中圖分類號(hào):G633.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-8284(2025)08-0031-06
一、問題的提出
《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》首次提出義務(wù)教育階段要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng),而數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)與高階思維密切相關(guān).核心素養(yǎng)是個(gè)體在長期的學(xué)習(xí)過程中逐漸形成的關(guān)鍵能力和品格特質(zhì),它不僅包括知識(shí)技能,更強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科理解和應(yīng)用能力、創(chuàng)新思維、批判性思考,以及解決問題的能力.有研究者指出,初中數(shù)學(xué)高階思維是指學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)中為完成教師所提出的學(xué)習(xí)要求所表現(xiàn)出來的高水平心智活動(dòng),突出表現(xiàn)為策略型思維、批判型思維、創(chuàng)新型思維.其中,策略型思維具有抽象性、多樣性、擇優(yōu)性和遷移性的特點(diǎn),批判型思維具有質(zhì)疑性、解構(gòu)性、辯證性和建構(gòu)性的特點(diǎn),創(chuàng)新型思維具有拓展性、發(fā)散性和創(chuàng)造性的特點(diǎn).
數(shù)學(xué)高階思維的培養(yǎng)是一個(gè)社會(huì)性建構(gòu)的過程,需要通過互動(dòng),激發(fā)多元主體之間的相互啟發(fā)和批判性接納不同觀點(diǎn)的能力.20世紀(jì)90年代,美國伊利諾伊大學(xué)兒童閱讀研究中心提出的合作推理式學(xué)習(xí),目前被廣泛應(yīng)用在美國的小學(xué)課堂上.這一學(xué)習(xí)方式在提高兒童的語言表達(dá)、批判型思維、因果推理、決策能力、知識(shí)遷移等方面具有顯著效果.合作推理為大家提供了批判性地評價(jià)對方和展現(xiàn)自己的想法或觀點(diǎn)的機(jī)會(huì).合作推理不是簡單的合作,而是體現(xiàn)了思維的社會(huì)建構(gòu)性特征.在合作推理式學(xué)習(xí)中,學(xué)生始終圍繞整體目標(biāo),在超越自己真實(shí)認(rèn)知水平的情境中,在自己已有經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知基礎(chǔ)上與他人進(jìn)行合作分析、推理,進(jìn)而得出結(jié)論,解決問題.合作推理式學(xué)習(xí)有別于簡單的技巧性合作學(xué)習(xí)和單純的小組合作討論學(xué)習(xí),強(qiáng)調(diào)圍繞具有挑戰(zhàn)性、開放性的問題,與他人在自己已有經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知基礎(chǔ)上進(jìn)行合情推理,共同建構(gòu)知識(shí).其本質(zhì)是具有社會(huì)性建構(gòu)特征的思維活動(dòng),其核心是提升創(chuàng)造性思維能力和復(fù)雜交往能力,
二、合作推理式學(xué)習(xí)的作用
推理是學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中的關(guān)鍵能力和必備品質(zhì),然而,初中數(shù)學(xué)課堂中,學(xué)生的推理過程存在不嚴(yán)謹(jǐn)、不完整等問題.筆者認(rèn)為,合作推理式學(xué)習(xí)有助于解決這些問題.首先,合作推理式學(xué)習(xí)注重啟發(fā).教師從學(xué)生已有的數(shù)學(xué)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和思維水平出發(fā),創(chuàng)設(shè)具有挑戰(zhàn)性的數(shù)學(xué)情境,啟迪學(xué)生積極思考,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)思考.其次,合作推理式學(xué)習(xí)注重互動(dòng).師生、生生在思維碰撞、啟發(fā)和接力中尋找答案,在合理質(zhì)疑和反思的過程中促進(jìn)問題的解決和知識(shí)的掌握.最后,合作推理式學(xué)習(xí)注重探究.合作推理式學(xué)習(xí)是通過提出問題、合作討論,以及反思和總結(jié)等步驟來完成探究的,這一學(xué)習(xí)方式有助于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力,促進(jìn)知識(shí)的積累和理解.
以“特殊的平行四邊形”一課為例,探索如何在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中設(shè)計(jì)并實(shí)施合作推理式學(xué)習(xí)方式,發(fā)展學(xué)生的高階思維.
三、合作推理式學(xué)習(xí)的案例設(shè)計(jì)與實(shí)施
1.案例背景
特殊的平行四邊形是滬教版《九年義務(wù)教育課本·數(shù)學(xué)》八年級(jí)第二學(xué)期第二十二章第二節(jié)“平行四邊形”中的內(nèi)容.本節(jié)課中,學(xué)生將經(jīng)歷從一般到特殊、從具體到抽象的學(xué)習(xí)過程,理解矩形、菱形的概念,探究矩形、菱形兩類特殊平行四邊形的性質(zhì)并進(jìn)行簡單應(yīng)用.
在傳統(tǒng)的概念教學(xué)中,教師通常會(huì)以直接講授的方式給出矩形、菱形的性質(zhì).但實(shí)踐發(fā)現(xiàn),大多數(shù)學(xué)生只是單純地記憶矩形、菱形所特有的性質(zhì),不能對其靈活應(yīng)用.本節(jié)課采用合作推理式學(xué)習(xí)方式,通過將不同學(xué)習(xí)水平的學(xué)生組成小組實(shí)現(xiàn)組內(nèi)異質(zhì),讓學(xué)生經(jīng)歷合情推理及演繹推理等過程,促進(jìn)學(xué)生自身的深層理解、語言表達(dá)、論證推理、問題解決和知識(shí)遷移等高階思維能力的發(fā)展.
2.教學(xué)過程設(shè)計(jì)
本節(jié)課包括“理解情境,引入主題”“回顧梳理,提出猜想”“小組合作,性質(zhì)論證”“簡單應(yīng)用,性質(zhì)鞏固”“師生小結(jié),反思深化”“分層作業(yè),能力提高”六個(gè)環(huán)節(jié).在前三個(gè)環(huán)節(jié)中設(shè)置了兩個(gè)合作推理式學(xué)習(xí)任務(wù).具體如下.
合作推理任務(wù)1:類比跨單元學(xué)習(xí)歷程,掌握矩形、菱形的定義.
在“理解情境,引入主題”環(huán)節(jié),教師通過問題引導(dǎo)學(xué)生類比三角形的學(xué)習(xí)歷程,猜測四邊形的學(xué)習(xí)歷程,并在共同研討、相互啟發(fā)、交流碰撞中,從復(fù)雜多樣的觀點(diǎn)中逐步概括得到矩形、菱形的概念.
問題1:將一般三角形的邊特殊化,可以得到什么圖形?將角特殊化呢?將邊和角同時(shí)特殊化,可以得到什么圖形?
問題2:類比三角形的學(xué)習(xí)歷程,將平行四邊形的角特殊化可以得到什么圖形?將邊特殊化呢?將它的邊和角同時(shí)特殊化又能得到什么圖形?試結(jié)合小學(xué)期間已學(xué)的四邊形進(jìn)行思考,嘗試歸納矩形、菱形的概念.
概念的形成是一個(gè)抽象、概括的過程,需要學(xué)生在已有經(jīng)驗(yàn)和新情境的基礎(chǔ)上進(jìn)行提煉、總結(jié).通過問題1,學(xué)生可以回憶、總結(jié)三角形的學(xué)習(xí)歷程(如圖1),體驗(yàn)問題研究的過程.通過問題2進(jìn)行類比式推理,逐步得到矩形和菱形的概念(如圖2).問題鏈設(shè)計(jì)的適切性和合理性,為學(xué)生合作推理討論奠定了基礎(chǔ).
圖1
圖2
合作推理任務(wù)2:從邊、角、對角線、對稱性四個(gè)方面探究矩形和菱形的性質(zhì).
在“回顧梳理,提出猜想”環(huán)節(jié),教師提出問題3和問題4,并借助微視頻和學(xué)習(xí)單引導(dǎo)學(xué)生從邊、角、對角線、對稱性四個(gè)方面進(jìn)行探究.在“小組合作,性質(zhì)論證”環(huán)節(jié),類比平行四邊形的學(xué)習(xí)脈絡(luò)和性質(zhì)學(xué)習(xí)的過程,探究矩形和菱形的性質(zhì),并構(gòu)建了如圖3所示的框架體系.
圖3
問題3:平行四邊形的學(xué)習(xí)脈絡(luò)是什么?
問題4:我們是從哪幾個(gè)維度學(xué)習(xí)平行四邊形的性質(zhì)的,分別具有哪些性質(zhì)?你覺得該如何探究矩形、菱形的性質(zhì)?
由于初中生已經(jīng)具備了一定的數(shù)學(xué)思維能力和對數(shù)學(xué)知識(shí)的理解,但從抽象思維到具體思維的過渡仍然存在問題,因此,在這個(gè)任務(wù)中設(shè)置了如下三個(gè)活動(dòng),引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“提出猜想一論證推理一形成觀點(diǎn)一小組匯報(bào)一引導(dǎo)反思”的過程.通過異質(zhì)組合作討論,學(xué)生逐步完成任務(wù)探究,最終得出結(jié)論.
活動(dòng)1:矩形、菱形性質(zhì)的猜想,活動(dòng)1包括如下兩個(gè)步驟.
步驟1:從邊、角、對角線、對稱性四個(gè)維度出發(fā),猜想矩形和菱形除了具有平行四邊形的所有性質(zhì)外,還有什么性質(zhì)(小組討論).
步驟2:填寫如表1所示的學(xué)習(xí)單.
表1
活動(dòng)2:觀看視頻,回顧、感悟平行四邊形性質(zhì) 論證的具體過程.
八年級(jí)學(xué)生雖然已經(jīng)有了豐富的圖形研究活動(dòng)經(jīng)驗(yàn),但圖形研究的基本框架還不夠成熟.對于如何開展矩形、菱形性質(zhì)的研究,學(xué)生往往缺乏具體的研究路徑和方向.因此,在活動(dòng)2中,教師以微視頻形式展示研究問題的基本途徑,為學(xué)生提供研究范例,引導(dǎo)學(xué)生回顧和復(fù)習(xí)平行四邊形的研究路徑(定義一性質(zhì)一判定一應(yīng)用),整理和梳理平行四邊形性質(zhì)的探究步驟(猜測—論證一總結(jié)).通過這種方式,學(xué)生能夠更好地理解研究問題的方法和過程,以便于后續(xù)能順利過渡到矩形和菱形性質(zhì)的猜想,并能夠順利論證性質(zhì)猜想的正確性.
活動(dòng)3:矩形、菱形性質(zhì)的論證.
活動(dòng)3最能體現(xiàn)合作推理式學(xué)習(xí)方式,包含四個(gè)步驟.
步驟1:每5人為一組(異質(zhì)組),通過討論自主選取矩形或菱形開展性質(zhì)探究,
步驟2:學(xué)生將有關(guān)矩形(菱形)性質(zhì)猜想的文字語言轉(zhuǎn)化為“已知、求證”的符號(hào)語言;學(xué)生小組討論,利用幾何思維流程輔助論證猜想.
步驟3:小組討論,整合歸納,派代表進(jìn)行匯報(bào)步驟4:反思各小組的觀點(diǎn),教師引導(dǎo),總結(jié)觀點(diǎn).
矩形、菱形性質(zhì)的論證,對學(xué)生數(shù)學(xué)語言、符號(hào)語言和圖形語言的互化、表達(dá)及數(shù)學(xué)推理能力有一定的要求,而小組總結(jié)匯報(bào)是合作推理式學(xué)習(xí)的重要一環(huán).為了讓學(xué)生更好地開展討論,教師借助信息技術(shù)將視頻切片重組,在微視頻中以思維導(dǎo)圖的形式圖文并重地展現(xiàn)了由因?qū)Ч蛨?zhí)果索因的推理過程,并精心設(shè)計(jì)了與微視頻內(nèi)容相呼應(yīng)的學(xué)習(xí)單(如圖4),為學(xué)生深人探究、高效交流提供支架.學(xué)生在合作推理中反思觀點(diǎn),進(jìn)一步完善結(jié)論.
圖4“特殊的平行四邊形”學(xué)習(xí)單
3.教學(xué)實(shí)施片斷
本課在上海市某區(qū)A校的八年級(jí)某班級(jí)中實(shí)施.A校屬于區(qū)域內(nèi)辦學(xué)質(zhì)量中等的學(xué)校,學(xué)生的數(shù)學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)和能力一般.本次是在該班第一次采用合作推理式學(xué)習(xí)方式授課.在課堂上,每5名學(xué)生為一組進(jìn)行合作推理.學(xué)生的具體表現(xiàn)如下.
(1)合作推理任務(wù)1中的學(xué)生表現(xiàn).
在課堂上,學(xué)生對問題2中將平行四邊形的邊特殊化的回答如下.
生,:平行四邊形中有一個(gè)角是直角就能得到矩形,生2:平行四邊形中若兩條邊相等就能得到菱形.
此時(shí)有學(xué)生提出質(zhì)疑.
生3:因?yàn)槠叫兴倪呅蔚膬山M對邊相等,所以兩條邊相等就能得到菱形是不對的.因此,若平行四邊形的四條邊相等就能得到菱形.
生4:不對,問題是將平行四邊形的邊特殊化,所以前提是平行四邊形的兩組對邊已經(jīng)相等了,應(yīng)改為“平行四邊形的兩組鄰邊相等就能得到菱形”
生5:我認(rèn)為平行四邊形的兩組對邊已經(jīng)相等了,應(yīng)改為“若平行四邊形的一組鄰邊相等就能得到菱形”.
生,和生2通過類比、歸納等方式得出了具有普遍意義的數(shù)學(xué)概念,體現(xiàn)了從特殊到一般的歸納概括能力.雖然生,和生2概括的內(nèi)容不完整,但發(fā)展了策略型思維(抽象性).生3和生4基于已有的數(shù)學(xué)事實(shí)和活動(dòng)經(jīng)驗(yàn),對前一名學(xué)生的觀點(diǎn)提出合理的質(zhì)疑,并對其觀點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化、重構(gòu),形成建設(shè)性的觀點(diǎn),發(fā)展了批判型思維(質(zhì)疑性、建構(gòu)性).生5在已有的數(shù)學(xué)事實(shí)和活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上,也對前面同學(xué)的觀點(diǎn)進(jìn)行了整合、拓寬,并化歸了新的觀點(diǎn),發(fā)展了批判型思維(解構(gòu)性).
(2)合作推理任務(wù)2中的學(xué)生表現(xiàn).
當(dāng)小組成員明確了研究矩形和菱形性質(zhì)的問題后,會(huì)從邊、角、對角線和對稱性這四個(gè)維度進(jìn)行理性分析.在活動(dòng)1的討論中,小組成員傾聽彼此的觀點(diǎn),思考不同的觀點(diǎn),比較、整理各種不同的結(jié)論,并形成組內(nèi)的主要觀點(diǎn)(如表2),但此時(shí)學(xué)生對菱形對角線的性質(zhì)的概括并不完整.
表2
在活動(dòng)3中論證“菱形的兩條對角線互相垂直”時(shí),學(xué)生借助圖5在小組內(nèi)發(fā)起了討論.
圖5
生:已知菱形的四條邊相等,而且對角線互相平分生,:要證對角線互相垂直,也就是要證AC⊥BD.
生:已知 AD=CD , AO=CO ,根據(jù)等腰三角形“三線合一”的性質(zhì)就能得到AC⊥BD.
生、生,和生:通過對一個(gè)復(fù)雜的問題進(jìn)行分析、推理,將其轉(zhuǎn)化為基本的、簡單的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)和關(guān)系,體現(xiàn)了批判型思維(建構(gòu)性).
對于上述觀點(diǎn)的論證,所有小組都能順利完成,但論證過程中沒有學(xué)生對菱形對角線的性質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)充.這時(shí),教師給予引導(dǎo):你們在論證“菱形的兩條對角線互相垂直”的過程中有其他發(fā)現(xiàn)嗎?然后各小組學(xué)生繼續(xù)思考與討論.
生。:我發(fā)現(xiàn)菱形的任意一條對角線都把菱形分割成兩個(gè)全等的等腰三角形.
生 10 :根據(jù)等腰三角形“三線合一”的性質(zhì),可得 ∠ADB=∠CDB. 同理, ∠DAC=∠BAC , ∠ABD=∠CBD ∠BCA=∠DCA
生 11 :其實(shí)根據(jù)“等邊對等角”及“兩直線平行,內(nèi)錯(cuò)角相等”也能說明 ∠ADB=∠CDB , ∠DAC=∠BAC ∠ABD=∠CBD,∠BCA=∠DCA.
生 12 :這四組角相等說明了什么?
生 13 :說明 BD 平分 ∠ADC 和∠ABC, AC 平分∠BAD和∠BCD.
生 14 :我知道了!菱形的兩條對角線除了互相垂直外還平分每一組對角.所以我們在活動(dòng)1的表格中關(guān)于菱形的性質(zhì)從對角線出發(fā)還應(yīng)該添加“菱形的每條對角線平分一組對角”.
生。和生1在已有的數(shù)學(xué)事實(shí)和活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行跳躍式聯(lián)想、類比和關(guān)聯(lián),化歸新的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí),體現(xiàn)了批判型思維(解構(gòu)性).生 11 從不同角度、不同方式分析、推理得出相同的觀點(diǎn),體現(xiàn)了策略型思維(多樣性).生12基于已有的數(shù)學(xué)事實(shí)和活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)對觀點(diǎn)提出合理的疑問,體現(xiàn)了批判型思維(質(zhì)疑性).生13和生 14 基于已有的數(shù)學(xué)事實(shí)和活動(dòng)經(jīng)驗(yàn),延伸已有的信息和觀點(diǎn),得出了具有普遍意義的數(shù)學(xué)概念、定理,體現(xiàn)了策略型思維(抽象性、遷移性).這樣,學(xué)生通過討論完善了菱形對角線的性質(zhì).
活動(dòng)3中,每個(gè)小組充分討論,相互補(bǔ)充,形成觀點(diǎn),在成果匯報(bào)環(huán)節(jié),各小組派代表陳述小組的觀點(diǎn)和理論支持,并展示小組對核心問題的不同結(jié)論或過程與方法.這對學(xué)生的數(shù)學(xué)表達(dá)、推理能力有一定的要求.例如,學(xué)生借助學(xué)習(xí)單,對“矩形的對角線相等”的論證進(jìn)行了如下匯報(bào).
生(組長):如圖6,我們小組的猜想是“矩形的兩條對角線相等”.我們先寫出了已知和求證.已知是AB//CD , ∠ABC=90° , AB=CD 求證是 AC=BD. 要證 AC=BD ,只要證 ΔABC?ΔDCB.
圖6
現(xiàn)在已知 AB//CD , AB=CD ,可知 ∠ABC 和∠BCD是一對互補(bǔ)的同旁內(nèi)角,再根據(jù)矩形定義可知 ∠ABC= 90° ,得到 ∠ABC=∠BCD 結(jié)合 AB=CD ,可以證得 ΔABC?ΔDCB (SAS),從而證得 AC=BD
從上述匯報(bào)可以看出,學(xué)生通過合作推理形成了建設(shè)性的觀點(diǎn),體現(xiàn)了策略型思維、批判型思維等高階思維.整節(jié)課中,學(xué)生經(jīng)歷了歸納推理、類比推理等合情推理,從已知進(jìn)行分析,依據(jù)圖形的性質(zhì)和定理,歸納、類比、演繹等推出結(jié)論,從而達(dá)到演繹推理,形成如圖7和圖8所示的幾何思維框架結(jié)構(gòu)圖.
圖7
圖8
在探究矩形、菱形的基本概念和性質(zhì)的過程中,教師發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生選擇了探究菱形邊、角和對角線的性質(zhì),關(guān)于對稱性的性質(zhì)論證的嘗試較少.這背后的原因可能有兩個(gè)方面.一方面,學(xué)生認(rèn)為對稱性的性質(zhì)可以通過實(shí)踐操作來驗(yàn)證,不需要進(jìn)行論證;另一方面,學(xué)生不清楚如何論證對稱性的性質(zhì).針對這一課堂生成的問題,教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行反思總結(jié).在教師的引導(dǎo)下,組間共同討論解決菱形和矩形的對稱性問題.最終,發(fā)現(xiàn)從跨單元的視角,可以類比在七年級(jí)第一學(xué)期學(xué)習(xí)的關(guān)于圖形運(yùn)動(dòng)的知識(shí)解決問題.根據(jù)菱形對角線的性質(zhì)一一對角線互相垂直平分,沿著對角線所在直線將菱形翻折,必然會(huì)重合,所以菱形是軸對稱圖形,在師生共同努力下,逐步發(fā)展了學(xué)生的創(chuàng)造型思維.
四、教學(xué)思考
從案例的實(shí)施效果來看,在合作推理式學(xué)習(xí)中開展的探究性對話、建構(gòu)式互動(dòng)等學(xué)習(xí)活動(dòng),為高階思維實(shí)現(xiàn)社會(huì)性建構(gòu)提供了條件,能促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展.其關(guān)鍵在于教師需要對學(xué)生的知識(shí)水平、思維特征預(yù)先考慮,精心設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng),并在課堂中敏銳捕捉學(xué)生在推理過程中的不足和創(chuàng)新之處,提供足夠的支架,進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生通過合作完善推理活動(dòng),發(fā)展學(xué)生的高階思維.
1.充分利用問題情境,為學(xué)生提供合作推理式學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)
教師需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)具有挑戰(zhàn)性、開放性的探究問題,借助由問題情境激發(fā)學(xué)生的興趣與思考,給學(xué)生留下思維的契機(jī)和質(zhì)疑的空間,提供合作推理式學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì).
2.巧妙運(yùn)用“腳手架”,化解合作推理式學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)
在理解的困頓處和思維的轉(zhuǎn)折時(shí),教師給學(xué)生提供適當(dāng)?shù)摹澳_手架”,以便于學(xué)生能在思維的最近發(fā)展區(qū)發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì),同時(shí)通過小組合作及推理深度激活學(xué)生的思維,以此增加學(xué)生思維的廣度、深度、高度和厚度,特別地,教師還可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行質(zhì)疑和反思,從而深化理解,分散難點(diǎn).
3.善于捕捉教學(xué)素材,增進(jìn)合作推理式學(xué)習(xí)的效益
在課堂中,教師要善于捕捉學(xué)生在推理過程中存在的不足和產(chǎn)生的問題,為學(xué)生提供辯論的機(jī)會(huì),創(chuàng)設(shè)尋因、糾錯(cuò)的臺(tái)階,進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生進(jìn)發(fā)出創(chuàng)新的火花.在這些課堂的突發(fā)事件中,教師要及時(shí)利用足夠的教學(xué)機(jī)智,采用恰當(dāng)?shù)姆绞浇o予學(xué)生適當(dāng)點(diǎn)撥,促進(jìn)學(xué)生通過合作形成完善的推理,增強(qiáng)合作推理式學(xué)習(xí)的效果.
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