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以往,人们在研究数学教学中发展学生推理能力时,往往首先想到几何学。事实上,数学的各个分支都充满了推理――合情推理和演绎推理。
《数学课程标准》对推理能力的主要表现已做了阐述:“能通过观察、实验、归纳、类化等获得数学猜想,并进一步寻求证据,给出证明或举出反例。”这就是说,学生获得数学结论应当经历合情推理――演绎推理的过程。“在与他人交流的过程中,能运用数学语言合乎逻辑地进行讨论和质疑”,这里“用数学语言合乎逻辑”地表达是重要的,因为只有这样才能确保讨论者有共同的语言和“规则”,使合乎逻辑的推理发展到最高阶段。
《数学课程标准》对义务教育阶段学生应具有的推理能力提出了明确要求,如何实现这些要求,以达到培养学生推理能力之目的,笔者认为应做好四方面的工作。
一、要把推理能力的培养有机地融合在数学教学的过程中
能力的发展决不等同于知识与技能的获得。这不是学生“懂”了,也不是学生“会”了,而是学生自己“悟”出了道理、规律和思考方法。这种“悟”只有在教学活动中才能得以进行,因而教师就要在教学活动中给学生提供必要探索交流空间,要组织、引导学生进行“经历、观摩、实验、猜想、证明是教学活动过程”,并把推理能力的培养有机地融合在教学过程之中。
例如:“平方差公式”的教学可设置如下问题串:
1.计算并观察
5×5=25 9×9=81
13×13=169
4×6=24 8×10=80 12×14=168
2.已知 25×25=625,那么24×26=?
3.你能举出一个类似的例子吗?
4.从上述过程中,你发现了什么规律?你能用语言叙述这个规律吗?你能用代数式表示这个规律吗?
5.你能证明所得到的规律吗?
在这样的过程中,学生从最具体的算式进行观察、比较中,通过合情推理,归纳出猜想,进而用数学符号表达――若a×a=m,则(a-1)(a+1)=m-1.然后用多项式乘法法则证明猜想是正确的。
二、通过学生熟悉的生活发展学生的推理能力
毫无疑问,教师的教学活动能推进学生推理能力更好地发展。但是除此之外,还有很多活动也能有效地发展学生的数学推理能力。
例如:人们在日常生活中经常需要作出判断和推理,许多游戏活动也隐含着推理的要素。所以要进一步拓宽发展学生推理能力的渠道,使学生感受到生活、活动中有“学习”,以便养成善于观察、勤于思考的习惯。
如:两个人握一次手,若每两人握一次手,则三个人共握几次手?m个人共握多少次手?(要通过合情合理探索找到规律)这与“由广州开往北京的1864次列车途中停靠19个站(不含广州、北京),这次列车共发售多少种不同的车票”,这样的问题,有什么联系呢?(类比)
利用学生熟悉的生活设计问题,让学生在有趣的活动中学习推理。
三、要把推理能力的培养落实到教学应用领域
“数与代数”、“空间与图形”、“统计与概率”、“实践与综合应用”是数学的应用领域,这些领域为学生推理能力的发展提供了丰富的素材。
例如,在“数与代数”的教学中,我先让学生观察算式:23+32=55,61+16=77,73+73=110,从而猜想,个位数字与十位数字互换,前后的两个两位数的和能被11整除。然后继续验证74+47=121,原来的猜想仍然成立。以上是进行归纳推理(合情推理)的过程。
问题:能否证明结论是正确的呢?
【方法一】对所有两位数一一加以验证,但这样实在是繁杂又费时。
【方法二】若a、b表示一个两位数两个数位上的数字,则(10a+b)+(10b+a)=11(a+b),于是“所得的两位数能被11整除”的猜想得到证实。
这样的过程是一个经历观察、猜想、归纳、证明的过程,既有合情推理,又有演绎推理的过程。
四、培养学生的推理能力,要注意层次性和差异性
《数学课程标准》强调,数学教学要密切联系学生的生活实际,从学生的生活经验和已有知识出发,能力的培养,考虑学生的身心特点和认识水平注意层次性。以“空间与图形”学习为例,不同学校的学生观察实验推理的方式是不同的。如,“画一个角等于已知角”的教学,大体经历这样的过程:用量角器、三角尺画角,按照一定的步骤会用尺规画角,学习了三角形的判定条件后,则可以用演绎推理的公式证明所画的角与已知角相等。
因此,各学段学生的认知水平、层次和差异相当重要,不能盲目地“为了证明而证明”,要注意推理论证“量”的控制,以及要求的适度。
(河北省固安县城关镇中学)