数学教学实施导航：提升学生空间想象与推理能力

2023-07-31 理论教育版权反馈

【摘要】：2.抽象概括能力抽象概括能力是这次《标准》中新加的一个基本能力，这不仅是数学本身与数学学习的需要，也是现代社会对未来公民基本素养的要求。

1.空间想象能力

几何学能够给我们提供一种直观的形象，通过对图形的把握，发展空间想象能力，这种能力是非常重要的，无论是在数学研究、数学学习方面，还是在其他方面，都是一种基本能力。从事艺术工作的人就经常说，这种空间想象能力与他们艺术上的想象能力、艺术创作能力有一种殊途同归的感觉。

《标准》对空间想象能力的发展是：更加关注通过对整体图形的把握去培养和发展空间想象能力；关注在空间想象能力培养中人的认识规律，概括了人们认识和探索几何图形的位置关系和有关性质的规律，建议通过“直观感知、操作确认、思辨论证、度量计算”等学习过程，培养和发展空间想象能力，这对几何课程的学习应该是有帮助的。例如在立体几何的学习中，建议从对空间几何体的整体观察人手，认识整体图形，再以长方体为载体，直观认识空间点、线、面的位置关系，抽象出有关概念，用数学语言表述有关性质与判定。事实上，相关研究表明，对个体的认识是先从对整体的认识开始的。大家知道，在立体几何的学习中，异面直线和异面直线之间的距离是比较难理解的两个概念，如果先讲平行平面，那么，异面直线就是两个平行平面中的两条不平行的直线，而异面直线之间的距离问题，也会因为平行平面间距离的确定性而变得容易理解了。而且从几何学的发展来看，对整体微分几何的研究也受到越来越大的关注。在生活中，我们在做事的时候也一样，你首先要有一个整体的安排，才能把握各个方面在其中的作用和地位。

2.抽象概括能力

抽象概括能力是这次《标准》中新加的一个基本能力，这不仅是数学本身与数学学习的需要，也是现代社会对未来公民基本素养的要求。

数学高度抽象的特点，要求我们能从具体事物中区分、抽取研究对象的本质特征，即抽象概括。通过抽象概括的过程，认识和理解研究对象。没有抽象概括的过程，就不会很好地认识和理解数学概念和结论。例如，在这次课程内容的系列3中，有一个专题是“对称与群”，以往在大学学习“群”的时候，是从运算角度直接提出“群”的概念的，如果在中学也从这个角度去讲，中学生就不容易理解。但是，如果我们从中学生熟悉的图形入手，提出问题：（非等边的）等腰三角形和等边三角形都是对称图形，它们有什么区别？又怎么把它们的区别用数学语言表达？引导学生们一步一步抽象概括出“对称变换”的概念，再逐渐抽象概括出“群”的概念。这样，从具体的、生动的实例出发，加上恰当的问题，让学生在经历抽象概括的过程中，去发现研究对象本质的东西，不仅能使学生较好地认识和理解数学，更重要的是学会了怎样进行抽象概括，怎样学习数学，进而还可促进其他方面的学习。

抽象概括能力不仅在数学学习中，在对数学概念和结论的认识和理解中是必需的，而且在现代社会里，由于人际之间广泛的交流和交往，加上多种多样的传媒途径，我们会获得很多的信息，这就需要我们能从大量的信息里，概括出一些观点性的东西、结论性的东西，帮助我们去思考问题，作出判断。因此，抽象概括能力也是未来公民所需要的一种基本素养。

3.推理论证能力

《标准》对推理论证能力的要求既包括了原来的演绎推理（或逻辑推理），又包括了数学发现、创造过程中的合情推理，如归纳、类比等合情推理，这是数学的基本思考方式，也是学习数学的基本功。过去说到推理论证，关注的是已建立的公理体系，想到的只是逻辑推理，但是，忽视了公理体系的来源，它的形成过程，从特殊到一般的归纳过程，或者从特殊到特殊的类比过程，这些是形成命题和猜想的过程，也是数学发现、创造的过程。数学正是运用演绎推理、合情推理这样两种推理不断发展前进的。回忆我们自己的学习过程、证明问题的过程，也正是在想想、猜猜、证证的过程中完成的。很多时候是先猜后证，运用合情推理去猜想，再运用逻辑推理去证明。《标准》对教师教学和学生学习提出的这样一个要求是一种进步，不仅体现了数学产生、发展的本来面目，体现了数学学习的客观过程，而且对于培养学生的创新意识和创造能力等都是十分重要的。

4.运算求解能力

《标准》对运算求解能力赋予了更为丰富的内涵。除了原先对运算求解能力的一些要求之外（但是要避免繁杂的运算和过于人为的、技巧性过强的运算），还应包括对估算能力、使用计算器和计算机的能力、求近似解的能力等方面的要求。此外，我们更加关注对运算求解过程中的算理能不能搞清楚，算法能不能搞清楚。因为面对一些实际问题，有时并不需要你求出精确的值，很多时候也求不出精确的值。事实上，在中学数学所学的解方程内容中，只有一些很特殊的方程才能求出精确解。就拿方程x3＋x－1＝0来说，看起来很简单，实际上要求出三个解也是不容易的，这时就需要你去做一些估计，需要你利用计算器或计算机去求出近似值，有时还需要有算法的帮助。《标准》在“函数与方程”中就安排了借助信息技术用二分法求方程近似解的内容，在“导数及其应用”的阅读材料中也建议安排用切线法求方程近似解的内容。此外，一些繁杂的计算可以让计算器或计算机去做，这时，我们的重点应该是搞清算法和算理，还应特别注意的是，我们应认识到运算过程也是一个推理过程，这样的认识会有助于我们去分析和解决学生在运算中所产生的一些问题。

5.数据处理能力

这是《标准》新提出来的一个基本能力。在信息社会、数字化时代中，人们经常需要与数字打交道。例如，产品的合格率、商品的销售量、电视台的收视率、就业状况、能源状况等，都需要我们具有收集数据、处理数据、从数据中提取信息作出判断的能力，进而具有对一堆数据的感觉能力，这是现代社会公民应具备的一种基本素养。为此《标准》加强了这方面的学习和训练，在“统计”和“统计案例”的内容中，都强调必须通过典型案例的处理，让学生经历收集数据、处理数据、分析数据、从数据中提取信息作出判断的全过程，并在经历过程中学会运用所学知识、方法去解决实际问题。

总之，我们要从《标准》的理念和课程的总目标出发，去认识上述几个基本的数学能力，认识它们的丰富内涵、新的发展和进步，并且努力在教学中贯彻实施。

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