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兩版高中數(shù)學(xué)教材中“問題提出”的比較研究

2023-05-30 10:48:04胡典順朱展霖
關(guān)鍵詞:高中數(shù)學(xué)

胡典順 朱展霖

摘要:在編碼統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上,從分冊(cè)分布、板塊分布、類型分布、情境分布、主題分布、素養(yǎng)分布等六個(gè)維度進(jìn)行分析,對(duì)新舊人教A版高中數(shù)學(xué)教材必修分冊(cè)中的“問題提出”內(nèi)容(引導(dǎo)學(xué)生提出問題的任務(wù)——主要包括問題情境和引導(dǎo)語(yǔ))進(jìn)行比較研究。由此,對(duì)教材編寫提出一些建議:豐富“問題提出”內(nèi)容設(shè)計(jì)的角度,激發(fā)學(xué)生思維動(dòng)力;優(yōu)化“問題提出”內(nèi)容設(shè)計(jì)的梯度,提升課堂互動(dòng)質(zhì)量;挖掘“問題提出”內(nèi)容設(shè)計(jì)的深度,鼓勵(lì)批判創(chuàng)新精神。

關(guān)鍵詞:高中數(shù)學(xué);問題提出;教材比較

一、 研究緣起

愛因斯坦認(rèn)為,提出一個(gè)問題往往比解決一個(gè)問題更重要,因?yàn)榻鉀Q問題也許只需要數(shù)學(xué)上或?qū)嶒?yàn)上的技能,而提出新的問題卻需要?jiǎng)?chuàng)造性的想象力,并且標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步。[1]在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)、研究過程中,學(xué)生提出問題,不僅有助于深入理解所學(xué)知識(shí)并挖掘知識(shí)背后蘊(yùn)含的本質(zhì),從而提高核心素養(yǎng),還能從中捕捉到并創(chuàng)造出新知識(shí)產(chǎn)生的源泉。[2]

“問題提出”是指基于一定的問題情境,通過某種意義上的重構(gòu)來提出問題的過程,這一過程貫穿于“問題解決”中。[3]近年來,“問題提出”受到各國(guó)數(shù)學(xué)教育研究者的重視。在國(guó)內(nèi),除了義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)不斷強(qiáng)調(diào)包括發(fā)現(xiàn)問題和提出問題在內(nèi)的“四能”目標(biāo)之外,不少研究者從情境視角、現(xiàn)狀調(diào)查、能力評(píng)價(jià)、教材比較、培養(yǎng)策略等方面對(duì)“問題提出”進(jìn)行了研究[4]。其中,教材比較為“問題提出”提供了靜態(tài)的研究視角,有利于深入挖掘各個(gè)版本教材中“問題提出”內(nèi)容(引導(dǎo)學(xué)生提出問題的任務(wù)——主要包括問題情境和引導(dǎo)語(yǔ))蘊(yùn)含的價(jià)值,以及為教材的編寫提供改進(jìn)建議。在國(guó)內(nèi)教材的比較研究方面,宋運(yùn)明等對(duì)四版小學(xué)數(shù)學(xué)教材中的“問題提出”提示語(yǔ)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析[5];胡典順等對(duì)兩版小學(xué)數(shù)學(xué)教材中的“問題提出”內(nèi)容進(jìn)行了比較[6]。在與國(guó)外教材有關(guān)的比較研究方面,胡典順等對(duì)中美三版小學(xué)數(shù)學(xué)教材中的“問題提出”內(nèi)容進(jìn)行了對(duì)比[7];嚴(yán)卿等對(duì)中日兩版初中數(shù)學(xué)教材中“問題提出”內(nèi)容進(jìn)行了比較[8]。但總體而言,國(guó)內(nèi)關(guān)于“問題提出”尤其是數(shù)學(xué)教材方面的研究并不多,且沒有對(duì)高中數(shù)學(xué)教材的研究。

本文對(duì)依據(jù)《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》編寫的和依據(jù)《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”)編寫的人教A版高中數(shù)學(xué)教材(分別出版于2007年和2019年,以下分別簡(jiǎn)稱“舊教材”和“新教材”)必修分冊(cè)中的“問題提出”內(nèi)容進(jìn)行比較研究,以期為教材編寫(乃至課程改革)提供一些建議。

二、 研究過程與結(jié)果

在研究的過程中,我們閱讀教材并記錄有關(guān)“問題提出”的內(nèi)容,進(jìn)行編碼統(tǒng)計(jì),進(jìn)而從分冊(cè)分布、板塊分布、類型分布、情境分布、主題分布、素養(yǎng)分布等六個(gè)維度進(jìn)行分析。

由于兩版教材在編排結(jié)構(gòu)、板塊(欄目)設(shè)計(jì)上存在一些差別,因此,我們?cè)谘凶x時(shí),基于兩版教材的共同特點(diǎn),分板塊(欄目)對(duì)教材中的“問題提出”內(nèi)容進(jìn)行編碼統(tǒng)計(jì)。(1) 對(duì)于例題、練習(xí)等板塊中的“問題提出”,若沒有小題設(shè)置,則按照題號(hào)編碼統(tǒng)計(jì);若有小題設(shè)置,則按照小題號(hào)編碼統(tǒng)計(jì)。(2) 對(duì)于思考類欄目(包括穿插于正文中的“思考”“觀察”“探究”等欄目)中的“問題提出”,若設(shè)置了題號(hào),則按照題號(hào)編碼統(tǒng)計(jì);若沒有設(shè)置題號(hào),則按照整個(gè)欄目編碼統(tǒng)計(jì)。(3) 對(duì)于章前語(yǔ)、正文、標(biāo)注、小結(jié)、復(fù)習(xí)鞏固等板塊和拓展類欄目中的“問題提出”,若設(shè)置了明顯的題號(hào),則按照題號(hào)編碼統(tǒng)計(jì);若沒有設(shè)置題號(hào),則根據(jù)語(yǔ)句或段落,綜合實(shí)際語(yǔ)境編碼統(tǒng)計(jì)。

(一) “問題提出”的分冊(cè)分布

舊教材包括5個(gè)必修分冊(cè),新教材包括2個(gè)必修分冊(cè)。兩版教材各必修分冊(cè)中“問題提出”內(nèi)容及“問題解決”內(nèi)容的數(shù)量如表1所示。

從兩版教材中“問題提出”內(nèi)容的分冊(cè)分布情況來看,新教材中“問題提出”內(nèi)容的總數(shù)比舊教材有顯著增加(z=2.43,p<0.05);“問題提出”內(nèi)容在“問題解決”內(nèi)容中的占比也有所增加,但仍然處于較低水平(均低于1.9%)。

(二) “問題提出”的板塊分布

教材中不同板塊(欄目)的內(nèi)容,對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)有著不一樣的作用(價(jià)值),并且能從多個(gè)角度幫助學(xué)生深入理解和挖掘知識(shí)間的聯(lián)系。結(jié)合兩版教材的編排結(jié)構(gòu),將兩版教材中的板塊(欄目)分為課程引入、課程設(shè)計(jì)和課后鞏固三大類。其中,課程引入對(duì)應(yīng)章前語(yǔ);課程設(shè)計(jì)包括正文與例題、標(biāo)注、思考類欄目;課后鞏固包括練習(xí)、拓展類欄目、小結(jié)、復(fù)習(xí)鞏固。兩版教材中“問題提出”內(nèi)容的板塊分布如圖1所示。

兩版教材中“問題提出”內(nèi)容的板塊分布整體上沒有顯著差異(Fisher檢驗(yàn),p=0.23>0.05),均集中在思考類欄目、練習(xí)、拓展類欄目中,而較少在章前語(yǔ)、正文與例題、標(biāo)注等中。在思考類欄目、練習(xí)、拓展類欄目中,新教材中“問題提出”內(nèi)容的數(shù)量比舊教材中有所增加,但比例上沒有顯著變化(z=1.85,p>0.05;z=1.01,p>0.05;z=0.81,p>0.05)。在章前語(yǔ)、正文與例題、小結(jié)中,兩版教材中“問題提出”內(nèi)容的數(shù)量相同,比例也沒有顯著變化(z=0.37,p>0.05;z=0.37,p>0.05;z=0.66,p>0.05)。此外,新教材在復(fù)習(xí)鞏固中增設(shè)了4個(gè)“問題提出”內(nèi)容,而刪除了標(biāo)注中的1個(gè)“問題提出”內(nèi)容,但比例上沒有顯著變化(z=1.31,p>0.05;z=1.59,p>0.05)。

(三) “問題提出”的類型分布

“問題提出”內(nèi)容(引導(dǎo)學(xué)生提出問題的任務(wù))可以分為以下五類。一是數(shù)學(xué)猜想型:通過設(shè)置情境,啟發(fā)學(xué)生提出數(shù)學(xué)猜想或發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)規(guī)律。例如,新教材必修第一冊(cè)第230頁(yè)的“觀察分析等式sin2 30°+cos2 60°+sin 30°cos 60°=34,sin 220°+cos2 50°+sin 20°cos 50°=34,sin2 15°+cos2 45°+sin 15°cos 45°=34的共同特點(diǎn),寫出能反映一般規(guī)律的等式,并對(duì)等式的正確性作出證明”。

二是運(yùn)算給定型:通過設(shè)置數(shù)學(xué)式子、函數(shù)或變量關(guān)系等,要求學(xué)生設(shè)計(jì)相應(yīng)的問題情境。例如,新教材必修第一冊(cè)第63頁(yè)的“試構(gòu)建一個(gè)問題情境,使其中的變量關(guān)系可以用解析式y(tǒng)=x(10-x)來描述”。

三是補(bǔ)充型:通過設(shè)置沒有完整條件或問題的情境背景,要求學(xué)生將條件或問題補(bǔ)充完整。例如,舊教材必修1第23頁(yè)的“下頁(yè)圖2中哪幾個(gè)圖像與下述三件事分別吻合得最好?請(qǐng)你為剩下的那個(gè)圖像寫出一件事。(1) 我離開家不久,發(fā)現(xiàn)自己把作業(yè)本忘在家里了,于是返回家里找到了作業(yè)本再上學(xué);(2) 我騎著車一路勻速行駛,只是在途中遇到一次交通堵塞,耽擱了一些時(shí)間;(3) 我出發(fā)后,心情輕松,緩緩行進(jìn),后來為了趕時(shí)間開始加速”。

四是追問型:介紹相關(guān)知識(shí)背景或解決相關(guān)問題之后,要求學(xué)生構(gòu)建新的情境,提出新的問題并解決。例如,舊教材必修3第93頁(yè)的“你能試著對(duì)自己身邊的某個(gè)問題,確定兩個(gè)變量,通過收集數(shù)據(jù),計(jì)算相關(guān)系數(shù),然后分析一下能否用線性回歸模型來擬合它們之間的關(guān)系嗎”。

五是數(shù)學(xué)活動(dòng)型:讓學(xué)生通過搜集資料、與同學(xué)交流等活動(dòng)進(jìn)行探究學(xué)習(xí),從而將所學(xué)知識(shí)與自己的想法聯(lián)系起來并提出問題。例如,新教材必修第二冊(cè)第189頁(yè)的“你可能想了解全校同學(xué)生活、學(xué)習(xí)中的一些情況,例

如,全校同學(xué)比較喜歡哪門課程,每月的零花錢平均是多少,喜歡看《新聞聯(lián)播》的同學(xué)的比例是多少,每天大約什么時(shí)間起床,每天睡眠的平均時(shí)間是多少,等等。選一些自己關(guān)心的問題,設(shè)計(jì)一份調(diào)查問卷,利用簡(jiǎn)單隨機(jī)抽樣方法調(diào)查你們學(xué)校同學(xué)的情況,并解釋你所得到的結(jié)論”。

兩版教材中“問題提出”內(nèi)容的類型分布情況如圖3所示。

兩版教材中“問題提出”內(nèi)容的類型分布整體上沒有顯著差異(Fisher檢驗(yàn),p=0.124>0.05),都主要是數(shù)學(xué)猜想型,其次是數(shù)學(xué)活動(dòng)型,較少是運(yùn)算給定型、補(bǔ)充型和追問型。新教材中數(shù)學(xué)猜想型、補(bǔ)充型、數(shù)學(xué)活動(dòng)型“問題提出”內(nèi)容的數(shù)量比舊教材均有所增加,但比例上沒有顯著變化(z=0.83,p>0.05;z=0.12,p>0.05;z=0.7,p>0.05);追問型“問題提出”內(nèi)容的數(shù)量有所減少,但比例上沒有顯著變化(z=1.94,p>0.05)。此外,新教材增設(shè)了運(yùn)算給定型的“問題提出”內(nèi)容。

(四) “問題提出”的情境分布

新課標(biāo)將教學(xué)與評(píng)價(jià)的情境劃分為現(xiàn)實(shí)情境、數(shù)學(xué)情境、科學(xué)情境等三類。兩版教材中“問題提出”內(nèi)容的情境分布如下頁(yè)表2所示。

兩版教材中“問題提出”內(nèi)容的情境分布趨勢(shì)上沒有顯著差異[χ2(1,80)=3.484,p=0.062>0.05],均主要基于數(shù)學(xué)情境,其次基于現(xiàn)實(shí)情境,而沒有基于科學(xué)情境的。新教材中基于數(shù)學(xué)情境的“問題提出”內(nèi)容的數(shù)量比舊教材增加了幾乎兩倍,且比例上有極其顯著的變化(z=9.87,p<0.01);基于現(xiàn)實(shí)情境的“問題提出”內(nèi)容的數(shù)量減少了2個(gè),但比例上沒有顯著變化(z=0.8,p>005)。

(五) “問題提出”的主題分布

新課標(biāo)將課程劃分為預(yù)備知識(shí)、函數(shù)、幾何與代數(shù)、概率與統(tǒng)計(jì)、數(shù)學(xué)建模活動(dòng)與數(shù)學(xué)探究活動(dòng)等五個(gè)主題。其中,數(shù)學(xué)建模活動(dòng)與數(shù)學(xué)探究活動(dòng)貫穿于其他四個(gè)主題中。兩版教材中“問題提出”內(nèi)容的主題分布如圖4所示。

兩版教材中的“問題提出”內(nèi)容均集中分布在函數(shù)主題中,相對(duì)較少地分布在其他主題中,但整體上有顯著變化(Fisher檢驗(yàn),p=0.015<0.05)。新教材中預(yù)備知識(shí)主題下“問題提出”內(nèi)容的數(shù)量比舊教材有所增加,

但比例上沒有顯著變化(z=1.80,p>0.05);函數(shù)主題下“問題提出”內(nèi)容的數(shù)量有顯著增加,但比例上有顯著下降(z=1.97,p<005);幾何與代數(shù)主題下“問題提出”內(nèi)容的數(shù)量與比例都有非常顯著的增加(z=2.26,p<0.01);概率與統(tǒng)計(jì)主題下“問題提出”內(nèi)容的數(shù)量與比例均有所下降,但沒有顯著變化(z=1.33,p>0.05)。

(六) “問題提出”的素養(yǎng)分布

新課標(biāo)將數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)分為數(shù)學(xué)抽象、邏輯推理、數(shù)學(xué)建模、直觀想象、數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)分析等六個(gè)維度。不同的“問題提出”內(nèi)容重點(diǎn)融入(主要培養(yǎng)或考查)的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)不同。兩版教材中“問題提出”內(nèi)容的素養(yǎng)分布如下頁(yè)圖5所示。

兩版教材中“問題提出”內(nèi)容的素養(yǎng)分布整體上沒有顯著差異(Fisher檢驗(yàn),p=0.416>0.05),均與數(shù)學(xué)抽象素養(yǎng)、邏輯推理素養(yǎng)高度相關(guān),與數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)、數(shù)據(jù)分析素養(yǎng)的相關(guān)程度較低。這在一定程度上體現(xiàn)出數(shù)學(xué)抽象能力與邏輯推理能力在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中重要的奠基作用。具體而言,新教材中與數(shù)學(xué)抽象素養(yǎng)、邏輯推理素養(yǎng)有關(guān)的“問題提出”內(nèi)容的數(shù)量比舊教材有顯著增加(z=2.263,p<0.05;z=2.2792,p<0.05);與數(shù)學(xué)建模素養(yǎng)、數(shù)據(jù)分析素養(yǎng)相關(guān)的“問題提出”內(nèi)容的數(shù)量有所增加,但比例上沒有顯著變化(z=1.55,p>0.05;z=0.52,p>0.05);與直觀想象素養(yǎng)有關(guān)的“問題提出”內(nèi)容的數(shù)量沒有變化(z=2.31,p<0.05);與數(shù)學(xué)運(yùn)算素養(yǎng)有關(guān)的“問題提出”內(nèi)容的比例沒有顯著變化(z=0.65,p>0.05)。

三、 研究啟示:對(duì)教材編寫的幾點(diǎn)建議

(一) 豐富“問題提出”內(nèi)容設(shè)計(jì)的角度,激發(fā)學(xué)生思維動(dòng)力

教材中“問題提出”內(nèi)容設(shè)計(jì)的豐富,對(duì)學(xué)生思維的發(fā)展有重要的引導(dǎo)和啟發(fā)作用。第一,要豐富設(shè)計(jì)的類型。不同類型的“問題提出”內(nèi)容對(duì)學(xué)生提出問題的角度和思考的方式有著不一樣的引導(dǎo)作用。例如,運(yùn)算給定型“問題提出”內(nèi)容能引導(dǎo)學(xué)生賦予自身熟悉的意義,從而豐富對(duì)數(shù)學(xué)式子的理解;補(bǔ)充型和追問型“問題提出”內(nèi)容能引導(dǎo)學(xué)生通過提問,對(duì)某一個(gè)具體的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入的加工和思考。第二,要豐富設(shè)置的板塊。將“問題提出”內(nèi)容設(shè)置于不同板塊,對(duì)教學(xué)過程中教師的預(yù)設(shè)和學(xué)生的生成有著重要的導(dǎo)向作用。例如,在章節(jié)末尾設(shè)置構(gòu)建思維導(dǎo)圖梳理知識(shí)從而提出問題的任務(wù),有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的充分反思和深入總結(jié)。第三,要豐富設(shè)置的情境。情境對(duì)“問題提出”有著重要的啟發(fā)意義。教材中基于科學(xué)情境的“問題提出”內(nèi)容較少。數(shù)學(xué)是科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ),科學(xué)的進(jìn)步與國(guó)家的興盛緊密相連。從科學(xué)情境出發(fā),有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的積極性,幫助他們?cè)诳茖W(xué)情境的探究中樹立愛國(guó)情懷和遠(yuǎn)大理想。此外,兩版教材中幾何領(lǐng)域的“問題提出”內(nèi)容都較少,而幾何是中學(xué)階段培養(yǎng)直觀想象、數(shù)學(xué)抽象、邏輯推理等思維能力的重要內(nèi)容,因此教材可考慮在幾何方面加強(qiáng)設(shè)計(jì)。只有從多元化的角度去設(shè)計(jì)“問題提出”內(nèi)容,才能充分激發(fā)學(xué)生的思維動(dòng)力。

(二) 優(yōu)化“問題提出”內(nèi)容設(shè)計(jì)的梯度,提升課堂互動(dòng)質(zhì)量

教材中“問題提出”內(nèi)容的設(shè)計(jì)還需要“腳手架”:適當(dāng)?shù)奶荻仍O(shè)計(jì)能夠幫助學(xué)生有效梳理知識(shí)并建構(gòu)思維框架,降低學(xué)生提出優(yōu)質(zhì)問題的難度,從而引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)思考和提出問題的過程和方法。一方面,要優(yōu)化語(yǔ)言設(shè)計(jì)的精確性。教材中的語(yǔ)言對(duì)學(xué)生思維和課堂教學(xué)的開展有著重要的指導(dǎo)作用,而準(zhǔn)確的語(yǔ)言設(shè)計(jì)也是教學(xué)目標(biāo)和課堂價(jià)值得以實(shí)現(xiàn)的重要保證,不同的提問方式對(duì)學(xué)生思考的積極性和思考的方向、深度的影響有著顯著的差異。因此,“問題提出”內(nèi)容的語(yǔ)言設(shè)計(jì)要盡可能精簡(jiǎn)、準(zhǔn)確、連貫、自然、生動(dòng),保證能有效引導(dǎo)學(xué)生提出符合教學(xué)目標(biāo)且有價(jià)值的問題。另一方面,還要注重培養(yǎng)學(xué)生舉一反三,多角度把握數(shù)學(xué)本質(zhì)的能力。因此,“問題提出”內(nèi)容可以增加一些引導(dǎo)學(xué)生改變題目中的已有條件,對(duì)比改變前后的解題方法、結(jié)論等,從而在對(duì)比中把握本質(zhì)的類型。例如,對(duì)上文所舉的運(yùn)算給定型“問題提出”例子,可以引導(dǎo)學(xué)生改變函數(shù)解析式中的常數(shù)或者運(yùn)算符號(hào),通過對(duì)比改變前后的結(jié)果和解答過程,深入感受這類解析式的本質(zhì)特點(diǎn)和在實(shí)際情境中的意義。

(三) 挖掘“問題提出”內(nèi)容設(shè)計(jì)的深度,鼓勵(lì)批判創(chuàng)新精神

培養(yǎng)學(xué)生提出問題的能力是數(shù)學(xué)教學(xué)的重要目標(biāo)之一,而更長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義在于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)將該能力遷移到其他學(xué)科以及社會(huì)生活的獨(dú)立思考和批判性思維中。因此,數(shù)學(xué)教材中“問題提出”內(nèi)容的設(shè)計(jì)應(yīng)該有更高的立足點(diǎn),在凸顯數(shù)學(xué)教學(xué)目標(biāo)的同時(shí),深刻體現(xiàn)育人價(jià)值。一方面,要注重?cái)?shù)學(xué)思想方法的挖掘。如果把數(shù)學(xué)知識(shí)比作建筑的磚瓦和基石,那么數(shù)學(xué)思想方法則是建筑設(shè)計(jì)的靈魂體現(xiàn)。在數(shù)學(xué)教學(xué)中,要注重?cái)?shù)學(xué)思想方法對(duì)學(xué)生思維發(fā)展深度的深遠(yuǎn)影響。不少學(xué)生在未來的學(xué)習(xí)甚至工作中用不到太多和數(shù)學(xué)相關(guān)的知識(shí),但是,解決數(shù)學(xué)問題的思考方式和具體方法能夠在學(xué)習(xí)及生活中遷移和轉(zhuǎn)化。例如,可以設(shè)計(jì)專題探究環(huán)節(jié),引導(dǎo)學(xué)生對(duì)涉及同一種重要數(shù)學(xué)思想方法的題型進(jìn)行總結(jié)歸納,并自己設(shè)計(jì)和提出問題。另一方面,應(yīng)注重文化融合的多樣性。不同領(lǐng)域的

文化是相互聯(lián)系、相輔相成的。而只有將社會(huì)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)、藝術(shù)等不同領(lǐng)域的文化與數(shù)學(xué)相融合,才能很好地提升學(xué)生的思考深度,從而培養(yǎng)他們用數(shù)學(xué)的眼光看待世界的能力。

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