源自本真始于探究成在素养

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  【摘要】“倡导积极主动、勇于探索的学习方式”是高中数学课程标准的基本理念之一,也是数学核心素养观的强烈要求.基于“正弦定理(第一课时)”教学片断,作出反思:数学学科的教学目标和教学活动都要从素养的高度来进行,为素养而教,用学科育人,为学生的一生发展谋求最大利益.教育即生长,自然生长出的东西是最具有生命活力的;教学要探究,探究发现的历程是培养学生数学核心素养的重要渠道.
  【关键词】正弦定理;教学片断;核心素养
  《普通高中数学课程标准(实验)》倡导积极主动、勇于探索的学习方式,指出:“使学生获得必要的数学基础知识和基本技能,理解基本的数学概念、数学结论的本质,了解概念、结论等产生的背景、应用,体会其中所蕴含的数学思想和方法,以及它们在后续学习中的作用.通过不同形式的自主学习、探究活动,体验数学发现和创造的历程.”
  东北师范大学史宁中教授领衔的普通高中数学课程标准修订组提出“数学核心素养”,指出:“学生能够发现问题和提出命题;能掌握推理的基本形式,表述论证的过程;能理解数学知识之间的联系,建构知识框架;形成有论据、有条理、合乎逻辑的思维品质,增强数学交流能力,积累从具体到抽象的活动经验.”
  笔者认为,数学核心素养观是数学课程标准在“立德树人”时代要求背景下的深入发展,是课程标准理念的“升级版”.因而,数学学科的教学目标和教学活动都要从素养的高度来进行,为素养而教,用学科育人,为学生的一生发展谋求最大利益.
  既然数学核心素养是当下教育界最热门的话题,我们就要积极地去认识、理解与实践.那么在课堂教学中,要做哪些改变或创新,才能达到数学核心素养引领下的数学教学要求,实现课程标准倡导的探究发现、持续发展理念.抱着互助教研、反思提高的情怀,笔者近期开设了一节市级示范教学课,课题是人教版数学必修⑤111 正弦定理(第一课时).目的呢,一是想通过思辨的教學行为实践自己的教学设想与愿景,二是以原生态的教学过程为案例,提供一件本真的研究素材,为立足教材,着眼课堂教学,培养学生的数学核心素养抛砖引玉.
  1教学片断实录
  1.1创设情景,布疑激趣
  图1问题如图1,船从港口B航行到港口C,测得BC的距离为600m,船在港口C卸货后继续向港口A航行,由于船员的疏忽没有测得距离,如果船上有测角仪,测得∠BAC=75°,∠ACB=45°,我们能否计算出A、B的距离?
  效能分析用问题驱动课堂.从日常生活中的测量问题引入,激活学生思维,激发学生的求知欲.数学是思维的体操,兴趣是最好的老师.
  1.2交流探究,解决问题
  师:用数学的眼光看世界,“问题”抽象后即是怎样的数学问题?
  生1:(学生思考,回答)该问题即是:在△ABC中,已知两角以及一角的对边,求AB.
  师:在三角形中,由已知的边和角求未知的边和角,我们学过哪些知识?
  生2:(学生思考,回答)在初中,我们学过在等腰三角形、等边三角形、直角三角形中求边和角.
  师:回答得很好.在等腰三角形和等边三角形中,我们是通过作底边上的高,把问题转化为直角三角形来解决的.解直角三角形,大家还记得吗?
  师生共同回忆解直角三角形:①在直角三角形中,已知两边,可以求第三边及两个角;②在直角三角形中,已知一边和一个锐角,可以求另两边及第三个角.
  图2师:(引导,学生思考,交流.)“问题”中的△ABC是斜三角形,能否利用解直角三角形知识计算AB呢?
  生3:过点B作BD⊥AC于D,把△ABC分成两个直角三角形,如图2.(学生阐述解题过程,教师板书.)过点B作BD⊥AC于D,在Rt△BCD中,BD=BC·sin45°=3002.
  在Rt△ABD中,sin∠BAD=BDAB,
  故AB=BDsin75°=3002×42 6=600(3-1).
  师:(对学生的精彩表现进行赞赏)现在我们反思一下:在解决问题的过程中,我们是通过作高,把斜三角形转化为直角三角形来处理的.看来直角三角形不仅是我们最熟悉的,同时也是很重要的.好,下面我们的探究之旅就从直角三角形开始.
  效能分析直角三角形是一类特殊的三角形,学生非常熟悉.在直角三角形中解决了问题,学生深刻地体会到“转化”的思想,享受到应用数学知识解决实际问题后的喜悦.解直角三角形是学生知识的“最近发展区”,导入的“问题”是本节课教学的“先行组织者”.
  1.3师生互动,得出猜想
  如图3,在Rt△ABC中,设BC=a,AC=b,AB=c,由直角三角形边与角的关系得:
  图3sinA=ac,sinB=bc,
  又sinC=1=cc,
  则asinA=bsinB=csinC=c,
  于是,在Rt△ABC中,
  asinA=bsinB=csinC.
  师:那么在任意三角形中,是否都有asinA=bsinB=csinC呢?
  链接资源借助几何画板,演示随着三角形任意的变换,asinA、bsinB、csinC值始终保持相等,如图4.
  生4:猜想:在任意△ABC中,asinA=bsinB=csinC.
  效能分析引导学生把问题转化为解直角三角形——“化斜为直”.在解决问题后,对特殊问题一般化,得出一个猜测性的结论——猜想,培养学生从特殊到一般的归纳推理意识,培养学生的数学直观和数学抽象能力.没有猜想,就没有发现和创造.图41.4证明猜想,得到定理
  师:以上我们通过探究,又借助几何画板的支持,得到猜想.猜想未必都是对的,其正确性必须要证明.如何证明asinA=bsinB=csinC呢?前面的探索过程对我们有没有启发?   生5:(分组讨论,思考得出)分直角三角形、锐角三角形、钝角三角形三种情况来证明,采用“化斜为直”的办法,把锐角三角形、钝角三角形转化为直角三角形.
  (1)在Rt△ABC中,猜想成立.
  (2)在锐角三角形中,如图5,设BC=a,CA=b,AB=c,作AD⊥BC,垂足为D.
  在Rt△ABD中,因为sinB=ADAB,所以AD=AB·sinB=c·sinB;
  在Rt△ADC中,因为sinC=ADAC,所以AD=AC·sinC=b·sinC.
  因而c·sinB=b·sinC.所以csinC=bsinB.
  同理可得:asinA=csinC.故asinA=bsinB=csinC.
  图5图6(3)在钝角三角形中,如图6,设∠C为钝角,BC=a,CA=b,AB=c,作AD⊥BC ,交BC的延长线于点D.
  同(2)可证,asinA=bsinB=csinC.
  综上所述,在任意△ABC中,都有asinA=bsinB=csinC.
  师:引导学生总结探究过程.在一个三角形中,各边和它所对角的正弦的比相等,即:asinA=bsinB=csinC,我们把这条性质称为正弦定理.要求学生用语言叙述定理,教师板书正弦定理,并强调关键词“对角”.
  效能分析学生经历证明猜想、演绎推理的过程.引导启发学生利用已有的数学知识论证猜想,力求让学生体验数学学习的过程,积累数学活动的经验.学生自己进行探究,“用数学思维分析世界”、“用数学语言表达世界”,体会到数学推理的乐趣.探究发现是培养学生数学核心素养的重要渠道.
  图7师:asinA、bsinB、csinC相等,设比值等于k,这个k是多少?有没有什么特殊的几何意义呢?
  生6:在Rt△ABC中,asinA=bsinB=csinC=c,c恰为外接圆的直径,即c=k=2R.类比联想,作△ABC的外接圆,O为圆心,连接BO并延长交圆O于B′,连接AB′,如图7.
  则有∠B′AB=90°,∠B′=∠C.
  在Rt△B′AB中,ABsinB′=BB′,
  所以ABsinB′=ABsinC=BB′=2R,即csinc=2R.
  同理可证:asinA=2R,bsinB=2R.
  故asinA=bsinB=csinC=2R.
  师:正弦定理的比值等于三角形外接圆的直径!我们从几何的视角出发,用“作高法”、“外接圆法”实现了“化斜为直”的目标,证明了正弦定理.那么,正弦定理还有其他的证法吗?实际上,正弦定理的证法很多,同学们周末上网搜索一下,下载一些正弦定理证明的资料,加以整理,以“聚焦正弦定理的证明与应用”为题,写一篇数学小论文.
  效能分析探究出运动变化中三角形边角关系的不变性,抓住了正弦定理的本质:变化的极致是不变(三角形外接圆直径).通过撰写数学小论文,使学生学一点数学史,认识正弦定理产生的历史,发展的现状,以及在实际测量和几何计算中的应用,体会数学的文化性,提高学生的科学品质与数学素养.
  2教学反思感悟
  《正弦定理(第一课时)》这节课,学生在教师的点拨和引导下,应用“观察——猜想——验证——归纳——证明”的数学研究方法,发现并证明正弦定理,经历了知识探索与形成的过程,感受到自主探究新知的艰辛与快乐,激发起浓厚的数学学习兴趣.其次,以情境引入教学,用问题驱动课堂,促使学生去思考问题,去解决问题,去发现规律.让学生在“活动”中学习,在“合作”中积累数学活动经验;在“探究”中创新,在“体验”中形成数学核心素养.
  2.1教学要从“最近发展区”出发,用好“先行组织者”
  前苏联心理学家、社会文化历史学派的创始人维果斯基提出“最近发展区理论”,指出儿童认知发展有两种水平:实际的发展水平和潜在的发展水平,认为教学应该走在发展的前面,引導发展.“先行组织者”是认知心理学的代表人物——美国教育心理学家奥苏伯尔于1960年提出的一个教育心理学的重要概念.它是先于学习任务本身呈现的一种引导性材料,通常先用学生能懂的语言在介绍学习材料本身以前呈现出来,以便建立有意义学习的心向,构建一个使新旧知识发生联系的桥梁.
  纵观高中数学知识体系,直角三角形边与角之间的三角函数关系是离“正弦定理”最近的上位知识,即是本节课的“最近发展区”.教学中,用“问题”导入课题,以“化斜为直”为策略,把问题转化为解直角三角形加以解决.设计的导入“问题”是探究正弦定理的“先行组织者”,它沟通起正弦定理与解直角三角形之间的联系,促进了知识的正向迁移,既提高了课堂教学的效益,又增加了学习过程的研究气氛.
  2.2合情推理孕育发明创造,演绎推理成就数学理性
  法国数学家拉普拉斯(Laplace,1749—1827)曾经说过:“即使在数学里发现真理的主要工具也是归纳和类比”.科学发展史告诉我们,在认识世界的过程中,人们需要通过观察、实验等获取经验;也需要辨别它们的真伪,或将积累的知识加工、整理,使之条理化、系统化.合情推理和演绎推理分别在这两个环节中扮演着重要角色.就数学而言,演绎推理是证明数学结论、建立数学体系的重要思维过程,但数学结论、证明思路等的发现,主要靠合情推理.因此,我们不仅要学会证明,也要学会猜想.
  反思我们的数学课堂教学,重演绎推理轻视合情推理的做法业已根深蒂固,导致学生只能按照较固定的套路(或模式)解决问题,而不能深入到事物的内在,通过观察归纳、类比联想去发现新的问题,更不能提出具有挑战性的问题.“钱学森之问”振聋发聩,令人深思!
  需要提出的是,演绎推理也即逻辑推理,它与合情推理共同构成数学推理的内涵,所以,笔者认为,数学核心素养“六核”之一的“逻辑推理”,应调整为“数学推理”为好.
  促进学生学会学习,学会数学推理,是提高学生能力、发展学生素养的重要前提,是高中数学课程改革的主要任务,我们要为此而努力.
  2.3探究发现是培养学生数学核心素养的重要渠道
  “倡导积极主动、勇于探索的学习方式”是高中数学课程标准的基本理念之一,也是使数学核心素养在教学中落地生根的有效方法和强力支撑,没有学生主动参与的学习,想形成数学素养就只能是一厢情愿.
  环顾当前的数学课堂教学,笔者认为有很多不足之处:为探究而探究,为表演而探究;低效探究,假探究,伪探究等现象屡见不鲜.探究什么、何时探究、怎样探究,特别是如何引导学生自然地实施与调整探究过程并没有很好地解决,导致数学课堂探究环节往往场面很“热闹”,学生活动很“积极”,探究结果时常“特别令人满意”.这样的探究活动,学生得到的只能是问题解决的直接结果,获得的仅仅是被动的操作技能,而失去的是宝贵的活动经验、灵动的推理方式、数学的理性精神以及科学研究的方法,失去了适应终身发展和社会发展所需要的必备品格与关键能力.
  正弦定理教学过程中,学生始终处在探索研究的状态,用数学眼光分析问题,以数学家的思想去解决问题.数学的理性精神得到锤炼,数学直观、数学建模、数学推理、数学运算能力得到进一步培养,积累了科学研究的经验和方法,这会使学生终身受益.
  教育即生长,自然生长出的东西是最具有生命活力的;教学要探究,探究发现的历程是培养学生数学核心素养的重要渠道.
  作者简介胡浩(1968—),男,安徽芜湖人.中国数学会会员,教育部中西部地区骨干教师培训班学员,中学数学高级教师,地市级学科带头人.主要从事中学数学课堂教学和解题教学研究,数十篇论文在省级及以上学术期刊上发表.
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