《普通高中数学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《新课标》)设置“预备知识”板块作为高中入学阶段的学习内容。该板块以义务教育阶段知识为载体,结合集合、常用逻辑用语等高中起始阶段重要的数学知识,从心理、学习方式及知识技能等方面为学生学习高中课程做好铺垫,助力学生顺利完成初高中数学学习的过渡。为了更好地发挥“预备知识”板块在培养学生数学素养方面的作用,笔者对其所包含的数学思想方法进行了深入提炼与概括,以期促进学生数学学科核心素养目标的达成。

一、以“预备知识”开篇,凸显数学内在需要

(一)由内容的变化到提升数学思维

新课标将集合与常用逻辑用语定位为预备知识。集合语言是刻画一类事物的方法与工具,常用逻辑用语是数学语言的重要构成部分,它既是数学表达和交流的工具,又是逻辑思维的基础语言。在集合方面,新课标的要求与以往基本一致,涵盖集合的概念与表示、基本关系及基本运算。教材运用集合语言,对初中的一些重要概念(如数集、解集、点集、偶数集等)所描述的对象进行抽象概括,并用元素加以表示;采用列举法、描述法对一些关键内容(如函数、方程、不等式、几何图形等)予以“再表述”。就常用逻辑用语而言,新课标的要求较之前有显著变化,不再探讨命题的四种形式及其相互关系,也不再着重强调逻辑联结词“且”“或”,以及命题的复合等内容。其主要内容包括必要条件、充分条件、充要条件,全称量词与存在量词,以及全称量词命题与存在量词命题的否定。新教材把“含有存在量词的命题定义为存在量词命题”,相较于旧教材中的“特称量词命题”在读法上更为顺口,且与“全称量词命题”形成了既对立又统一的关系。通过学习这些内容,学生的抽象思维水平能够得到提升,进而为后续的学习奠定基础。

(二)由引例、习题的改变到认知的改变

在集合方面,新教材的引例更新、更精简,更便于提炼概念,时代性也更强。旧教材在集合部分仅整体设置了一道习题;新教材则每一小节都设置了习题,且每个习题都涵盖复习巩固、综合应用、拓广探索三个栏目,这三个栏目由易到难、层层递进,成为现行教材的一大特色。在常用逻辑用语方面,旧教材例题、习题的选取涉及函数、解方程、不等式等多项内容,命题素材的选择较为零散,且有一定难度;而新教材例题、习题所选取的素材大多是初中所学的定义、判定定理、性质定理等,均为典型的命题,这样的设置降低了学生的认知难度,更有利于学生对知识的理解和掌握。

(三)选取典型实例和命题提升学生的数学素养

本章教材编写具有选取典型数学实例和命题的特点,通过回顾旧知引导学生学习新知。在集合教学中,通过类比数的研究,引导学生深入学习集合知识,以此提升学生的数学抽象素养;在常用逻辑用语部分,紧密联系各类典型数学命题,提升学生的逻辑推理素养。集合内容选取了丰富多样的实例,既涉及数学领域的数(如1—10之间的所有偶数)、方程(如x2-3x+2=0)、不等式(如 x-7<3)、函数(如一次函数 y=x+3与y=-2x+6)、几何图形(如所有的正方形)等,又有贴近学生生活实际的问题(如地球上的四大洋、亚洲国家组成的集合等)。常用逻辑用语部分着重选取初中阶段有代表性的数学命题,让学生在系统回顾初中相关知识的基础上学习新知识。例如,若平行四边形的对角线互相垂直,则这个平行四边形是菱形;若两个三角形相似,则这两个三角形三边成比例。尤其要强调的是充分条件与判定定理、必要条件与性质定理、充要条件与定义之间的一一对应关系。

二、研究数学对象,领悟其核心任务和方法

(一)从“知其然”到“知其所以然”

研究集合类比实数时可按照对象→定义→表示→分类→关系→性质→运算→运算律的套路来进行。例如,类比特殊数字0、1研究空集、全集;类比实数a、b之间的相等关系a=b研究A、B集合之间相等关系A=B;类比实数a、b之间的大小关系a<b研究集合之间包含关系A?B;类比实数a、b加、减、乘、除等运算研究集合A、B的交集A∩B、并集A∪B、补集C∪A等运算。学生能在一般观念指引下概括、类比、联想数学学习与探究活动,从“知其然”到“知其所以然”,也是理性思维良好发展的表现。

(二)通过语言转化,提升学生数学推理和论证能力

数学的核心任务是训练学生的逻辑思维。常用逻辑用语相较于初中数学知识更为抽象,对学生的逻辑推理与数学语言运用能力要求颇高。正是其抽象性及高要求,使得常用逻辑用语成为高中数学学习的重难点之一。为了降低学生的认知难度,教材紧密联系初中学习过的典型数学命题,通过语言转化,将问题逐步形式化(符号化)。以教材具体内容为例,第29页探究栏目呈现了3个命题否定的探究,如果直接给出全称命题的最终否定形式,学生接受和理解起来比较困难,新教材用了“也就是说”进行了语言形式的转化。“比如每一个素数都是奇数”的否定是“并非每一个素数都是奇数”,也就是说“存在一个素数不是奇数”。学生在解决问题的过程中,通过分析、判断、归纳,提升了数学推理和论证能力,达到逻辑推理的核心素养水平的要求。

(三)把握数学本质,注重主题(单元)教学,领悟基本思想

新课标特别强调“把握数学本质”“注重主题(单元)教学”,反对把数学内容碎片化,要求整体性(单元)教学;不再过度强调对知识点“讲深讲透”,而是注重整合同类研究对象、相似研究内容,形成思想具有一致性的学习单元;单元之间环环相扣、逻辑连贯。通过结构化单元系列教学,引导学生在一般观念的统领下,通过研究数学对象,形成“研究对象在变,思想方法不变,研究套路不变”的切实体验,不再局限于“一题多解”,而要形成“多题一解”的数学思维,将发展学生数学学科核心素养落到实处。

三、新教材使用中教学策略的转变

(一)加强数学阅读,理解知识本质含义

在教学过程中,教师要重视教材并指导学生阅读,因为阅读是用好教材的前提。新教材可读性强,从主编寄语到教材的逻辑性、结构性,再到知识的形成过程,都有一种自然、亲切之感。另外,阅读是自主学习的前提与基础,是终身学习的必备技能。学生通过阅读,可以整体把握教材内容结构,理解教材的内在逻辑、知识的形成过程、本质含义,明晰知识展开的脉络,并能正确对待教材上的“阅读与思考”。

(二)通过使用数学语言,提升学生的逻辑思维能力

学习集合语言最好的方法是使用。在教学中,教师应结合学情,引领学生应用集合语言表达和交流,这样学生就能逐渐熟悉自然语言、集合语言、图形语言各自的特点,并能相互转换,进一步掌握集合语言。教师还应结合初中的一些定理、性质,加深学生对充分条件与必要条件的理解,让学生明确判定定理与充分条件、性质定理与必要条件、数学定义与充要条件之间的逻辑对应关系。

(三)研究高考题,强化概念的运用,体会数学思想方法

在教学过程中,教师要适当开展对高考题的研究,认真分析高考改革前后的题型、考查内容等。集合与常用逻辑用语涉及数形结合思想、分类讨论思想、补集思想、特殊和一般的思想、转化与化归思想等数学思想方法。尤为值得关注的是,分类讨论思想需要明确分类讨论的情形,即在什么情况下进行分类讨论;明确分类的对象,也就是对谁分类;还要明确分类的方法,即怎样分类。这些思想方法在集合与常用逻辑用语教学及高考题目中频繁出现,贯穿于整个高中数学学习,对学生构建高中数学知识体系、提升数学素养具有重要意义。

综上所述,高中数学知识体系与初中相比有较大跨度,新教材在助力学生衔接过渡方面肩负重要使命。当然新教材的使用更要关注学生数学学习心理和方法的过渡,让学生明确为什么学习集合,为什么学习逻辑用语。为了帮助学生顺利完成过渡,新教材在“主编寄语”“本册导引”“章引言”“节引言”“小结”等处或有明确的论述或有隐性的提示。基于新教材这些精心设计,教师要引导学生以良好的心理状态平稳进入高中学习,会用集合、常用逻辑用语进行数学表达和交流,进而在潜移默化中发展学生的理性思维,使学生获得更高效的学习效果。

作者单位  陕西省兴平市西郊高级中学

责任编辑:张言