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對培養學生數學問題表徵能力“三部曲”分析

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“問題表徵是指根據問題所提供的資訊和自身已有的知識經驗,發現問題的結構,構建自己問題空間的過程,也是把外部的物理刺激轉變爲內部心理符號的過程”.數學問題表徵能力就是指能夠準確表徵數學問題的程度,這種表徵能力的高低決定着學生數學理解能力的發展水平.因此,在數學教學中,要加強學生數學問題表徵的訓練,創設展示學生進行問題表徵的情境,開展合理表徵的辨析,提升問題表徵質量,發展學生數學問題表徵能力.本文試從“訓練表徵表達——展示表徵過程——交流多維表徵”三個層次闡述培養學生數學問題表徵能力的途徑.

對培養學生數學問題表徵能力“三部曲”分析

一、訓練學生問題表徵的表達能力,提高問題表徵的準確性

着名心理學家西蒙指出:“表徵是問題解決的一箇中心環節,它說明問題在頭腦裏是如何呈現的,如何表現出來的.”問題表徵從形式上來看可分爲兩種:一種是內在表徵,即學習者將外在的問題資訊轉化爲頭腦中內在的命題形式,其外在的表現就是學習者能用自己的語言陳述問題的條件和目標;另一種是外在表徵,即將問題以文字、符號、圖形、圖表、模型等具體形式表示出來.其外在表徵常見的幾種形式:語言表徵、符號表徵、圖形表徵和情境表徵等.因此,在課堂教學中教師要注重引導學生把握表徵取向,加強問題表徵的表達訓練,提高問題表徵的準確性.如在學生數學概念形成的教學階段,教師要有針對性地創設情境,使問題表徵儘可能和數學概念原型相匹配,幫助學生加深對數學概念的理解和促進學生對數學知識的建構.

問題1:在函數單調性教學中,教師應當有意識地運用多元表徵理論展示其多種不同的表徵形式,讓學生了解數學問題表徵的特點和主要形式,進行問題表徵的表達訓練,讓學生逐步掌握問題表徵的要領,促進學生建立數學概念的多元表徵和深層次理解函數單調性.以函數f(x)=-2x爲例,闡述其在區間[1,+∞)上的單調性(單調增函數),組織學生進行圖形、語言和符號等表徵形式的訓練,提升學生問題表徵的表達能力.

圖形表徵:函數f(x)=-2x在區間[1,+∞)上的圖象是上升的(如圖1).

這種表徵便於從整體上以圖形的方式直觀地描述函數單調性.

語言表徵:當x在區間[1,+∞)上取值時,隨着x的增大,相應的f(x)值也隨着增大.這種表徵有利於“函數單調性”這一抽象概念被學生感知和理解.

有效追問能激發學生進行深層次思考,透過辨析和反思,對單調增函數的內涵有了更透徹的.理解,要確保函數f(x)在(-∞,+∞)上單調遞增,除了“函數y=g(x)和y=h(x)在各自範圍中都是增函數”外,還要滿足“g(1)≤h(1),即(a-2)×1-1≤0”.此時,可以重新讓學生進行問題表徵.所以理解題意是正確表徵的基礎,把握數學概念的內涵和外延是理解題意的前提.

透過問題表徵的專題說題訓練,不僅可以提高學生表達問題的表徵能力,而且還能使學生對數學問題的表徵形成直覺和積累經驗,從而提高學生對問題的深層理解能力和問題表徵能力.

二、展示學生問題表徵的思維過程,提高問題表徵的合理性

問題表徵作爲解題過程的起點,對數學問題作出的表徵是否恰當、合理,對數學問題能否有效解決有着重大且直接的影響.在教學中,大部分教師只注重學生的思維結果,而忽視學生對問題表徵的思維過程,從而導致學生對數學問題的認識處於淺層次的理解.因此,在將數學問題展現給學生的時候,要注重創設學生思考、探究問題的時空,爲學生問題的解決提供“問題表徵”的充足時間,同時還要重視展示學生問題表徵的思維過程,分析表徵中的錯因,提取和激活其合理成分,讓學生自覺對其思維過程做出調整,修正、完善問題表徵.學生中常見的兩種“頗有爭議”的數學表徵:

學生中常見的兩種“頗有爭議”的數學表徵:

學生表徵1的錯因是對集合的代表元素的含義理解得不透徹,導致問題表徵出錯.學生表徵2的錯因是沒有認識到集合M與N中的x和y並不是指某個具體的值,而是變量.求交集的實質就是要找出兩個集合中一樣的“y”值,但是兩個集合中一樣的“y”值不一定是由相同的“x”產生.

透過展示學生問題表徵的思維過程,引發學生進行思維交鋒,讓學生在辨析、爭論中調整、修改和完善數學問題的表徵,逐步形成合理的數學表徵.求M∩N的實質就是求集合M與N中一樣的“y”值,集合M與N中“y”分別表示二次函數y的取值範圍.故

M∩N={y|y≤2}∩{y|y≥0}={y|0≤y≤2}

在問題解決過程中,隨着自主探究、交流等數學活動的展開,獲得資訊的不斷積累,學生會結合自身儲存的資訊(知識與經驗)主動地重構問題表徵,其數學表徵往往從不恰當表徵過渡到合理表徵,爲解題思路尋找到突破口.

三、創設問題多維表徵的交流平臺,提高問題表徵的靈活性

問題多維表徵是解題思路產生的源泉,正確的語言表徵是理解問題的前提條件,準確的符號表徵是問題解決的資訊儲存和加工過程的有效表現形式,適當的圖表表徵有助於問題的形象直觀思考,合理的模式表徵有助於簡約問題解決的思維長度.在教學過程中,教師要運用啓發性提示語:“你能否根據自己的聯想用適當的方式將問題進行重新表徵?”“在遇到困難的情況下,你能否變換問題的表徵形式,調整解題思維方向?”激活學生原有的知識塊,透過聯想,誘發學生進行多維表徵,並能根據解題的需要與情境的變化做出靈活的轉換.

(這種表徵,學生馬上聯想到運用求導方法或基本不等式方法進行求解.)

(這種表徵,學生自然會想到運用基本不等式進行求解,但要引導學生注意等號成立的條件.)

表徵4:從圖形表徵考慮,由反比例函數及圖象平移知識可知,(m-2)(n-1)=4(m>2,n>1)表示雙曲線一支(如圖2),令m+n=s,則其表示斜率爲-1的直線.於是原問題轉化爲“直線m+n=s與曲線(m-2)(n-1)=4(m>2,n>1)有公共點時,求s的最小值.”

這種表徵,學生很快就會從圖象中發現,當直線與曲線相切時,s有最小值.

由此可知,由於對同一數學問題的表徵方式不同,使得問題解決的難易程度及效果也不同,適宜的問題表徵可以減少運算量,縮短思維過程,優化解題過程.因此,透過對數學問題的多維表徵的交流,讓學生把握各種表徵的特性與侷限性,辨析數學問題的實質,相互啓迪思維,提高學生思維的靈活性,進而獲得合理的解題方案.

總之,在數學教學中,首先,教師要引導學生積累知識與數學活動基本經驗,豐富學生的知識與經驗,爲提高學生數學問題理解和表徵能力奠定堅實的基礎;其次,教師要注重開發學生的元認知,增進學生的元認知體驗,促進學生學習遷移能力的發展;最後,教師要把握數學表徵能力的四個層次:復現式的表徵能力、轉述式的表徵能力、分析式的表徵能力和概括式的表徵能力,有計劃、有目的地進行問題表徵的訓練活動,發展學生數學語言轉換能力,深化數學問題表徵能力的培養.