时间:2023-03-24 15:23:28
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鉴于数学问题提出在数学课程与教学中的重要作用,学者们开展了一系列关于数学问题提出的相关研究.例如,数学问题提出能力水平的调查研究表明,中国中小学生的数学问题提出能力还有待于提高[6~7].数学问题提出能力和数学问题解决能力关系的调查研究,揭示了学生的数学问题提出能力和数学问题解决能力之间存在较高的相关性[8~10].数学问题提出能力评价的研究认为学生的数学问题提出能力可以从提出数学问题的流畅性、变通性和创新性3个方面进行评价[11~21].但是,学生数学问题提出能力的评价,从数学问题的流畅性、变通性和创新性3个方面是不全面的,既然数学问题的复杂程度也代表了一个学生数学问题提出能力的高低,因此学生提出的数学问题的复杂性也应是其数学问题提出能力高低的一个评价方面.同时,对于数学问题提出能力和数学问题提出观念之间关系的研究还存在一定的空白.学者Philippou和Nicolaou对于数学问题提出能力和观念之间关系的研究提供了一些启示[22].他们调查了塞浦路斯五年级和六年级小学生数学问题提出能力和自我效能观念之间的关系.结果表明塞浦路斯小学生数学问题提出能力和自我效能观念之间存在一定的相关性.但是该研究仅仅调查了学生的自我效能观念与数学问题提出能力之间的关系,没有涉及学生其他的问题提出观念.例如,学生对数学问题提出的重要性的认识,对数学问题提出的兴趣,以及对数学问题提出的教学形式的认识.同时,数学问题提出能力是否能够被有效测量,将直接影响研究者深入探索数学问题提出能力和观念之间的关系.因此,该研究将首先界定数学问题提出和数学问题提出观念的概念,并构建了一套数学问题提出的评价体系.在此基础上,该研究调查了沈阳市小学生数学问题提出能力和观念的情况,以及二者之间的关系.
二、相关概念的界定
数学问题提出是指,新数学问题的提出和已有数学问题的重新阐释,它可以发生于数学问题解决之前、之中和之后[2].学生在数学问题提出的过程中经历信息的理解,信息的转换,信息的编辑,信息的选择4种心理过程[23].信息的理解发生在学生根据一些数学表达式提出数学问题的过程之中;信息的转换发生在学生根据一些数学图片和表格提出数学问题的过程中;信息的编辑发生在没有限制条件下,学生根据一些数学信息、数学故事提出数学问题的过程中;信息的选择发生在学生根据某一个答案提出数学问题的过程中.观念是个体所持有的主观认识和理论,它包含所有个体认为是正确的,但是却不能提供令人信服的证据的认识[24].在观念概念的基础上,研究者认为数学问题提出的观念是指学生对于数学问题提出的重要性、兴趣,以及数学问题提出学习过程中的信心等的主观认识与态度.
三、研究方法
1.样本
调查了沈阳新民市69个五年级小学生和朝阳北票市48个五年级小学生的数学问题提出能力和数学问题提出观念的情况.根据数学课程标准的要求,学生测试前已经学习了因数与倍数、平行四边形、三角形面积、梯形的面积、分数的基本性质,以及分数的加减法等相关知识.另外,由于参与调查的学生所使用的数学教材存在少数的数学问题提出的情境,所以学生对数学问题提出有一定的了解.
2.测试过程
为了避免部分学生对数学问题提出仍然不清楚,测试前,研究者先讲解一个数学问题提出的例题:“服装店中,一件上衣的价格是60元,一双鞋的价格是82元,根据已知条件提出数学问题.”如果学生提出数学问题的时候存在困难,调查者可以给出一个例子:一件上衣和一双鞋一共多少元?之后引导学生根据该情境提出其他的数学问题.例题讲解之后,研究者强调这次测试不是一次真正的考试,其目的是了解他们的数学问题提出能力水平,因此考试的时候不要紧张.在测试的过程中,如果学生对题意等不是很理解,教师可以给予必要的提示.数学问题提出测试结束后实施数学问题提出观念的测试,两个测试一共用时约50分钟.
3.测试工具
数学问题提出能力测试包括6个算术领域的问题提出测试题(测试题2对学生提出数学问题的解决策略的运算类型加以限制的目的是考察学生在数学问题提出过程中对信息理解的能力).从问题提出情境的表征方式来看,有图片、答案、算式、语言描述和表格等.例如,编写两个应用题,使其计算方法(列式)都为1.6×8.数学问题提出观念问卷包括20个五点李克特观念问题,涉及学生对于数学问题提出的重要性,数学问题提出学习过程中的信心,以及对于数学问题提出的兴趣等.这20个观念问题从设计方式上分为10个正向问题和10个反向问题.例如,“尽管我很努力地学习,但是我在提出数学问题的时候还是总遇到困难”为反向问题;“我认为能够从提出数学问题的过程中学到很多”为正向问题.
4.评价标准
数学问题提出测试从流畅性、变通性、新颖性和复杂性4个维度评价.流畅性指提出正确数学问题的个数【评价一个数学问题是否为正确的数学问题,首先,评价所提出的数学问题是否满足题意的要求.其次,评价所提出的数学问题是否为一个可解的数学问题(一个数学问题不可解是指这个数学问题的数学信息不充分或者和已知条件相矛盾).最后,评价所提出的数学问题是否符合生活实际】.对于某一个测试题,学生提出一个正确的数学问题,则得1分,否则得0分.变通性指学生根据某一个问题提出情境提出的两个数学问题的类型的变化程度,如果两个数学问题都错误,或者其中一个错误,或者两个数学问题都正确且属于同一个类型,都得0分,如果两个数学问题都正确且不属于同一个类型,则得1分.数学问题的类型根据该数学问题的总的语义类型来确定.加减法的语义类型分为变化、合并和比较3种类型,乘除法的语义类型分为等量组的聚集、倍数、矩形和组合[25].例如,“小明带了100元,买了2条围巾和1双手套,剩多少元?”和“买2副手套和1条围巾共多少元?”,前一个数学问题的语义类型为变化,后一个数学问题的语义类型为合并,所以该生测试题1的变通性维度得1分.新颖性是指学生所提出的数学问题比较有新意,具体的评价方法是如果提出的某一类正确的数学问题的个数占所有提出的正确数学问题的个数的百分比小于10%,那么这类数学问题就被评价为新颖性的数学问题.该维度中,数学问题类型的划分方法与变通性维度中数学问题类型的划分方法相同.学生提出一个新颖性的数学问题,则得1分,非新颖性的数学问题或者不正确的数学问题为0分.复杂性是指学生提出的正确的数学问题所包含的语义类型的个数.某一个测试题中,学生提出的两个数学问题中至少有一个数学问题包含两种语义类型,则得1分,至少有一个包含3种及以上语义类型的数学问题,则得2分,其余为0分(两个问题中至少一个问题错误或者两个数学问题都正确,但是每个问题仅仅包含一个语义结构).例如,一个学生提出两个数学问题“一共有多少个动物?”和“草地上有5只母鸡和8头牛,草地上一共有多少条腿?”,第二个数学问题包括合并和等量组的聚集两种语义结构,该生复杂性维度得1分.数学问题提出能力测试4个维度的分数重复累计,流畅性和创新性维度的总分各是12分,变通性维度总分是6分,复杂性维度总分是10分(测试题2要求学生根据指定的算式编写数学问题,因此,评价学生根据该问题情境提出的数学问题的复杂性是没有意义的),所以数学问题提出能力测试的最低分为0分,最高分为40分.
数学问题提出观念问卷中,反向问题反向记分.例如,对于问题“尽管我很努力地学习,但是我在提出数学问题的时候还是总遇到困难”,选项“非常不同意”记5分,选项“不同意”记4分,选项“不知道”记3分,选项“同意”记2分,选项“非常同意”记1分.正向问题正向计分,例如,对于问题“我能够正确地评价提出的某一个数学问题是否正确”,选项“非常不同意”记1分,选项“不同意”记2分,选项“不知道”记3分,选项“同意”记4分,选项“非常同意”记5分.数学问题提出观念问卷的最低分为20分,最高分为100分.
四、研究结果
1.数学问题提出能力的结果
从测试总体情况来看,大部分学生能够提出正确的数学问题,数学问题提出能力测试的4个维度得分率情况分别为,流畅性:87.5%,变通性:45.7%,创新性:12.3%,复杂性:20.3%.可见,在问题提出的流畅性维度上,学生的数学问题提出的分数还是较高的.但是,也不乏一些学生提出不符合要求的数学问题,例如,在测试题2中,根据问题的要求,学生需要提出应用题,而有的学生却提出文字表述题,如:“8个1.6的和是多少?”在测试题4中,根据问题的要求,学生需要提出用乘法或除法解决(可以包含加法或减法)的应用题,而有的学生却提出:“小明存250元,小丽存300元,小明比小丽少多少?”在测试题5中,学生需要根据情境中隐含的规律提出问题,但有的学生却提出:“第四天,他用23根火柴搭了几个正方形?”显然这个数学问题不符合题中隐含的规律;在测试题6中,有的学生提出数学问题:“一只母鸡一天下10个蛋,那么5只母鸡一个月30天下多少个蛋?”可见提出的数学问题不符合生活实际.与数学问题提出的流畅性维度相比,学生在数学问题提出能力的创新性和复杂性维度上的表现不容乐观.学生倾向于提出和课本类似的、练习中常见的、简单的数学问题.例如,对于测试题1,类似于“买2双鞋和1副手套共需多少钱?”的合并问题为36%;类似于“2副手套花多少钱?”的等量组聚集问题为26%.
2.数学问题提出观念的结果
从数学问题提出观念问卷来看,部分学生对数学问题提出的观念不容乐观.例如,对于观念问题4“尽管我很努力地学习,但是我在提出数学问题的时候还是总遇到困难”中,有38%的学生选择同意或者非常同意,表明很大一部分学生对学好数学问题提出缺乏一定的信心.对于问题19“我愿意提出和课本上类似的数学问题”,高达62%的学生选择了同意或非常同意,这可能是学生数学问题提出的创新性较差的一个原因.但是,学生很喜欢数学问题提出的活动.例如,对于观念问题15“如果数学课堂能够给学生提供更多的数学问题提出活动,那么数学课堂就会变得更加有趣”,90%的学生选择了同意或者非常同意.
3.数学问题提出能力和观念之间的关系
皮尔逊相关分析表明,首先,学生的数学问题提出能力和观念在0.05的显着性水平上正相关(=0.21,P=0.02);学生的数学问题提出能力的创新性与数学问题提出观念在0.05的显着性水平上正相关(=0.27,P=0.00).其次,对于数学问题提出的4个评价维度,创新性分别和变通性(=0.29,P=0.00)和复杂性(=0.40,P=0.00)在0.05的显着性水平上正相关(研究中只计算了数学问题提出的变通性,复杂性和创新性之间的相关性,而没有把正确性包含在内,因为变通性、复杂性和创新性3个维度是以正确性为基础的,即,只有正确的数学问题才能评价其变通性、复杂性和创新性).最后,学生的数学问题提出观念能够从很大程度上预测他们的数学问题提出能力(R=0.21,F=5.47,p=0.02).
五、讨论
通过该研究,可以得出,学生倾向于提出一些常规性的、熟悉的数学问题,而不擅长提出创新性、复杂性的数学问题.因此,在日常教学活动过程中,需要教师把培养问题提出能力作为一个重要的教学目标,落实在各学段的课堂教学之中.
首先,教师不仅要提供丰富多彩的数学情境,激发学生提出数学问题的欲望,鼓励学生提出数学问题,同时也要教给学生提出数学问题的一些方法,在学生提出数学问题的过程中给予一些帮助.例如,在学生提不出数学问题的时候给学生提供一些例子,在学生总是提出类似的数学问题的时候,提供学生从另外的角度提问的例子,鼓励学生对提出的数学问题进行评价与反思.此外,培养学生提出问题的能力,仅仅依靠课堂教学来促进学生的数学问题提出能力的提高是不够的.还需要借助于各类考试对数学教学的影响作用,即在考试中增加一些数学问题提出的测试题.当然,在考试中,增加什么形式的数学问题提出的测试题,还需要进一步研究.
在教学和学生之间,蔡宏圣努力探寻着平衡,追求浅显中见深刻、平和中现经典的教学境界。问其何能如此,他的回答也颇有“猴性”:“走自己的路,让别人发现这也是条路。”
起航:勤于思考,不断积累
思考,一直贯穿于蔡宏圣的求学和教研之路。1983年他考入南通师范学校学习时,便开始了撰写教学论文的尝试,并在当时较有影响的《自学导报》上公开发表文章。毕业前夕,学校组织去旅游,他留在学校,在图书馆里抄录《外国著名教育家教育思想录》。“我记得那时摘录最多的是卢梭的《爱弥儿》,这个摘录本现在还保存着,有时候打开看看,心里还会升腾起一种感叹,当时怎么就一笔一划抄了那么多呢?”回忆当时,蔡宏圣至今还为自己的勤奋而感慨。现在常有人称赞他的文字干净、准确,与他当时的勤奋练笔是分不开的。
勤于思考的习惯应该说就在这种最初的锻炼中逐渐养成。1987年12月,工作还不到一年半的蔡宏圣,就以《学生间信息传递、转化及其最优化问题》一文,获得南通市小学数学论文评比二等奖,而排在前面的一等奖获得者,则是当时已在小学数学教育界享有盛名的特级教师张兴华,这让蔡宏圣深受鼓舞并大为兴奋,他说:“以一种思考者的眼光看待教育教学,把理论的思考与教育的实际问题结合起来,让我充分体会到了教育的乐趣。”
此后的三四年时间里,蔡宏圣几乎每个月都有文章发表,这更有力地促使他投入到研读与思考中。他回忆说:“那时候的大部分星期天,我都会去办公室,花上半天时间,看看书,翻翻资料,记记笔记,几年下来,摘录的卡片足有半米高。”蔡宏圣有随手记笔记的习惯,看到有关资料或者在教学中有了点滴体会,他都会及时记下来,还用胶水粘贴进教材中,日积月累,他用过的每一本教材,厚度几乎都翻了一番。
1997年12月,蔡宏圣参加南通市小学数学年会,执教了一堂观摩课。课后,听课的数学名师张兴华发现:“这个小伙子有想法!”不久,蔡宏圣进入了张兴华的课题组,与华应龙、徐斌、贲友林、张齐华等教师一起组成了“学习共同体”,站在了专业发展的新起跑线上。
2000年2月,江苏省召开“新世纪小学数学教学改革研讨会”,蔡宏圣应邀出席。他对于几套小学数学教改实验教材“统计”部分内容的思考分析,引起了盛大启、邱学华等专家的注意,于是他被邀请参加了苏教版小学数学教材以及小学数学新课程标准实验教材的修订和编写工作。
应该说,这时候的蔡宏圣在自己的专业领域里已经有了一定的成绩,但他没有满足,而是更加发奋思考和积累,等待更好的成长机会。不久,机会再次降临。2006年,南通市教育局进行名师培养对象第一梯队遴选。这次遴选,让蔡宏圣“经历了一次思考的高峰体验”。当时其中一个最重要的环节是封闭式备课和上课,这是最考验平时知识积累和应变能力的时候。
“当刚拿到课题的瞬间,我脑子一片空白。”蔡宏圣至今记得当时的情形,“用一个晚上备一节课,时间看似很多,但仔细一琢磨,要做的事情还真多,读教材、理思路、定环节、究细节、成教案、背教案、做教具,每一个流程都不能少,而当时能调动的外在资源,只有教材和教学用书中相应内容的复印件,其他什么都没有。”不容多想,他马上把上述的七个流程粗略分配了时间,投入到了考验心智的备课当中。
蔡宏圣曾用大量笔墨来描述这一次备课,其中有一段话让人印象深刻:“封闭式备课和上课,穿透了被遴选者心智中的表层,直抵人的感觉、习惯、本色,纯粹地展示了一个人内在的软实力和可以打造的潜能空间。”正因为有了平时的积淀为基础,蔡宏圣顺利进入了南通市名师培养的第一梯队,有机会沐浴在南通市名师培养导师团各位专家的智慧中。从此,他的专业视野与发展成果开始了质的飞跃。
课堂:和谐是数学教育应有的姿态
蔡宏圣经常思考这样的问题:“一个小学数学教师,面对的是儿童,教的是数学。但儿童是什么?数学是什么?”蔡宏圣认为,在人与人的关系中,儿童用更为纯正和直接的方式与人相处,儿童的表情是发自心灵深处的,显得自然、健康,和成人比起来,儿童无疑和各种关系相处得更为和谐。而数学的发展过程充斥着猜测和想象、反驳与改进,乃至错误与曲折,正如数学史家克莱因所言,一门逻辑的学科却是不合逻辑地发展。因此,数学是和谐辩证的复合体。由此,蔡宏圣得出:“儿童是和谐的生命体,数学是和谐的复合体,循乎儿童和数学的和谐本源而展开的数学教育,才是数学教育应有的姿态。”这样,蔡宏圣的教学主张有了理论源头。
但要“走自己的路,让别人发现这也是条路”,还必须寻求一个支撑点。2003年是蔡宏圣从南苑小学调到启东市教育局教研室工作的第三年,虽然离开了一线讲台,但他从未放弃对课堂的思考。这一年,他设计了“认识乘法”一课,并在当年的南通市课改研讨会上执教。该课注重乘法概念形成过程的原创设计,让听课老师不禁感慨:原来“乘法的初步认识”还可以这样教!年底,蔡宏圣就此撰写了《文化视野中的小学数学教学实践与思索》一文,获得了江苏省教育厅主办的“教海探航”一等奖。这一课让蔡宏圣明白:课堂才是思维的根,是成长的载体,绝对不能离开它。
认识到位后,蔡宏圣给自己构建了“审视现例、读书思考、课例突破、理性总结”的专业成长路径。2006年6月,他指导青年教师执教《用字母表示数》参加华东六省一市的赛课,虽然捧回了好奖项,但总觉得意犹未尽,于是,他又了原先的所有设计并亲自试教,诞生了全新版的《用字母表示数》。在该课的教学预设中,蔡宏圣更为自觉地运用了“和谐”理念来指导教学设计,并创造性地引入了数学史的视角探寻所教知识的内涵。该课注重实践经验和教育理论的结合(在理性的分析中体味学生的学习障碍),注重意义建构与文化传承的并举(在递进的反思中完成认知结构的重组),漂亮地回答了“以学习者为中心的学习环境设计,多要素、多视角地促进课堂和谐”的诉求。不久,据此成文的《和谐:小学数学教学设计的新视角》《捕捉数学史中的教育基因》分别发表于全国核心期刊《课程·教材·教法》和《人民教育》上。
蔡宏圣的教学主张就在这样的课例突破中逐渐明晰起来。之后,他的《认识负数》《平行》《24时记时法》《混合运算》等一批原创性课例引起广泛关注。2011年5月,他应邀出席华东师范大学数学系承办的第四届数学史与数学教育(HPM)国际研讨会暨全国数学史学会第八届学术年会,并作了20分钟的分组报告。
蔡宏圣杜绝从“和谐”道义中去寻找理论支撑,然后拼接数学例子的做法。他认为,考究“和谐”,是要把握住“和”的思维方式,以此统合数学教育的诸多范畴,追求学生素养的全面和谐发展,敞亮和彰显数学教育的固有规律。考究他的教学主张,会发现他的课堂以“捍卫数学特质、润泽儿童生命”为价值取向,以“具体直白、深刻难忘”为教学内容,以“没有过程的结果不是好的结果,不向着结果的过程不是好过程”为课堂根本,教学设计在“历史和现实间的来回穿梭”,把握住“儿童基点、数学视野”的思维方式。他的《认识负数》(苏教版国标教科书五年级上册)一课,就体现了这些特征。
《认识负数》一课,蔡宏圣创设了巧妙的教学情境,以5个明星的身高导入,进行了一系列对比,层层递进,分层次进行教学,让学生清晰地掌握“定谁为标准量很重要”“0在尺子上有特殊的含义”等内容。当标准量发生改变,比较的结果就会不同,如果标准量为0,比它大的数就是正几,而比它小的数就是负几。接下来学生通过自己探究,得出了简单的表示方法,知道了“正数和负数本是一对表示相反意义的量”。该课例的巧妙之处还在于,教师引导学生用直线上的点表示明星的身高,直接把负数的形象在竖着的“数轴”上表示出来,这与后来环节中温度计的负数是同样的道理。将负数在竖着的“数轴”表示,更能体现出“数形结合”的精神,也更能表示负数的意义,让学生认识起来更加直观和受用。
谈起这节课的设计,蔡宏圣认为,教学不能从儿童的生活世界起步,最后还是会停留在经验世界里,也不能认为演绎比归纳高明,抽象比感性高级,而用抽象的概念来蹂躏儿童的心智。他告诫同行:“要牢记,儿童只能学儿童数学,所以,‘直观地抽象’才是高境界。只要找到了贴切而直观的形式,那么儿童对于理性的认识可以前进几大步。”随后,他又很自信地补充道:“本课例就是一个极好的例证!”
建议:数学老师应该读点数学史
要想成为一名优秀的教师,阅读是必不可少的功课。谈及阅读,蔡宏圣提起了对他影响较大的一本书——上海师范大学袁小明先生编著的《数学思想史导论》,这是一本数学史方面的书籍。对于该书,蔡宏圣有自己的评价,他认为,作为数学史方面的著作,《数学思想史导论》可能并不全面和权威,但它却打开了一扇窗:从数学史中探寻教学智慧。由此引出了他对数学教师的一个建议:数学教师应该读点数学史。
蔡宏圣认为,学生在课本中所接触到的数学知识体系,是经过精心组织的公理化结果,已经和其历史过程割裂开来。一个数学概念仅仅看它的最终形式化表述,普通人很难深入把握其确切的本质意义。抽象的数学概念只有放在历史背景上,和抽象活动的历史过程结合起来,才能变简练为丰富、变艰涩为生动,才能较完整地呈现出其经验性和演绎性二重统一的本质,进而才更容易被学生调动相关经验支撑其建构起概念。
他以“用字母表示数”为例,进一步阐释他的观点。
“用字母表示数”在几大版本的小学数学教材中都是重要内容之一,在与教材配套的教师教学用书中,对其重要作用表述为“这是人类认识的一次飞跃”,但教师实际上很难理解其真正的意义。反而有教师认为,用字母表示数是因为不知道这个数是多少,因为在小学数学知识体系中,字母的运用主要是在解方程中用来表示未知量。可见,脱离了知识的历史背景,就看不清它的来龙去脉,自然也就无从体会其数学本质。
而这些问题可以从数学史中找到答案。蔡宏圣说:“放在历史的长河中,才会知道方程的解答最早是古阿拉伯数学家花拉子米用文辞叙述的,之后是古希腊数学家丢番图用字母的缩写表示的,直到17世纪才由法国数学家韦达不仅用字母表示未知量,甚至用字母表示系数,从而实现了人类认识的跨越,打开了近代数学的大门。换言之,用字母表示数的实质是符号化,绝不是用字母替代某数量。”
由此可知,教学“用字母表示数”的要义在于让学生理解:一个已知的量为什么还要用字母表示。理解了这一点,才能使学生的认识实现由具体向形式化的飞跃。实际上,不仅仅是“用字母表示数”,数学中战略性概念的建构,其背后都闪烁着数学思想的光芒,都是数学认识上的一次重大突破。所以蔡宏圣说:“脱离了历史背景,要深刻把握其内涵都不是易事。”
正是因为把数学放到历史长河中去探究,在历史中认清了数学的本质,蔡宏圣能把课上得通透、深刻,《用字母表示数》又成了他的另一个经典课例。