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一、数学抽象的内涵
数学抽象是指通过对数量关系与空间形式的抽象,得到数学研究对象的素养。数学抽象主要表现为:获得数学概念和规则,提出数学命题和模型,形成数学方法与思想,认识数学结构与体系。
下面结合以习题素材展开的教学案例,阐述如何在教学过程中培养数学抽象核心素养。
二、创设有趣习题素材问题情境,在深入探究中形成数学命题
为了使习题能更好地发挥其教学功能,抓住学生感兴趣的习题素材,以问题为出发点,启发学生积极思维为核心,培养学生抽象概括、联想求异等方面的思维能力,从而帮助学生理解、掌握、巩固和应用所学知识,提升学生数学核心素养。
教学案例一(向量形式的三角形面积公式)
【习题背景1】平面上O、A、B三点不共线,设[OA=a],[OB=b],则△OAB的面积等于( )。
A.[a2b2-(a·b)2] B.[a2b2+(a·b)2]
C.[12a2b2-(a·b)2] D.[12a2b2+(a·b)2]
【教学设计】
1.复习回顾,寻相关
师:目前我们学习过哪个三角形的面积公式?
生:S=[12×底×高],
师:那么当[OA,OB]确定时,△OAB的面积是否确定?理由呢?
生:確定,因为已知“边角边”。
师:那△OAB的面积就与向量[a],[b]有关,请以S=[12×底×高]公式为基础,推导一下三角形面积的向量表达形式。
2.自主探究,展成果
生(自主探究2分钟,展示成果):如图,△OAB的底边长为[a],其中|OH|为[b]在[a]方向上的投影的绝对值,即[a·ba],所以由勾股定理知高|BH|=[b2-(a·ba)2],所以
[S△OAB=12·a·b2-a·ba2]=[12a2b2-(a·b)2],故选C。
3.类比学习,深探究
师:向量用坐标表示后,向量可以进行坐标运算,那设[a=(x1,y1)],[b=(x2,y2)],则上面的面积坐标表达式会怎样呢?请大家推导一下。
生甲:(自主推导2分钟左右,生甲演板)。
[S△OAB=12a2b2-(a·b)2=12x12+y12x22+y22-(x1x2+y1y2)2]=[12(x1y2-x2y1)2]=[12x1y2-x2y1]。
师:非常好,那大家看一下这个公式很简洁,并且与那个内容的式子结构相似啊?
生:与两向量共线定理的坐标表示[x1y2-x2y1=0]相似。
师:对了,这样就方便记忆了。
4.抽象概括,升素养
师:通过以上分析,我们得到了向量形式的三角形面积公式,请哪位同学来叙述一下?
生乙:设[OA=(x1,y1)],[OB=(x2,y2)],则:
(1)[S△OAB=12OA2OB2-(OA·OB)2]。
(2)[S△OAB=12x1y2-x2y1]。
师:什么条件适合用公式(1)或公式(2)?
生丙:当已知△OAB的两边及其夹角时用公式(1),已知△OAB的三个顶点坐标时用公式(2)。
(分析的很到位,同学们为其精彩的回答鼓掌)。
【案例剖析】
本案例基于“四基”,培养“四能”,更多地关注学生的思维过程,创设合适的教学情景、提出合适的问题,启发学生独立思考或与他人进行有价值的讨论,让学生在掌握知识技能的同时,感悟数学的思想,积累数学思维的经验,形成和发展数学抽象等核心素养。
三、在反思解题过程中形成数学方法与思想
教学案例二(特殊到一般的抽象概括)
【习题背景2】已知下列是个向量:①[OM1=OA+2OB];②[OM2=34OA+13OB];③[OM3=12OA+13OB];④[OM4=34OA+15OB]。
对于点[M1],[M2],[M3],[M4]落在阴影区域内(不含边界)的点有(把所有符合条件的点都填上)。
1.题目解法展示
依据平行四边形法则,依次可以做出点[M1],[M2],[M3],[M4]的位置如图所示:故落在阴影区域内(不含边界)的点有:[M1],[M2]。
2.特殊到一般的概括
师:观察以上四点[M1],[M2],[M3],[M4]的情况,你能发现什么规律?
生丁:设[OM=λOA+μOB],显然,由三点共线定理知:
当[λ+μ=1]时,M,A,B三点共线,即M在直线AB上。
当[λ+μ<1]时,M在直线AB左侧。
当[λ+μ>1]时,M在直线AB右侧。
【案例剖析】
反思可以沟通新旧知识的联系,促进知识的同化和迁移,达成触类旁通;可以拓宽思路,优化解法,完善思维过程;可以提高问题意识,优化思维品质。本案例的第一个环节呈现了平时解题过程中,大部分学生在解题、学习的过程中,不进行提炼、抽象概括的习惯,使得解题经历适用范围很有局限性,不易形成学习方法和解决问题的经验。当学生经历了第二个环节时,既可以联系旧知,又可以形成数学经验、方法和思想,使学生的认知达到新的高度,实现自我超越、自我完善,数学抽象核心素养得以提升。
总之,数学抽象构成了数学核心素养的第一要素,在课堂中应有效结合习题素材落实数学抽象核心素养的培养,使之成为一种教学常态。在基于“四基”,培养“四能”,发展“六核三会”数学核心素养的教学理念下,以问题为导向,以方法论为指导,把握问题本质和规律,引导学生抽象概括习题素材中的数学概念、方法、思想和模型等,提高学生用数学眼光观察世界,用数学思维思考世界,用数学语言表达世界的意识、能力与勇气。最终实现数学抽象核心素养的提升,实现教育教学立德树人的根本认为。
数学抽象是指通过对数量关系与空间形式的抽象,得到数学研究对象的素养。数学抽象主要表现为:获得数学概念和规则,提出数学命题和模型,形成数学方法与思想,认识数学结构与体系。
下面结合以习题素材展开的教学案例,阐述如何在教学过程中培养数学抽象核心素养。
二、创设有趣习题素材问题情境,在深入探究中形成数学命题
为了使习题能更好地发挥其教学功能,抓住学生感兴趣的习题素材,以问题为出发点,启发学生积极思维为核心,培养学生抽象概括、联想求异等方面的思维能力,从而帮助学生理解、掌握、巩固和应用所学知识,提升学生数学核心素养。
教学案例一(向量形式的三角形面积公式)
【习题背景1】平面上O、A、B三点不共线,设[OA=a],[OB=b],则△OAB的面积等于( )。
A.[a2b2-(a·b)2] B.[a2b2+(a·b)2]
C.[12a2b2-(a·b)2] D.[12a2b2+(a·b)2]
【教学设计】
1.复习回顾,寻相关
师:目前我们学习过哪个三角形的面积公式?
生:S=[12×底×高],
师:那么当[OA,OB]确定时,△OAB的面积是否确定?理由呢?
生:確定,因为已知“边角边”。
师:那△OAB的面积就与向量[a],[b]有关,请以S=[12×底×高]公式为基础,推导一下三角形面积的向量表达形式。
2.自主探究,展成果
生(自主探究2分钟,展示成果):如图,△OAB的底边长为[a],其中|OH|为[b]在[a]方向上的投影的绝对值,即[a·ba],所以由勾股定理知高|BH|=[b2-(a·ba)2],所以
[S△OAB=12·a·b2-a·ba2]=[12a2b2-(a·b)2],故选C。
3.类比学习,深探究
师:向量用坐标表示后,向量可以进行坐标运算,那设[a=(x1,y1)],[b=(x2,y2)],则上面的面积坐标表达式会怎样呢?请大家推导一下。
生甲:(自主推导2分钟左右,生甲演板)。
[S△OAB=12a2b2-(a·b)2=12x12+y12x22+y22-(x1x2+y1y2)2]=[12(x1y2-x2y1)2]=[12x1y2-x2y1]。
师:非常好,那大家看一下这个公式很简洁,并且与那个内容的式子结构相似啊?
生:与两向量共线定理的坐标表示[x1y2-x2y1=0]相似。
师:对了,这样就方便记忆了。
4.抽象概括,升素养
师:通过以上分析,我们得到了向量形式的三角形面积公式,请哪位同学来叙述一下?
生乙:设[OA=(x1,y1)],[OB=(x2,y2)],则:
(1)[S△OAB=12OA2OB2-(OA·OB)2]。
(2)[S△OAB=12x1y2-x2y1]。
师:什么条件适合用公式(1)或公式(2)?
生丙:当已知△OAB的两边及其夹角时用公式(1),已知△OAB的三个顶点坐标时用公式(2)。
(分析的很到位,同学们为其精彩的回答鼓掌)。
【案例剖析】
本案例基于“四基”,培养“四能”,更多地关注学生的思维过程,创设合适的教学情景、提出合适的问题,启发学生独立思考或与他人进行有价值的讨论,让学生在掌握知识技能的同时,感悟数学的思想,积累数学思维的经验,形成和发展数学抽象等核心素养。
三、在反思解题过程中形成数学方法与思想
教学案例二(特殊到一般的抽象概括)
【习题背景2】已知下列是个向量:①[OM1=OA+2OB];②[OM2=34OA+13OB];③[OM3=12OA+13OB];④[OM4=34OA+15OB]。
对于点[M1],[M2],[M3],[M4]落在阴影区域内(不含边界)的点有(把所有符合条件的点都填上)。
1.题目解法展示
依据平行四边形法则,依次可以做出点[M1],[M2],[M3],[M4]的位置如图所示:故落在阴影区域内(不含边界)的点有:[M1],[M2]。
2.特殊到一般的概括
师:观察以上四点[M1],[M2],[M3],[M4]的情况,你能发现什么规律?
生丁:设[OM=λOA+μOB],显然,由三点共线定理知:
当[λ+μ=1]时,M,A,B三点共线,即M在直线AB上。
当[λ+μ<1]时,M在直线AB左侧。
当[λ+μ>1]时,M在直线AB右侧。
【案例剖析】
反思可以沟通新旧知识的联系,促进知识的同化和迁移,达成触类旁通;可以拓宽思路,优化解法,完善思维过程;可以提高问题意识,优化思维品质。本案例的第一个环节呈现了平时解题过程中,大部分学生在解题、学习的过程中,不进行提炼、抽象概括的习惯,使得解题经历适用范围很有局限性,不易形成学习方法和解决问题的经验。当学生经历了第二个环节时,既可以联系旧知,又可以形成数学经验、方法和思想,使学生的认知达到新的高度,实现自我超越、自我完善,数学抽象核心素养得以提升。
总之,数学抽象构成了数学核心素养的第一要素,在课堂中应有效结合习题素材落实数学抽象核心素养的培养,使之成为一种教学常态。在基于“四基”,培养“四能”,发展“六核三会”数学核心素养的教学理念下,以问题为导向,以方法论为指导,把握问题本质和规律,引导学生抽象概括习题素材中的数学概念、方法、思想和模型等,提高学生用数学眼光观察世界,用数学思维思考世界,用数学语言表达世界的意识、能力与勇气。最终实现数学抽象核心素养的提升,实现教育教学立德树人的根本认为。