整体把握与实践高中数学新课程—与高中数学教师对话(7)

2019-01-10 12:21

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必修内容体系的框图:

必修与选修1系列内容体系的框图:

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必修与选修2系列内容体系的框图: 32

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必修内容、选修系列1、2的内容及其之间的关系,可以从上述框图中看得很清楚。

选修3系列的内容体系:

选修3由六个专题组成:数学史选讲,球面上的几何,对称与群,欧拉公式与闭曲面分类,信息安全与密码,三等分角与数域扩充。

选修3的内容是以前的高中没有正式开设的,一些学校以选课的形式开设过,对学生来说,必修、选修1、2与以往没有太大的区别,选修3就内容来说也并不难,但是,需要认真深入地体会其中蕴涵的思想。

数学史选讲是要告诉学生数学发展的一个基本的脉络,选择数学历史发展中一些重要的事件、成果作为线索,介绍一些伟大的数学家的贡献和奋斗人生。

对球面上的几何,顾名思义,讨论“球面上图形的性质”,我们学过平面几何,这两种几何有什么相同,有什么不同?球面上的几何有什么用处?球面上的几何专题讨论这些问题。

“对称”是日常生活中常用的词,特别在生活中有很多“对称的”很漂亮的图形,这些对称图形不相同,如何对它们加以区别?这些对称图形中蕴涵什么数学?“对称”有什么用处?“对称与群”专题将讨论这些问题。

欧拉是最伟大的数学家之一,他的成就非常丰富,多面体的欧拉公式就是其中之一。四面体、长方体等都是多面体,欧拉发现了:这些图形的“面数减去棱数再加上顶点数等于2”,并且他给出了很好的证明。这是很有趣的,它反映了这些图形——曲

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面的性质。那么,是否还有其他图形也有这样的性质?是否所有多面体的曲面都有这样的性质?等等。“欧拉定理与闭曲面分类”这个专题将回答这些问题。

在“信息时代”,传送信息时保密的需求越来越大。在“信息安全与密码”中,将告诉学生一些基本的数学原理,学生可以通过操作,进一步了解和熟悉常用的信息安全保密的方法。

“用尺规可以三等分角吗?”这是学生都想了解的一个问题。在“三等分角与数域扩充”这个专题中,将引导学生一步一步地解决这个问题。学生会发现,解决这样问题与做习题不大一样,其中蕴涵着一种思考方法,不论是否专门学习数学,这种思考问题的方法都是很有用的。

我们希望学生喜欢这些选题,选几个学一下,会对数学有一些新的感觉。中国一些著名数学家,像华罗庚、段学复、熊庆来等,曾引导年轻一代人学习这些内容,对当时年轻人发展起了很大作用。

选修4系列的内容体系:

选修4包括十个专题,可以分为三类,

一类是与中学数学内容密切联系的,例如,几何证明选讲,不等式选讲,坐标系与参数方程。

一类是中小学数学课程内容拓展的,例如,矩阵与变换,数列与差分,初等数论初步。

另一类是数学应用方面的选题,例如,风险决策,优选法与实验设计,统筹法与图论初步,开关电路与布尔代数。

这样的分类并不严格,仅仅是提供思考的背景。选修4与选修3一样,就内容来说并不难,但是,需要认真深入地体会其中蕴涵的思想,这些思想在今后学习和工作中会有很大用处。

在后面的内容中,我们还将进一步地介绍这些选题的内容定位等。

(3)高中数学课程内容的主线

整体地把握高中数学课程,是理解高中数学课程的基点。我们希望老师思考一些问题,例如:是否有贯穿高中数学课程的“主线”?或说基本脉络。这些“主线”是什么?根据我们在研制高中数学课程标准过程中的思考,我们感到“主线”还是有的。在这里,我们提供一些建议,供老师们参考。

在高中数学课程中,函数思想,运算思想,几何思想(把握图形的能力),算法思想,统计和随机思想,等等,这些都是贯穿在高中数学课程始终的东西,构成高中数学的基本脉络。另一方面,这些思想之间联系密切。它们像一张无形的网,把高中数学课程的所有内容有机地联系起来,抓住了这张网,就可以更好地掌握数学课程,了解实质,提高学习的效率,当然,也会提高解题能力,考试能力。学生学习高中课程应该这样,以后,在大学学习、在工作中学习,也应该这样。著名数学家华罗庚先生常常说“既要能把书读厚,又能把书读薄”。读厚,就是要把每一逻辑关系,每一个细节搞清楚,想清楚;读薄,就是能抓住课程的主线,基本脉络,抓住课程的内在联系,形成整体认识。现在,中学教师非常重视细节,这是好的传统,希望保持,整体是另一方面,也必须重视,在一定程度上,更为重要。

在后面,我们还将分析为什么它们是“主线”。

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(4)高中数学课程内容的顺序

学习数学课程的内容,总是有前有后。什么在前,什么在后,我们必须清楚。 首先,必修课程在选修1、2之前开设,选修3、4和必修课程是可以同时开设的。在必修中,必修1又是所有必修课程的基础,先开设必修1,才能开设其他必修课,不同学校可以根据自己的实际情况确定必修2、必修3、必修4、必修5的开设顺序。选修3、4的开设会因校而异,我们希望学校能有计划、有组织地多开设一些选修课,学生可以根据自己的兴趣,学校的实际,加以选择,选择能力对一个人来说是非常重要的,教师应引导学生有意识地锻炼自己的选择能力,在后面,我们还将专门讨论如何选择课程。

9、为什么“函数思想”是高中数学课程的主线之一?

为什么把必修1作为其它必修课程的基础?最主要的原因是突出函数的作用和意义。

20世纪初,在英国数学家贝利和德国数学家克莱因等人的大力倡导和推动下,函数进入了中学数学。克莱因提出了一个重要的思想——以函数概念和思想统一数学教育的内容,他认为:“函数概念,应该成为数学教育的灵魂。以函数概念为中心,将全部数学教材集中在他周围,进行充分地综合。”

函数思想是贯穿整个高中数学课程始终的重要思想之一。为了更好的理解高中数学课程,需要弄清中、小学数学课程中函数思想的发展脉络。

(1)在义务教育阶段,特别是在小学时期,数、量、图、数据(一批数)是引导儿童进入数学的源泉。在开始阶段,数和量常常是交织在一起,通常我们总说数量,数是用来刻画量的大小的一种工具,对于学生来说,我们更需要强调它们之间的联系。以重量、时间、长度、面积、路程等量为背景,对我们理解数的概念、数的表示、数的运算等是十分重要的。

在日常生活中,有两种量——常量和变量。在义务教育阶段,首先,帮助学生理解常量,或者理解数量,理解数量的大小,理解数量的加、减、乘、除,等等。

有些量是已知的,有一些是未知的,渗透未知量的概念,这是对量认识的一个飞跃,在小学阶段,经历了一个很长的过程。例如,在引入减法时,我们常常会使用这样的例子,5加多少等于9,即5+?=9。现在,在小学5、6年级,初步地形成方程的概念,这是对量认识飞跃的一个标志,对方程的认识也是一个很长的过程,把对方程的认识纳入到函数体系,这是克莱因思想的组成部分,是非常重要的。在近代数学中,用算子理论认识微分方程,这两者本质上是一样的。

从常量到变量,这是认识函数思想的另一个飞跃。这件事在小学就开始做了。通过大量的事实,帮助学生了解在日常生活中存在各种变量,例如,时间,路程、速度、加速度、温度、湿度等等。有些变量和变量之间没有依赖关系,例如,速度和湿度就没有依赖关系。有些变量和变量之间存在着依赖关系,一个量的变化引起另一个量的变化。例如,在物理中刻画物体运动时,路程随着时间的变化而变化,又如,世界人口数量是随着时间的变化而变化的。这些变量之间都有着密切的依赖关系。这样的例子比比皆是。

通过大量的实例,就建立起了反映变量之间相互依赖关系的概念——函数关系。虽然这样的描述并不是十分严格,但是这是认识函数关系的重要视角。有人认为这是

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