖了火热的思考。虽然数学题目浩如烟海,千变万化,但是教材中的例题是有限的,譬如人教社初中数学八年级教科书总共有100道例题,而澳大利亚《Heinemann Maths Zone 8 :Enhanced》中123道,这些例题是经过专家千挑万选,千锤百炼,层层审核,里面一定蕴含着丰富的数学思想方法。如何使例题蕴含的隐性的数学思想方法显性化,发挥例题的更大功能,显得更为重要。众所周知,数学概念的形成、结论的推导、方法的思考、规律的揭示以及问题的发现过程都隐含着一定的数学思想方法,是数学知识在更高层次上的抽象与概括,如抽象、分类、归纳、演绎、模型等,如人教社初中数学(九下)第10页“二次函数”中的例4,蕴含着数学建模的基本思想。例题还在揭示微观的思想方法,如化归、换元法、反证法、数形结合法、分析法、综合法、综合分析法、解析法、三角法等,毕竟方法需要一定载体来呈现。中小学数学教材例题面对着大多数学生群体,是为了掌握基础知识和基本思想方法而设置,关注更多的是通性通法,而不是特殊的解题技巧,特殊的解题方法。思想方法是需要领悟的,只有使得学生充分经历对问题的分析、解答、小结等,才能使学生有充分的时间去“感悟”,而不是在匆忙之中的“赶悟”,否则就达不到对概念的准确理解,更谈不上“领悟数学的美学价值”[6]。此外解决“例题”过程中,需要教师在教学中充分利用其丰富的内容情节和语言规律,来设置学生参与的比较、判断、归纳、发散等思维活动,引导学生质疑问难,有效实现解决问题中的语言转换,启迪学生思维,有效地发展学生的智力和思维能力,使得学生进行广泛联系,猜测,延伸和拓宽,由例及类、由此及彼,触类旁通,领悟里面蕴含的数学思想方法,以避免听懂不会做题的现状。一道例题再好也不过是解决了一个问题,只有领悟里面的数学思想方法,才能达到掌握,为此需要具有联系的观点,不孤立的看待一个例题,以小见大,管中窥豹。人教版普通高中课程标准试验教科书《数学(必修4)》第97页中的例5,两种方法来求解,分别渗透着方程思想、向量思想。   四、 育人功能
  例题最后一个功能就是育人功能。实际上教育随时都在育人,体现着社会性,数学教科书作为育人信息载体的性能,例题是重要组成部分,也还不例外,这个功能最容易忽视。
  首先,通过例题教学可以有助于培养学生理性思维能力,学会数学的思考,程序化解决问题。有人曾说:“与其让学生糊里糊涂地做一百道题,不如让学生清清楚楚地做一道题”。这句话不无道理。它告诫我们,每讲一道题都应当问一问为什么要讲?它“范”在哪里?“例”在何方?学生在解决过程中,有哪些收益?通过一道道典型的例题深刻反思,培养学生数学逻辑推理能力以及数学归纳、类比能力,养成理性思维精神。使其明白例题是某个概念或者命题的特例,在用典型案例进行分析的时候,需要归纳提升其“类”或者“属”,从个别的、特殊的事例,逐步抽象概括到一般一类事物的认识,从而逐步掌握规律,认识客观世界。如人教版普通高中课程标准试验教科书《数学(必修2)》第69页中的例3,学生从此例中应概括出以后再证明平面与平面垂直,应先证直线与平面垂直,而要证直线与平面垂直,又需先证直线与直线垂直,体会这种几何推理能力,类似地,解决平面与平面平行,也需要类似的几何思维。
  其次,例题有助于培养学生辩证唯物主义观点。辩证唯物主义认为事物是普遍联系的,数学例题也不例外,一方面数学例题是在旧知基础上巩固新知,展示新知,延伸新知,学习例题就是要揭示这种联系,这种解释联系的过程,使得学生的知识体系得到整合,逐步把知识连成线,串成网,构成体,领悟隐含的数学思想方法,逐步深化形成自己的认知结构图式。可看出数学教科书例题的联系性比较强,具有拓展,还包括对数学教学内容之间的前后串联、课本例题的深化引申、课后习题的整合统一。
  最后,充分利用例题隐含的背景信息对学生进行教育。譬如例题“某灯泡厂为测量一批灯泡的使用寿命,从中抽查了100只灯泡,它们的使用寿命如下表所示:…这批灯泡的平均使用寿命是多少?”在一旁批注“用全面调查的方法考察这批灯泡的平均使用寿命合适吗?”这本身利用此题教育学生,当要考察的对象很多、考察本身带有破坏性时,统计中常常通过用样本估计总体的方法来获得对总体的认识。
  “用教材教,而不是教教材”,要求教师认真钻研教科书,其中包括认真钻研教科书的例题,吃透其精神与实质,能更加灵活地、更富有创造性地使用教科书,通过“露出海面的冰山一角”,把“海面以下的巨大冰山托出海面”,让学生领略到“整座冰山”[7]。
  参考文献
  [1] 华中师范大学等五院校教育系.教育学.北京:人民教育出版社,1980.
  [2] 中华人民共和国教育部.义务教育数学课程标准(2011年版).北京:北京师范大学出版社,2011.
  [3] 喻平.数学教学心理学.北京:北京师范大学出版社,2010.
  [4] [美]乔治·波利亚.怎样解题:数学思维的新方法.涂泓,冯承天,译.上海:上海科技教育出版社,2007.
  [5] David Coffty. Heinemann Maths Zone 8 VELS Enhanced.Port Melbourne: Pearson,2008.
  [6] 王芝平.构建三角函数刻画周期现象——任意角三角函数概念的教学反思.数学通报,2012(1).
  [7] 张传鹏. 数学教学中对书本例题的使用例谈.教学与管理,2012(3).
  (该文作者为北京师范大学数学科学学院在读博士)
  (责任编辑 刘永庆)
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