在初中数学教学中培养学生的数学推理能力的探索与思考

发表时间:2021/7/14   来源:《中小学教育》2021年3月8期   作者:唐远学
[导读] 《义务教育数学课程标准》指出:“推理是数学的基本思维方式,也是人们学习和生活中经常使用的思维方式”
        唐远学
        江油市教育发展中心  
        《义务教育数学课程标准》指出:“推理是数学的基本思维方式,也是人们学习和生活中经常使用的思维方式”。它对教学的启示是,不仅要引导学生认识到推理是数学的重要基础之一,它与人们的生活息息相关,更重要的是要逐步培养学生运用推理进行思维的方式。
        基于数学推理的特点,突出合情推理与演绎推理这条主线。在数学思维和问题解决的过程中,两种推理功能不同,相辅相成——合情推理用于探索思路,发现结论;演绎推理用于证明结论       
         一、引导学生经历“猜想——证明”的问题探索过程,数学推理能力的培养“应贯穿于整个数学学习过程中”。
        其一,它应贯穿于整个数学课程的各个学习内容,
        其二,它应贯穿于数学课堂教学的各种活动过程
        其三,它应贯穿于整个数学学习的环节
        其四,它应贯穿于三个年级,合理安排,循序渐进,协调发展。
        二、通过多样化的数学活动,培养学生的推理能力
        反思传统教学,对学生推理能力的培养往往被认为就是加强逻辑证明的训练,主要的形式就是通过习题演练以掌握更多的证明技巧。显然,这样的认识是带有片面性的、局限性的。《标准》强调通过多样化的活动来培养学生的推理能力。《标准》提出:“在参与观察、实验、猜想、证明、综合实践等数学活动中,发展合情推理和演绎推理能力,体会通过合情推理探索数学结论,运用演绎推理加以证明的过程,在多样化形式的数学活动中,发展合情推理与演绎推理的能使学生多经历“猜想——证明”的问题探索过程。
        在“猜想——证明”的问题探索过程中,学生能亲身经历用合情推理发现结论、用演绎推理证明结论的完整推理过程,在过程中感悟数学基本思想,积累数学活动经验,这对于学生数学素养的提升极为有利。教师要善于对素材进行此类加工,引导学生多经历这样的活动
   在概念教学中培养学生的推理能力
   概念课的教学设计:选择典型丰富的具体实例,设计归纳具体实例的共同特征、抽象出本质特征,并概括到同类事物中去的过程。
        概念教学的基本环节:
        概念的引入——借助具体事例,从数学概念体系的发展过程或解决实际问题的需要引入概念;
        概念属性的归纳——提供典型丰富的具体例证,进行属性的分析、比较、综合,归纳不同例证的共同特征;
        概念的明确与表示——下定义,给出准确的数学语言描述(文字的、符号的);
        概念的辨析——以实例为载体分析关键词的含义(恰当使用反例);
        概念的巩固应用——用概念作判断的具体事例,形成用概念作判断的具体步骤;
        概念的“精致”——纳入概念系统,建立与相关概念的联系。
        在二次函数的教学中,可以这样设计教学过程,
        1.观察实例
        (1)圆的面积S与半径r的关系是怎样的?
        (2)用18m长的篱笆围成长方形的菜地,怎么围可以使菜地的面积最大?
        (3)某果园有100棵橙子树,每一棵树平均结600个橙子。现准备多种一些橙子树以提高果园产量,但是如果多种树,那么树之间的距离和每一棵树所接受的阳光就会减少。根据经验估计,每多种一棵树,平均每棵树就会少结5个橙子。假设果园增种x棵橙子树,那么果园橙子的总产量y和x之间的关系如何?
        2.分析共同属性
        “观察上面得到的函数关系式S=πr2,y=x(9-x),y=-5x2+100x+60000这些函数关系式有什么共同特征?”
        3.提出和验证假设
        4.概括定义“一般地,形如y=ax2+bx+c(a,b,c是常数,a≠0)的函数叫做x的二次函数(quadratic function)”
        5.讨论特例
        y=ax2 ,y=ax2+c,y=ax2+bx
        6.新旧概念联系
        把二次函数与一次函数、正比例函数等联系起来,把它纳入到函数概念体系中。
        7.实例辨认。辨认肯定例证与否定例证。
        举出y=3x2,y=2x2-4x+5,y= -x2-1等让学生辨认。
        8.具体应用
        判断下列函数是否是二次函数,若是请分别说出二次项系数、一次项系数和常数项
        (1)S= πr2  (2)y= x(9-x)   (3)y= -5x2+100x+60000   
        (4)若函数是二次函数,求m的值。
        先让学生独立尝试练习后汇报交流,再反思小结二次函数概念学习的注意点。
        概念教学的核心就是“概括”:将凝结在数学概念中的数学家的思维活动打开,以若干典型具体事例为载体,引导学生展开分析各事例的属性、抽象概括共同本质属性、归纳得出数学概念等思维互动而获得概念。
        三、提高学生的在数学活动中思维参与度
        为了培养学生的创造性思维,必须让学生有实质性的数学思考。数学是思维的科学,概念是思维的细胞,数学思维更是用概念思维,因此数学是培养思维能力的最佳载体.从数学知识发生发展、自然拓展过程,数学性质的合理猜想与论证过程出发,通过适当的问题引领,就能实现这样的目标。
        通过具体事例的归纳概括,特别是让学生自主、探究、交流,给学生表达的机会,从表达中把握学生的思维过程,捕捉生成性教学资源,并用“你是怎么想的?”“你是怎么想到的?” “能把你的想法说得更清楚一些吗?”等促进思考,逐步培养学生用概念解释数学对象、通过归纳发现数学规律的能力与习惯,是促使学生深层次参与课堂教学的有力举措.
要把实质性的归纳机会留给学生,例如具体实例共同特征的归纳就应该让学生完成.
        四、在做数学与学会学习中培养学生的推理能力
        切实改进学习方式、教学方式:注重调动所有感官,动手触摸、动眼观察、动脑思考,通过丰富多彩的学习活动、长时间的“悟”,然后有所发现。使学生自我掌控学习过程,获得研究数学问题的切身体验,逐步达到对数学内涵的实质性理解。
        在“几何图形”教学中可以这样设计教学过程培养学生的推理能力:通过数学实验,学生体验到几何图形组成要素的抽象方法,用要素之间的关系刻画简单几何图形的特征,并能用数学语言进行表达,进而提升学生的数学推理能力。用数学的眼光观察世界,发展数学抽象、直观想象素养;用数学的思维分析世界,发展逻辑推理、数学运算素养;让学生体会:
        (1)如何从数学的角度观察、分析、比较、想象、归纳、猜想……即如何展开数学思维,抽象出概念获得数学对象;
        (2)如何研究数学对象的特征——得出基本性质;
        (3)用概念、性质认识几何图形。
        情景引入:通过问题情境引导学生观察,使他们体会用几何方法观察事物的角度,明确提出“几何学是研究几何图形的形状、大小和位置关系的科学”。
        概念抽象:通过模型、直观图的观察,想象物体的表面形状,抽象出几何图形的概念。
        分类:直观基础上的宏观分类,分类标准的渗透,能说出“组成立体图形的平面图形不在同一个平面内”更好。立体图形和平面图形关系的认识:折纸——描述三棱柱、四棱锥的结构特征,再一次提醒“观察的角度”。
        用概念作判断:摸几何体模型——描述结构特征——猜几何体。
        课堂小结:用一个变式题,让学生看图说话,检验教学效果,在学生描述、师生对话的过程中挖掘蕴含的思想方法。
        数学推理应贯穿于数学教学的始终,推理能力的形成和提高需要一个长期的、循序渐进的过程。初中阶段要注重学生思考的条理性,不要过分强调推理的形式。
        在教学中,应把证明作为探索活动的自然延续和必要发展,使学生知道合情推理与演绎推理是相辅相成的两种推理形式。“证明”的教学应关注学生对证明必要性的感受,对证明基本方法的掌握和证明过程的体验。证明命题时,应要求证明过程及其表述符合逻辑,清晰而有条理。此外,还可以恰当地引导学生探索证明同一命题的不同思路和方法,进行比较和讨论,激发学生对数学证明的兴趣,发展学生思维的广阔性和灵活性。
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