新課標高中數學教學中培育學生科學精神的實踐研究

王延固

數學是研究數量關系和空間形式的一門科學。數學源于對現實世界的抽象，基于抽象結構，通過符號運算、形式推理、模型構建等，理解和表達現實世界中事物的本質、關系和規律。數學在形成人的理性思維、科學精神和促進個人智力發展的過程中發揮著不可替代的作用。《普通高中數學課程標準（2017年版2020年修訂）》在“基本理念”中指出：“高中數學課程以學生發展為本，落實立德樹人根本任務，培育科學精神和創新意識，提升數學學科核心素養。”同時，在“課程目標”中要求：“通過高中數學課程的學習，學生能提高學習數學的興趣，增強學好數學的自信心，養成良好的數學學習習慣，發展自主學習的能力；樹立敢于質疑、善于思考、嚴謹求實的科學精神。”可見，新課標高度重視培育學生的科學精神。在此，筆者就新課標高中數學教學中培育學生科學精神作了一定的實踐研究。

一、突出發展數學核心素養，培育學生的科學精神。

《普通高中數學課程標準（2017年版2020年修訂）》要求：“應突出發展學生數學學科核心素養的目標要求，幫助學生在獲得必要的基礎知識和基本技能、感悟數學基本思想、不斷積累數學基本活動經驗的過程中，逐步提高發現和提出問題的能力、分析和解決問題的能力，發展數學實踐能力及創新意識，樹立科學精神，促進學生學會學習。”（1）認識數學模型在科學、社會、工程技術諸多領域的作用，提升實踐能力，增強創新意識和科學精神。例如，在《數列》這一章知識的學習過程中，在學習完等差和等比數列的基礎知識后，教師要引導學生從不同的角度去認知數列，熟練地掌握通項公式，并運用該公式進行相關數學題目的運算。在此基礎上，學生要有意識地構建起數學模型。在數學實踐教學過程中，教師要有意識地鍛煉學生的建模思維，使其在不斷的發展中得到拓展，不僅學習到扎實的數學基礎知識內容，而且能夠真正地處理現實中的問題，有助于培育學生的科學精神。（2）通過運算促進數學思維發展，形成規范化思考問題的品質，養成一絲不茍、嚴謹求實的科學精神。以《平面向量的運算》一節教學為例，教師在布置相關習題時，要充分結合到三角形法則與平面四邊形法則，讓學生可以熟練運用這兩種解題方法來解決向量中的問題，多方提高學生的運算能力。在實際問題的解答中，每個學生都有自己獨特的解題方法，只要自己能夠通過自己的方式算出正確答案就是好的方法。不管是哪種運算方法都能提高學生對這種方法運用的熟練程度，使其從多角度出發促進思維能力的發展，綜合提高數學運算能力，從而通過運算促進學生科學精神的培育。

二、教學內容融入數學文化，培育學生的科學精神。

《普通高中數學課程標準（2017年版2020年修訂）》要求：“數學文化應融入數學教學活動。在教學活動中，教師應有意識地結合相應的教學內容，將數學文化滲透在日常教學中，引導學生了解數學的發展歷程，認識數學在科學技術、社會發展中的作用，感悟數學的價值，提升學生的科學精神。”“應當把數學文化融入到學習內容中，可以適當地介紹數學和科學研究的成果，開拓學生的數學視野，激發學生的學習興趣與好奇心，培養學生的科學精神。”比如，一教師在介紹歐拉公式時，給學生講講歐拉的事跡：18世紀數學界的靈魂人物歐拉（Leonhard Euler ，1707～1783），他在年近花甲時雙目失明。不久，除了其本人和一些手稿幸免于難外，他的住所和財產全都在一場大火后蕩然無存。盡管遭受一系列的不幸和沉重打擊，歐拉的科學活動絲毫沒有減少，歐拉用其罕見的記憶力和心算能力進行高等數學運算。歐拉在完全失明前，在還能朦朧地看到一些東西的最后時刻，還在一塊大黑板上寫下他發現的公式，然后口述其內容。在失明后的17年里，歐拉還解決了許多數學問題，他的論文多而且長，以致在他去世之后的10年內，他的論文仍在科學院的院刊上持續發表。19世紀偉大數學家高斯（Gauss，1777～1855）曾說：“研究歐拉的著作永遠是了解數學的最好方法”。在教學中把數學家的這種精神植入學生的思想中，可以端正學生的學習態度，養成良好的學習習慣和勇于探索、不怕困難的精神。

三、引導學生理性思考問題，培育學生的科學精神。

理性思考實質上是帶有明確性特點的一種思考方向，是學生按照一定的思維依據，細致觀察事物，在對問題加以分析后，展現的一種抽象概括思維。理性思考是人類探索客觀事物本質和規律的有效武器，理性思考并不停留于對事物外部和表面之間關系的認識，而是遵循特定的理論，以高度的洞察力和抽象力分析矛盾，最終形成正確的理性認識。數學作為一門邏輯性強、抽象化的學科，在一些數學概念界定、法則使用及結論檢測過程中均有嚴格的規定與要求，若不遵守規定、有意忽略等，很難取得良好的做題效果。故而，在高中數學教學中，教師要培養學生解題過程中要有理有據，認真遵循運算法則與定理等。比如，在《圓錐曲線的方程》這一章的《雙曲線》一節教學中，教師給出一道例題“已知C、D兩哨所間距為1400m，C比D早3s聽到炮彈爆炸聲，聲速是340m/s，試問炮彈爆炸點在怎樣的曲線上？”不難發現，這道例題是依照雙曲線定義改編而成的。若學生只依照數學方法求算出本題的答案，能夠做出如下結論：炮彈爆炸點應在雙曲線上。但是通過聯系現實情況可以發現，爆炸點只能在雙曲線的一側支上，且是臨近C點的一支上。這就要求學生在解題過程不能只是死套教科書上的理論知識，應結合題目內容進行分析探究，善于利用批判的眼光去檢查自己解出的答案。課堂教學中教師要重點強調這種客觀規律、規則做實的精神，逐漸協助學生養成理性的思辨能力，從而培育學生的科學精神。

總之，高中階段學生科學精神的培育是一個長期的過程，無法一蹴而就，也不能急功近利，否則必然會適得其反。在新課標高中數學教學中，教師要立足學生層面，從教育實際和學生情況出發，構建有效的科學精神培育方案，進而循序漸進地推動學生科學精神的形成。