借力技術(shù)工具 發(fā)展學科素養(yǎng)

桂思銘

借力技術(shù)工具 發(fā)展學科素養(yǎng)

桂思銘

在高中數(shù)學教學中運用數(shù)學工具逐漸成為一種必然，因為這既是發(fā)展學科素養(yǎng)的需要，也是國際數(shù)學教育的趨勢。為此，需要借鑒發(fā)達國家在數(shù)學教學中對技術(shù)工具的運用經(jīng)驗，更好地服務于我國的數(shù)學教學，服務于學生的學科素養(yǎng)發(fā)展。

技術(shù)工具；數(shù)學實驗；核心素養(yǎng)

“核心素養(yǎng)”是當今一個被普遍關(guān)注的話題，按北京師范大學中國學生核心素養(yǎng)研究成果發(fā)布會的提法：“核心素養(yǎng)”主要指學生應具備的，能夠適應終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格與關(guān)鍵能力。本文中提到的技術(shù)工具主要是指用于數(shù)學的計算機軟件、圖形計算器等，它包含用于代數(shù)和數(shù)值計算的計算機代數(shù)系統(tǒng)、用于自動函數(shù)作圖、畫方程曲線的工具、動態(tài)幾何工具、電子表格與統(tǒng)計工具等工具。目前不少文章探討的是運用信息技術(shù)發(fā)展核心素養(yǎng)，但為了更好地聯(lián)系教學實踐，突出運用工具進行操作活動來感知、認識數(shù)學，本文希望將視角更好地聚焦到平日實際的教學和學生的活動上，并以此來引起大家對信息技術(shù)運用更廣泛和深入的思考。

一、從核心素養(yǎng)看技術(shù)工具運用的必然

既然“核心素養(yǎng)”是學生的必備品格與關(guān)鍵能力，那么技術(shù)工具的運用自然是當今人們的一個必然選擇與關(guān)鍵能力。隨著科技的進步與時代的發(fā)展，技術(shù)工具的使用變得越來越普遍，成為每個人的一種常態(tài)。事實上，各個國家和組織雖然在“核心素養(yǎng)”的理解表達上各有不同，但所體現(xiàn)的都是對人的發(fā)展的關(guān)注，且都強調(diào)核心素養(yǎng)具有層次性。例如，國際經(jīng)濟合作組織（OECD）所提出的核心素養(yǎng)中的一項就是能互動地運用工具，其中提到：不僅需要熟悉工具本身，也要理解它能如何改變一個人與世界互動的方式，如何利用工具去實現(xiàn)更多更大的目標，工具并不只是一個被動的媒介，也是個體與周圍環(huán)境對話所需要的主動設(shè)備。［1］

數(shù)學的學習和問題解決中也需要運用工具。PISA考試中就有一項要求學生使用電腦來作答，用以擴展測評能力的范圍，這反映出信息和計算機技術(shù)作為現(xiàn)代社會媒介的重要性。這些題目的作答要求熟悉計算機操作，同時還要有運用技術(shù)工具的素養(yǎng)和意識。此外，美國的“21世紀的技能”中有一項是信息、媒體和技術(shù)技能，英國的核心素養(yǎng)中也包括了信息與通訊技術(shù)素養(yǎng)，這表明國際上都普遍關(guān)注信息技術(shù)工具的運用。在這樣的背景下，技術(shù)工具的運用在許多國家的教學及評價中已日漸普及，并成為一種很自然的學習方式。這在幫助許多學生理解、掌握數(shù)學和克服對數(shù)學學習的心理恐懼等方面都發(fā)揮了很大的作用。同時，技術(shù)工具的運用讓更多的人體會到數(shù)學的魅力，能更好地進行數(shù)學的表達與交流，而不是機械地解題和死記套路與公式。

高中數(shù)學教學并不是為了少數(shù)的數(shù)學精英，而是面對所有的學生，技術(shù)工具的運用能滿足更多學生的更廣泛的需求，學生能從個人的角度，用不同的方式來理解、學習數(shù)學，并在動手操作中獲得更多的體驗，從而提高學習的積極性和主動性。

二、運用技術(shù)工具有利于落實數(shù)學核心素養(yǎng)

目前業(yè)內(nèi)所主張的數(shù)學核心素養(yǎng)包括數(shù)學抽象、邏輯推理、數(shù)學建模、直觀想象、數(shù)學運算和數(shù)據(jù)分析這幾個方面。技術(shù)工具能在提升不同認知基礎(chǔ)的學生的數(shù)學核心素養(yǎng)方面發(fā)揮獨特的作用。例如，在數(shù)學抽象素養(yǎng)的培養(yǎng)上，進行數(shù)學抽象需要為學生提供足夠多的素材，讓學生從各個不同的角度來全面準確地認識事物的本質(zhì)。目前國際數(shù)學教育中提倡的多元聯(lián)系，就是讓學生能從數(shù)值的、幾何的、代數(shù)的等不同的側(cè)面來認識問題，而技術(shù)工具能方便地實現(xiàn)多元聯(lián)系，讓學生將更多的精力放在高層次的思維發(fā)展上。

在數(shù)據(jù)分析素養(yǎng)的培養(yǎng)上，基于技術(shù)工具的數(shù)據(jù)分析能使學生通過真實的問題情境來學數(shù)學，進行真實的問題解決而不是簡單湊幾個數(shù)來解題。在現(xiàn)行的大多數(shù)中學數(shù)學教材中，數(shù)據(jù)分析的內(nèi)容多涉及固定的算法，學生更多的精力放在了一些知識技能的學習上，而現(xiàn)實生活中，學生所遇到的數(shù)學問題可能會復雜得多，也未必具有常規(guī)性。有了技術(shù)工具的深度介入，會使數(shù)學學習更有意義也更富創(chuàng)造力。

在直觀想象素養(yǎng)的培養(yǎng)上，技術(shù)工具的優(yōu)勢在于提供動態(tài)圖形、自動計算結(jié)果，學生據(jù)此“抱果索因”。更為積極的是，技術(shù)工具提供了創(chuàng)造性學習的途徑和空間，不同的學生可以通過工具來實現(xiàn)自己的想法，進行數(shù)學思考。至于數(shù)學運算，有些人覺得技術(shù)工具的介入會削弱學生的數(shù)學運算能力。事實上，有計劃有引導地運用工具會極大地提升學生的運算能力，讓許多學生從繁復的數(shù)值運算中解脫出來，“策略性地使用工具”會使學生有更多的精力來關(guān)心算理、優(yōu)化運算的方法。

由上述分析可以看到，在現(xiàn)階段技術(shù)工具不是“要不要用”的問題，而是“如何去用好”的問題。在這一點上，國外在課程目標的設(shè)定、教材內(nèi)容的處理、教師的技術(shù)素養(yǎng)和技能的發(fā)展等方面的一些做法值得研究借鑒。

三、技術(shù)工具運用的一些經(jīng)驗

許多新的學習方式是伴隨著技術(shù)工具的介入和學習環(huán)境的變化而產(chǎn)生的，是與學習理念和課程的要求聯(lián)系在一起的。從人的發(fā)展出發(fā)，國外的課程標準對技術(shù)運用有要求，美國在2000年全美數(shù)學教師協(xié)會（NCTM）的數(shù)學課程標準就提出了技術(shù)性原則，美國《州共同核心數(shù)學標準》強調(diào)“策略性地使用工具”。美國各個州在計算器等工具的運用上結(jié)合具體的年段與考試類型作了明確的規(guī)定，這有利于幫助和規(guī)范學生對技術(shù)工具的運用。我注意到eudcation.ti. com上所提供的每個數(shù)學活動案例都有相關(guān)的課程標準要求的鏈接，讓使用者可以有的放矢地去思考運用技術(shù)工具的價值和意義，從而使教師在開發(fā)設(shè)計活動方案時能把握好方向。

國外的教材一般也帶有多樣性、選擇性，在同一個課程標準下會有多種不同版本的教材，這樣的做法能關(guān)注個體的差異、適合不同學習者的需求，有些教材會強調(diào)技術(shù)工具的運用。例如美國的學校數(shù)學方案 （UCSMP）中的教材Functions，Statistics，and Trigonometry在前言中就對技術(shù)工具的運用做了說明和要求；在例題、探究活動中有技術(shù)工具運用的安排；在部分例題的解法上，除了用傳統(tǒng)的方法解題以外，還用技術(shù)工具來解題；教材許多地方附有技術(shù)工具運用的提示和運用意圖的說明，一部分習題還專門做了標記，表示這些題若用技術(shù)工具則有利于思考，等等。教材有機地融入了技術(shù)工具使用的要求與學法指導，這對于學生的思維和學習方式會形成一定的影響，有利于學生對數(shù)學知識的建構(gòu)和理解，也有利于學生的問題解決。

此外，在學業(yè)考試中，許多國家對不同的考試有不同的技術(shù)工具運用的要求。例如澳大利亞維多利亞州的考試有些只能用筆，而有些可以用帶有計算機代數(shù)系統(tǒng)（CAS）的計算器、計算機。這些工具在考試前不需要清除內(nèi)存，具體細則可登入Victorian Curriculum and Assessment Authority的網(wǎng)站（vcaa.vic.edu.au），在上面查找以往的試卷和工具使用的要求，閱讀之后會讓人感覺到工具的介入帶給試題形式、試題內(nèi)容的變化，以及對學生數(shù)學素養(yǎng)發(fā)展帶來的影響。

我國現(xiàn)在也越來越重視和強調(diào)信息技術(shù)的運用，但在具體的操作層面還缺乏規(guī)劃指導和落實，在學習內(nèi)容及考試上還缺乏選擇性，在教材的呈現(xiàn)上缺少一些能反映技術(shù)工具運用特點的內(nèi)容以滿足不同的需求。在教師的專業(yè)發(fā)展上需要有更多能適應實際教學的針對性培訓，需要在不同的層面上拓展技術(shù)工具運用的范圍，這些我們可以汲取國外的一些成功的經(jīng)驗，結(jié)合我們的實際來進行一些有效的變革，更好地帶動學法的改變和對人的培養(yǎng)的重視，真正落實數(shù)學核心素養(yǎng)。

四、技術(shù)工具運用的教學案例

技術(shù)工具的運用有一個從熟悉、理解到整合課程內(nèi)容的過程，熟悉工具是第一步，也是用好工具的基礎(chǔ)，從核心素養(yǎng)出發(fā)深入理解認識工具在學習中的作用與價值，了解學生各自不同的需求，有序地安排工具的逐步介入，從人的需求出發(fā)合理地使用工具，最后要根據(jù)學生和所學內(nèi)容的特點進行設(shè)計運用才能真正地促進學生的發(fā)展。基于技術(shù)工具的數(shù)學實驗是一種新的數(shù)學學習途徑，它可以增加數(shù)學學習樂趣，也是解決更具有實際價值的挑戰(zhàn)性問題的重要途徑。我們看一個例子。

例：在函數(shù) y=xn（n∈N*）的學習過程中，運用技術(shù)工具學生能獲得不一樣的體驗和收獲。

圖1

圖2

圖3

圖4

學生可先作函數(shù)y=x2的圖象，在函數(shù)圖象上任取點并測得其坐標，然后利用導數(shù)的幾何意義作出該點的切線并測得其斜率（圖1），反復上面的步驟，在電子表格中記錄數(shù)據(jù)，讓學生猜想y=x2的導數(shù)應該是怎樣的，當然也可以通過作散點圖來進行直觀觀察（圖2）；接下來可將y=x2改成y=x3（圖3，圖4）重復前面的過程……，學生可以切實地認識y=xn（n∈N*）的導數(shù)，在歸納猜想中提升學生的核心素養(yǎng)，學生經(jīng)歷了一個數(shù)學化的過程，在實踐操作中理解認識了概念。學生還可以進行拓展將指數(shù)推廣為負數(shù)、分數(shù)，并能用代數(shù)系統(tǒng)來確認結(jié)果的正確與否，這里學生獲得的不僅僅是知識，同時收獲了思考解決問題的方法。

這樣的例子可以有許多，例如用若干個函數(shù)圖象來作一個圖形，可以讓學生更好地認識函數(shù)的性質(zhì)（定義域、值域?qū)ΨQ性等），有利于發(fā)揮學生的創(chuàng)造力和想象力，而這個活動沒有技術(shù)工具是不能實現(xiàn)的；又如許多解析幾何的內(nèi)容非常抽象，有了技術(shù)工具可以方便學生類比、推廣、思辨，降低了教學的難度。技術(shù)工具可以幫助我們進行多樣化的教學，使許多學生都能真實地參與數(shù)學活動，切實地提升數(shù)學核心素養(yǎng)。

技術(shù)工具為多元化的學習提供了可能，學生可以通過動手、動腦進行操作活動。在此期間教師的設(shè)計引導至關(guān)重要，要站在“核心素養(yǎng)”的高度充分為學生的發(fā)展思考著想，使用技術(shù)工具進行數(shù)學實驗，讓學生從中獲得活動經(jīng)驗，理解并掌握數(shù)學。我們可以向國外的教學學習，將數(shù)學問題融入學生的操作活動中，讓學生進行探究、轉(zhuǎn)化、歸納、驗證，在問題的引導下使學生的數(shù)學學習更具有數(shù)學的特質(zhì)，借力技術(shù)工具發(fā)展學生的數(shù)學核心素養(yǎng)，用技術(shù)工具促進學習方式的優(yōu)化，讓學生學習更好的數(shù)學。

［1］OECD.The Definition and Selection of Key Competencies:Executive Summary［EB/OL］.http:// www.oecd.org/pisa/35070367.pdf，2005-05-27.

G633.6

A

1005-6009（2017）27-0015-03

桂思銘，上海市曹楊第二中學（上海，200062）教師，上海市特級教師，華東師范大學基礎(chǔ)教育特聘教授。