核心素养下培养学生数学抽象能力

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  “人们在掌握知识时,如果没有理解意义,那么,在知识被淡忘后,它就很难留下什么;如果人们在学习知识时理解了对它生命的意义,即使知识已被忘记,这种意义定可以永远地融合在生命之中。”也就是说,我们的数学教学不仅是要教会学生基本知识和基本技能,而且要使学生能在正式结束学校教育后,还能利用从学校获得的思想方法和思维习惯独立地向前迈进。因此,要培养学生的数学核心素养。数学核心素养包括:数学抽象、逻辑推理、数学建模、数学运算、直观想象、数据分析。要培养学生的数学核心素养,我们要在每堂课的教学中渗透思想方法,开启学生智慧,发展学生思维,使学生能在未来的路上追逐梦想,超越自我。下面,笔者从三个方面对培养学生的数学抽象能力作简单探索。
  一、从特殊到一般,启发学生对概念的理解
  从初中生的思维特点来看,具体形象的问题在他们的认知中属于浅层次的内容,他们稍加动脑便可轻易解决,但是抽象化的数学问题对他们而言就属于比较深层次的内容了,有时难以驾驭,对问题也就束手无策了。在概念教学中,如果仅把概念读几遍,或即便让学生背出来,但其根本没有领会概念的内涵,那么即使对概念的内容滚瓜烂熟,也是没有任何意义的。我在进行概念教学时,不会非常苛刻地让学生一字不差地背出来,而是让他们在探索的过程中理解概念的含义,使其学会用概念解题,这是我们在数学课堂教学中应追寻且可以做到的。
  例如:在教授函数的概念时,我从学生的生活经验出发,设置了很多实际问题,让学生列出代数式,探索简单实例中的数量关系和变化规律,如:“列车从甲地驶往乙地,速度是200km/h,路程S和时间t有怎样的数量关系?”“搭1条小鱼需8根火柴棒,每多搭1条小鱼就要增加6根火柴棒。如果搭n条小鱼所需火柴棒的根数为S,那么S和n有怎样的关系?(如图1)”……还有一些表格和图形的实例,问题丰富,类型完整。
  同学们对这些实际问题感到非常熟悉,也能够用已有的认知结构进行解答,最可喜的是他们还能自己举出一些类似的实例,如:“签字笔每支4元,求所需付款额w与购买支数m的关系”等。学生在这么多的实例中感受到了变化过程中两个变量之间的关系,明确了“一个变量变化时,另一个变量也随着变化;一个变量确定时,另一个变量也随着确定”这一基本事实,然后我再给出函数概念——“在一个变化过程中的两个变量x和y,如果对于x的每一个值,y都有唯一的值与它对应,那么我们称y是x的函数。”这样,从一个个特殊的实例中揭示出一般规律,再归纳得出函数的概念是非常自然的,学生就不会感觉这一抽象概念像披着面纱一般,模糊不清,而是如水洗过一般,纯澈、清亮。
  让学生在一个个具体实际问题中感悟,学生通过自主探究或与同伴合作交流,从类似的实例中深入研究,教师在学生充分探索活动的基础上揭示数学概念,可激发学生思考并使其形成概念,有利于学生更好地感悟数学模型思想,更好地理解和掌握概念,抽象的数学内容已不再是遥不可及了,而是深深地建构在学生的认知结构中了。正如苏霍姆林斯基所说:“只有学生通过自己努力理解的东西,才能成为他自己的东西,才是他真正需要掌握的东西。智慧若离开紧张的动脑,离开积极的思考和独立的探索,就不会得到发展。”
  二、从操作到归纳,促进学生对定理的把握
  《新课标》指出:“学生学习应当是一个生动活泼的、主动的和富有个性的过程。学生应当有足够的时间和空间经历观察、实验、猜测、计算、推理、验证等活动过程。”因此,在教学过程中,我们要努力揭示数学知识的发生过程和本质属性,使学生能追寻到数学发展的历史足迹。在实际教学过程中,一些教师不舍得花时间在定理的形成上,而是架空地向学生强调对定理的熟练应用。其实,这是一种舍本逐末的做法,学生还未对抽象的定理理解和掌握,就赶鸭子上架似的加以运用,可想而知,这是无法进行抽象思维和逻辑推理的。所以,我们可以采取一些简单而有效的措施,促进学生对定理的掌握,让他们能驾轻就熟地应用定理,我觉得设置操作环节不失为一种好的策略。
  例如:在讲授“平行四边形的判定”时,我让学生在本子的横线格上画出平四边形,将问题的探究转化为学生的需求,唤醒了学生的求知欲。学生刚学完定义,又有小学里对平行四边形的认识,很快又画了一组平行线(如图2)。我对这种方法给予了充分的肯定,它自然而然地渗透了定义的判定功能。也有同学另辟蹊径,他们从形象思维出发,凭着自己的感觉在横线上画出了两条相等的线段并且连接(如图3),从而得到了平行四边形。我让学生说理证明,他们很自然地联想到连接对角线,利用全等三角形、平行线判定定理进而证明所连接的线段是平行的,从而得到“一组对边平行且相等的四边形是平行四边形”。简单的操作实验、抽象的定理归纳就这样一气呵成地被学生做到了,学生的自主探究、主动完成远比教师的喋喋不休要省时有效,突破了难点,提高了能力,在后续的推理论证中就能游刃有余、灵活应用。
  学生只有亲自经历数学知识的探索,深刻地理解数学知识,才能有效地迁移和灵活地应用。正如陶行知先生所说: “将花草解剖开,看它是如何构造的。”他还说“人生两个宝,双手与大脑。”意思是学生需要通过自己的实际操作来探寻知识的奥秘,以动手实验来促进思维的产生和发展。机械地模仿和记忆无法提高数学的抽象思维能力,只有通过学生自己的探究和挑战,充分地进行思考和归纳,经历了知识形成的过程,才能体验到新的成功,才能点亮智慧、发展思维、提高能力。
  三、从直观到想象,引导学生对问题的解决
  美国著名数学教育家M.克莱因说:“数学的直观就是对概念、证明的直接把握。”德国哲学家康德也认为“缺乏直观的概念是盲目的。”意思是说,我们在数学教学过程中要让学生从直观出发,用图形来描述和刻画数学问题,从而解决数学问题。确实如此,初中学生的空间想象能力还处于起始阶段,相对薄弱,所以必须先培养他们的几何直观能力,使其对事物有直观的感性认识,然后再由直观感悟到想象猜测,进而进行归纳证明、推理求解,使感性认识飞跃到理性认识。
  例如:在学习“一次函数的图像”时,我拿了一根香并点燃,让学生感受香的长度随着燃烧时间的变化而变化,帮助学生理解课本图片提供的信息,然后引导学生填表、描点、连线,从而探索出一次函数的图像是一条直线。学生直观地感受到香的长度随时间的推移而缩短,通过观察和比较发现了函数的性质是可以用图像来刻画的,抽象出一次函数的图像,培养了学生用“数形结合”的思想方法解决数学问题的能力。在以后行程问题、工程问题等无法用实验的办法来解决时,他们会根据前面的经验想象出路程与时間的图像关系、工程与时间的图像关系等。
  借助直观模型,使学生顺利地完成从形象思维到抽象思维的过渡,通过想象,转化成头脑中的图式,发展学生的图形语言和空间想象能力。数学家徐利治说:“学习一条数学定理及其证明,只有当我能把定理的直观含义和直观思路弄明白了,我才认为真正懂了。”在我们的初中数学教学中,不论是几何还是代数,数学的抽象性问题需要学生的直观想象来解决。因此,教学中需要借助大量的生活实物模型,帮助学生观察、思考、判断,使实际问题的解决转变成一个“数学化”的过程,让学生能在特殊事物的直观中获得启发,进而能想象出事物的一般规律,从而借助直观想象促成抽象思维的发展,逐步提高学生的数学素养,培养学生的表达能力和数学思维能力。
  总之,在培养学生核心素养的道路上,我们任重而道远。我们要关注数学内容、数学教学理论,更要关注我们所要培养的学生,要以学生发展为本,要重视引导学生在课堂中不断探索数学知识,不断感悟数学思想,不断积累数学活动经验,使学生具备适应未来社会发展所需的学习策略、方法和能力。
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