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第4章 中学数学课程内容(4)

必修课2:圆与直线,解三角形,点线面关系,三视图与立体几何初步。

必修课3:数据处理(统计的过程,随机现象与概率的概念)。

数学建模,数学探究,数学文化贯穿于3个模块之中。

②选修课程。

数学B1:常用逻辑用语,不等式,平面向量,三角恒等变换。

数学B2:向量空间与立体几何,解析几何(直线与二次曲线),导数及其应用。

数学B3:二阶矩阵与平面几何变换,计数原理与离散数学的范例,算法与软件。

数学C1:常用逻辑用语,不等式(与B1相同),解析几何(与B2相同,但不包括参数方程、极坐标),导数及其应用。

数学C2:逻辑推理与证明,分类与计数原理,逻辑框图,公理化方法。

数学C3:数学在人文科学中的应用专题。

数据处理:离散随机变量与分布,4个典型统计模型。

数学建模,数学探究,数学文化专题贯穿于上述模块之中。

数学A:由富有拓展性和挑战性的数学专题组成,为对数学有较高要求的学生而设置,着重数学探究能力的培养,其中包括以下4类专题。

第一类:必修和选修内容直接扩展的专题。如,摆线及其应用,欧拉多面体定理,各种计数问题等。

第二类:体现数学基本思想方法的专题。如连分数,逼近,中国剩余定理,决策与风险案例。

第三类:应用类专题。如优选,统筹,正交表与试验设计,层次分析,数学软件使用等。

第四类:数学前沿介绍专题。如,分形,混沌,编码与密码,纽结理论,P=Np算法复杂性等。

这四类专题可以分别采取“讲授为主、阅读为主、学生探究为主”三种类型的教学方式,注重学生独立思考、积极主动学习方式的培养。

数学与社会:内容包括数学在人类文明中的作用,数学与生活,数学与艺术等。

(5)课程内容处理建议。

《标准》研制过程中,研制组对高中数学内容进行了审视,力图从新的视角加以处理,以下简要介绍其处理建议。

①课程内容应反映信息时代对数学教育的要求。

数学课程内容增加了“数学建模”“探究性课题”“数学文化”三个板块,为学生提供了更广阔的发展空间,也为改变学生的学习方式提供了素材,这是当前“研究性”学习的继续和发展。这样做,使得数学课程的内容更加丰富、具有立体感。

在数学课程内容中直接出现计算机语言,使计算机科学与中学数学内容相结合,让算法进入中学数学课程。如设计逻辑框图让计算机去执行、用计算机符号系统表示数学内容和数学命题、用程序和算法表示数学过程等。

21世纪每一个公民所需要知道的数学知识,以数据处理最为重要。高中数学基本课程中的概率统计内容的安排,应当先统计,后概率,展开的线索是:“提出问题、收集数据、整理数据、解释数据、研究数据特征、作出统计判断”。《标准》强调学生应当经历这样的过程。

②注重现代数学思想方法的渗透和数学工具的使用。

关于理性思维:由于九年义务教育数学课程标准没有完整的关于“圆和直线关系”的几何内容,在高中应以圆和直线为素材,使学生通过适当的几何证明,体验“由因导果”的综合法和“执果索因”的分析法的理性思维方式。

关于矩阵:我国此前从未将矩阵正式列入中学课程,但它作为从向量集合到向量集合的一种映射,构成几何变换的代数表示,已是现代数学中的基本表示工具,因此可以在阅读材料或“数学文化”模块中引入矩阵方法。

关于集合:高中数学课程中学习“属于、并、交”等符号,是为了有利于表达,但无需介绍集合运算的诸多公式,这里不是讲集合论,“集合”只作为语言使用。逻辑训练要结合实际的数学语言进行,过度形式化的符号演算,以及真值表之类的表述方法,无助于学生逻辑思维能力的提高。

关于微积分:中学微积分不宜求全,不必从一般极限概念讲起,而是直接引入导数(即变化率的思想),当需要涉及极限时,只要直观认识即可。中学阶段学习导数,既为大学作铺垫,也为日后不学微积分的学生提供理解变化率思想的机会。中学讲导数有助于进一步理解函数的性质。高中阶段用导数求函数的单调区间、求极值以及证明不等式,可以体现它在中学数学里的应用价值。

关于概率统计:中学的概率统计教学,是中国数学教学的薄弱点,现在正在大力弥补。传统的处理方法,总是先抽象地定义样本、总体,让学生记忆、理解。其实,概率、总体、样本这些概念很复杂,对高中学生难以严格地说清楚,只要描述即可。概率教学主要是培养学生随机观念,让学生弄清随机变量的取值规律是用概率分布来刻画的,会用随机观点处理随机现象,知道统计结果是概率地呈现的,可能有误差。

关于立体几何:以往立体几何教学,大多数用综合法进行处理。我们认为应当综合法和向量法并重,以向量法为主。

关于函数和方程:函数的教学是高中数学的核心内容。高中阶段涉及简单的无理方程、三角方程、指数方程,但不展开。应注意借助计算机和图像计算器,求得各种方程的近似解。

(第四节 )国内外的数学课程改革

中学数学课程的教学目的和教学内容,是在历史的变革中逐步形成的。系统地了解中学教育的历史、现状和今后发展的趋势,有助于加深对中学课程教学目的和教学内容的理解。为此,我们对20世纪以来国内外中学数学课程改革情况,作简要的介绍。

1.20世纪初,随着科学技术的发展,对社会劳动力素质提出了更高的要求,数学科学的思想、内容和方法也发生了重大的变革。在这样的背景下,英国数学教育家贝利(1850-1920年)和德国数学家克莱因(1849-1925年)发起并领导了数学教育的近代化运动。这场改革的出发点在于变革中学数学课程的教学目的和任务。贝利针对当时英国数学教学忽视实际应用的弊病,强调了数学的实用性价值。克莱因提出,数学教学应该理论应用于实际,教材内容应以函数概念为中心;应该运用教育学、心理学的观点来指导教学内容的安排。由于一些客观情况和两次世界大战的破坏,中断了一些有价值的改革试验,使这场运动未能取得很好的结果,但是,它对于现代中学数学课程的影响是深远的。比如,初等函数成为中学的固定内容;微积分初步也成为某些国家某些中学的教学内容;解析几何在多数中学占有主要地位;特别是强调了数学教材的实践性,这对当前中学数学课程的改革具有指导性意义。

2.20世纪50年代末至20世纪60年代初,欧美一些国家,逐步准备和酝酿数学教育现代化运动。1957年,前苏联第一颗人造卫星上天,引起了世界各国特别是美国的震惊,促使人们以新的眼光去认识科学技术发展的需要和教育改革的关系,尤其注意了数学课程改革的问题。在这一时期,科学技术不断发展,数学出现了许多独立的崭新分支;数学的应用日趋广泛,渗透到各个学科领域。而传统的教学内容、教学理论、教学方法却远远不能适应时代发展的需要。这些都是促进数学教育现代化的基本原因。经过一段时间的准备和酝酿,在20世纪50年代末期,终于掀起了一场风靡全球、被人们称为“新数”的数学教育现代化运动。在以美国为首的许多国家中,积极地开展了中学数学教育现代化试验,一时涌现了许多新大纲、新教材、新方法。种类颇多,瑕瑜互见。“新数”运动所追求的主要目标是:

①结构化;②公理化;③现代化;④几何代数化;⑤电脑化;⑥传统数学精简化;⑦教学方法多样化。

追求上述目标,成了当时数学教学改革的重要趋势。经过十多年的实践,人们发现学习“新数”的学生计算能力和几何直观能力都很差,毕业后无论就业或升学都有困难。于是,20世纪70年代初期,“新数”受到了普遍的、尖锐的批评。“回到基础去”的呼声首先在美国出现,在这种情况下,各国的改革纷纷“向后”倒退,但也不是回到原地。1980年8月,在美国举行的第四届国际数学教育大会上,对20年来中小学课程改革的成败进行了分析和评价,认为“新数”运动失败的主要原因是:

①既没有系统研究传统数学的优缺点,又没有很好地分析现代数学的背景和方法,仅仅将传统数学内容浓缩,片断地引入数学概念,造成课程内容庞杂,教学时间不足。

②现代数学内容增加太多、太快、太深、太抽象,脱离教师和学生的实际,试验用的教材只面向少数成绩好的学生,使不少教师都不能适应,大部分学生都不能接受。

③数学内容现代化改革,是从大学到中学,中学到小学,这是不合适的,应该在总体设计后,从小学开始到中学,从下到上进行数学教学的现代化改革。

3.20世纪80年代以来,国际上关于数学教育的理论不断更新,对课程的研究和改革已成为共同关注的焦点之一。综合国外的有关研究,关于中学数学课程的发展有着如下的共同倾向:

(1)数学为大众。这一口号是1984年在第五届国际数学教育大会上形成的。它的内涵是:数学是为大众的,人人都有学习全程的学校数学的机会;学习数学是为了满足现实生活的需要,因此应该学习对于现实生活有用的数学;不同的人可以学习不同的数学,但人人都要掌握重要的、共同的核心数学。

(2)注重数学的应用,即“问题解决”。

数学课程应当围绕问题解决来组织,必须把问题解决作为学校数学教学的中心工作来组织。计算器、计算机为数学应用提供了广泛的可能性。注重培养学生抽象数学模型解决实际问题的能力,注意通过专题性与综合性的探究过程培养学生跨学科的应用能力和创新意识。把数学应用看成必须使学生积极参与活动的重要组成部分,注重过程,而不仅仅是结果。

(3)以现代认知科学理论支持课程改革。根据近年发展起来的积极的“建构主义学习观”,应把数学学习看成已有知识和经验为基础的主动建构过程,从而提出了“学数学,做数学”的基本理念,并用来指导课程和教学改革。

(4)更新课程内容体系。代数中的纸笔运算、烦琐技巧和特殊性质,几何中的系列论证都在削弱;反之,符号意识、符号操作、一般算法思想、运算通性、数据处理、图形讨论、多方位因果分析、开放性问题等,正在逐步加强。

(5)数学既是思维科学,也是实验科学。第八届国际数学教育大会提出了“实验数学”这一重要概念,使得实验方法在数学教育中越来越受到重视。与此相应,美籍学者波利亚建立的合情推理模式,以及观察、猜想、实验、类比、归纳、化归等方法在数学发现和创新中所起的作用,逐渐形成共识。

(6)调整评估目的、准则、方式和结果表述。评估的目的是确定学生获得了什么(包括知识、能力、情感)。评估应由师生共同进行,范围应该是学生学习的全过程,并从多种方位,利用多种形式予以估量或认定。

4.21世纪似乎更青睐数学及数学教育,2000年被联合国教科文组织确定为“国际数学年”;无独有偶,国际数学联盟下属的两大国际会议皆被亚洲国家争得了主办权。其一是国际数学家大会于2002年在我国北京举行;其二是国际数学教育大会的第九届大会于2000年7月31日至8月6日在日本东京/千幕张举行。在ICME-9上,举行了远距离电视圆桌会议,讨论的主题为“面向21世纪的普通教育中数学的作用”。大会安排的4个60分钟主题报告(丹麦数学家的《数学教育研究的关键课题及趋势》,日本数学家的《数学教育的目标与应用数学的方法论》,德国数学家的《在系统过程中发展数学教育》,英国数学家的《数学教学如何发展学生的推理系统》)总揽全局,对数学教育理论与实践的过去、现在、未来进行了回顾、反思、展望,广泛讨论了数学作为基础的作用,涉及到数学与社会的关联,数学教育的国际评价,数学在技术上的运用及数学教师的作用等。

此次ICME,中国不仅参会人数增多,其影响也超过往届。

华东师范大学校长王建磐是本届ICME执行委员;北京教育学院王长沛进入了程序委员会,张奠宙、唐瑞芬、叶其孝等分别主持了工作组和课题研究活动;中国学者共获得了4个45分钟报告(广州大学张景中等的《自动推理及教学智能平台》;首都师范大学王尚志等的《中国中学教育中的数学建模》;华东师范大学李士琦的《熟能生巧吗》;香港学者梁贯成的《寻求东亚数学教育的特征——旧文化传统及现代技术冲击》)。会议期间两次举行了“华人数学教育论坛”大会,加上众多的中国学者和教师的成果、论文展示,以及为数不少的中国第一线教师赴会,使人真正感觉到中国的数学教育已融入到国际数学教育研究的主流之中,各国开始更多地关注中国的数学教育。我们为中国所取得的数学教育的可喜成果而欢欣鼓舞,同时又为我们在数学教育技术的应用与普及方面与国际上所存在的较大差距而忧虑担心。

在21世纪,中国应加快数学课程教育改革的步伐,努力跟上时代前进的潮流。

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