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数学基本思想的内涵、特征及其教学意蕴

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数学》“2011年版课标”在课程总目标中明确提出,通过义务教育阶段的数学学习,学生能“获得适应社会生活和进一步发展所必需的数学的基础知识、基本技能、基本思想、基本活动经验。”这样,“数学基本思想”成为了数学课程总目标的“四基”之一。

数学基本思想的内涵

数学课程标准修订组组长、东北师范大学史宁中教授认为,数学基本思想主要有三个:一个是抽象,一个是推理,还有一个是模型。

抽象。抽象是数学活动中最基本的思维方法,也是数学化活动的一般思想方法。指人们在对客观事物的属性和特点进行分析、比较和综合的基础上,舍弃非本质的属性,而抽取其本质属性的思维过程,是人们用来接近事物本质和形成概念的思维方法。就小学阶段而言,抽象方法主要体现在数学概念、原理的形成过程以及解决实际问题的过程中。对数学抽象方法的初步体会,不仅有助于培养学生的数学意识、数学眼光,而且有助于逐步提高他们的抽象水平以及分析和解决问题的能力。比如,学生认识分数时,就必须经历一个逐步抽象的过程。从分蛋糕、分苹果入手,学生在“均分”的活动中明白,过去经验中最小的“1”还是可以继续分下去的,只不过分得的结果就要用新的数来表示了。进而组织学生通过折纸、填图等操作性活动,进一步明白线段、长方形、圆等都是可以像分苹果那样均分下去的。在此基础上,我们还须继续引导学生实现更高层次的抽象,即帮助学生挣脱对具体事物的束缚,理解作为均分对象的单位“1”具有更为一般化的意义,这样,分数的概念才算是真正建立起来了。不难看出,越往高层次抽象,生活味会越淡,数学味越浓。当学生真正理解单位“1”时,几乎就没有生活味儿了。因为这世界根本就没有单位“1”,有的只是2个瓶子、1个班的学生等具体的事物。这里的单位“1”已不再依赖于某一特定的物体而存在了,而是具有了无量纲性,能够把事物许多原本不可比的状态变成可比的状态(如一群牛的■与一个足球场的■意义是不同的,但在讨论分数时又是等价的)。所以有专家说:“数学在本质上研究的是抽象的东西,数学的发展所依赖的最重要的基本思想也就是抽象的。”

推理。推理是从一个命题判断到另一个命题判断之间的思维过程。如果是从一系列具体事实概括出一般原理的过程,那就称为归纳推理;如果是从普遍性结论或一般性前提出发,推出个别或特殊结论的过程,那就称之为演绎推理。例如,有8个男生在跳绳,7个女生在跳绳,还有12个女生在踢毽子,求跳绳和踢毽子共有多少人?我们既可以先求跳绳的人数,列出算式(8+7)+12计算,也可以先求女生的人数,列出算式8+(7+12)计算。这两道算式的算理是等价的,得数也相同,因此可以写成等式(8+7)+12=8+(7+12)。这种数学现象是不是具有普遍性的规律呢?这就需要在类似的情况中验证。于是,学生会举出更多的实例,如(45+25)+13和45+(25+13),(36+18)+22和36+(18+22)。看看每组的两道算式是不是分别相等,两道算式中间能不能填上等号,再看看这些相等的算式有什么结构上的特点,进而在实验中概括出加法结合律,并用字母写成(a+b)+c=a+(b+c)。这样,学生就经历了由具体到一般的抽象、概括过程,不仅可以发现数学规律,而且能够初步感受归纳的思想方法,使思维水平得到提升。反之,当学生学习了(a+b)+c=a+(b+c)以后,要求学生应用加法结合律进行27+48+52的简便计算时,学生根据已经获得的定义、定律、公式等,去解决一个个具体的问题,这便是一个演绎的过程,使得抽象的数学概念、规律和原理具体化,从而促进数学知识的理解和掌握,发展推理能力和思维能力。

模型。模型思想是指用数学模型方法处理和解决实际问题的一种思想。数学模型是沟通数学与现实世界的桥梁。就小学阶段而言,主要有两种模型,一个是:“部分量+部分量=总量”,还有一个是:“每份数×份数=总数”。我们平时所提到的单价、数量、总价,速度、路程、时间,以及工作效率、工作时间、工作总量等,本质上都属于第二种模型。比如:“西安的大雁塔高64米,比小雁塔高度的2倍少22米。小雁塔高多少米?”学生列方程解决问题的关键是:通过适当的分析,找出大雁塔与小雁塔之间的相等关系,这样就可以把题目中已知量与未知量放在同等的地位,能使思考过程变得更加顺畅和灵活。事实上,该题中所列的方程以及这类方程更为一般的形式“ax±b=c”,正是解决一类实际问题的有效的数学模型。这个模型中的未知数或者未知量,通常就是所求实际问题的数值解,而方程的检验乃至对不同方程列法的进一步探索,可以理解为是对模型适切性的确定和完善。模型化的数学思想是20世纪下半叶随着计算机技术的发展和进步而逐步发展起来的,是现代应用数学赖以解决实际问题的基本思想。

数学基本思想的教学意蕴

数学思想蕴含于数学知识和内容之中,又高于具体知识和内容的一种理性认识。它是联系数学知识的纽带,也是整个数学知识系统的生命和灵魂。它具有下面的一些特征。一是内隐性。数学思想是一种隐性知识,常常通过相应的数学概念和原理加以反映,起决定整个数学学习方向的作用。这不是靠教师讲出来的,而是由学生自己在形式多样的数学活动中悟出来的。二是概括性。数学思想是数学知识的“质”与“核”,它除了是具体数学成果的本质体现之外,更是这些成果背后深层次共性的概括。三是层次性。人们常采用“数学思想方法”这一说法,表明了思想与方法间的紧密关联性。解题术解题通法数学思想数学观念,这一递进关系,说明数学思想具有清晰的层次性。数学观念是数学思想的最高境界,是一种认识客观世界的哲学思想。虽然从形式上看,数学观念几乎无迹可寻,但它却在不知不觉中支配着一个个体的数学活动。我们通常说的“用数学的眼光看待周围世界”“用数学方法处理周围事物”,事实上正是着眼于数学观念而言的。

由这些特征所决定,教学时我们应采用与之相匹配的策略进行渗透,循序渐进。学生发展数学基本思想不可能一蹴而就,更不是通过一两道题练习就能培养起来的。因此,学生理解和形成数学基本思想需要一个过程,并在这个过程中,逐步丰富认识、积累经验、加深感悟。当教学呈现相应的数学内容与思想方法时,应根据学生年龄特征与知识积累,在遵循科学性的前提下,采用逐级递进、螺旋上升的原则。