以问题驱动数学课堂教学的实践与思考

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  所谓问题驱动,是指通过对某个现象或对象的观察,并由浅入深地探究进而揭示现象或对象的本质。数学作为自然界的抽象反映,它与其他自然科学一样,也是围绕问题展开的,通过提出问题、分析问题、解决问题最终形成一整套理论。问题既是自然科学研究的源动力,也是数学研究的源动力。因此,我们的数学课堂教学应该是由问题驱动的活动过程。
  一、以问题驱动数学课堂教学的基本理念
  在数学教学中运用问题驱动有利于培养学生的问题意识,激发学生的学习兴趣和动机,培养学生的创新能力。当学生怀着强烈的问题意识进行学习、探究时,可以从具有挑战性的创造中获得积极愉悦的感情体验,有助于强化求知欲,增强学习的内在动机,改变学生过分依赖教师、书本的学习习惯,实现教学过程中主体作用的发挥,为发展创新能力奠定基础。
  建构主义学习理论认为只有进入学生认知场域并被其意识到的问题,才能促进其积极思考,进而形成自己的认识或解答,用本原性问题驱动数学课堂教学就是要抓住师生间互动的认知场域,形成普遍的共识或解答。它有助于学生问题意识的提高,有助于合作意识和探究能力的提高,也有助于创新意识和实践能力的加强。
  下面结合我去年的一个具体教学案例《直线与椭圆的位置关系》,来谈谈对以问题驱动数学课堂教学的实践与思考。
  二、以问题驱动《直线与椭圆的位置关系》课堂教学实践
  (1)内容解析
  解析几何是高中数学的重点和难点,其中直线和椭圆的位置关系,是圆锥曲线中最基本、最重要内容之一,其研究方法是研究直线与其他圆锥曲线位置关系的基础。学生之前已经接触过直线和圆的位置关系,所以运用类比的方法研究直线和椭圆的位置关系,让学生思考,自己提出以直线和椭圆为载体,会提出什么样的问题。让学生在“做”和“思”的过程中收获更多的知识、体验和感悟。
  (2)教学过程
  问题1 我们以前学过直线和圆,还记得直线和圆的位置关系有几种?他们的位置关系怎样判断呢?
  生:有三种,相交、相切、相离,利用圆心到直线的距离和半径比较。
  教师引导学生回顾如何判断直线和圆的位置关系,并追问:还有其他办法吗?
  生:联立直线和圆的方程,得到一元二次方程,利用方程解的个数,判断直线与圆的位置关系。
  师:我们又学了一种新的和圆非常类似的曲线——椭圆,直线和椭圆的位置关系有哪几种?
  生:相交、相切、相离。
  师:他们的位置关系又如何来判断呢?
  生甲:利用椭圆中心到直线的距离。
  师追问:利用椭圆中心到直线的距离和谁作比较?
  生甲犹豫中发现自己回答有问题。
  经过讨论交流,大家都发现了生甲的问题所在。
  生乙:类比直线和圆的位置关系那样,联立直线和椭圆的方程,得到一元二次方程,利用方程解的個数,判断直线与椭圆的位置关系。
  设计意图:以学生熟悉的直线和圆的位置关系入手,运用类比的方法得出如何判断直线和椭圆的位置关系。
  例1:已知椭圆■ ■=1,直线l:4x-5y k=0. 问:k取何值时,直线与椭圆相交?
  由前面的铺垫和启发,学生都意识了第二种方法适用,联立直线和圆的方程,得到一元二次方程,方程有两个不等解,则直线和椭圆相交。
  设计意图:给学生时间,做出最终结果,让学生体会解析几何的核心是“用代数方法研究几何问题”,并归纳出判断直线和椭圆的位置关系的一般方法。
  问题2 大家觉得给出直线和椭圆相交会出什么类型的问题?
  师:已知椭圆■ ■=1,直线l:4x-5y k=0.
  学生有些手足无措。
  师:大家想一下直线和圆相交会出什么类型的问题?
  生:求弦长。
  师:那直线和椭圆相交,可以求弦长吗?
  生(思考之后):好像不行,圆的弦长是利用垂径定理,但椭圆不具备这个性质。
  师:那我们要想其他办法了,弦长本质就是两点间距离,怎么求呢?
  生:用两点间距离公式■。
  一段时间过后,大家就没耐心做下去了,也听到有同学在下面说,不求出x1、 x2,利用韦达定理来求(x1-x2)2,可是(y1-y2)2怎么办呢,再化成关于y的方程?
  师:刚才的思路理论上可以,但计算量太大,有同学说可以利用韦达定理来求(x1-x2)2,但(y1-y2)2没办法解决,我们来看下两者有没联系。
  生:由图可知,利用斜率公式=k(准确讲是 | k |),所以, (y1-y2)2=k2(x1-x2)2。
  师:很好,我们刚才是从图形上找到二者的联系,还有其它方法吗?x1、 x2和y1、 y2并不是孤立的。
  生:y1=kx1 b,y2=kx2 b,两式相减,则y1-y2=k(x1-x2),推导出弦长公式:| AB |。
  设计意图:让学生自己类比直线与圆,设计问题,推导出弦长公式,体验知识生成的过程,寻求解决问题的方法,并体验取得成功的喜悦。
  问题3 把上面的问题改为动直线,已知椭圆,直线l:4x-5y n=0和椭圆相交,以此为背景,还可以出什么问题?
  生:可以求弦长的最值。
  师(追问):怎么求?
  生:弦长是关于n的式子,可以看成关于k的函数,利用函数知识来解决。
  师:还有其它问题吗(没人响应)?这是一组斜率相同的直线,会不会有些规律,比如一些特殊的点的轨迹。
  生:中点,椭圆、圆(大家回答五花八门)。
  师:(几何画板演示)中点的轨迹是线段,问题是怎么证明(学生有些手足无措)?   师:中点的变化是由谁引起的?
  生:n的变化引起的?
  师:直线和谁对应?
  生:二元一次方程。
  师:中点的横坐标和纵坐标都和n有关,那么……
  生:消掉n,得到x和y的等式。
  通过学生的独立自主运算,得到了相交弦中点的轨迹方程。
  设计意图:让学生自己得到直线与椭圆相交,得到相交弦的中点轨迹问题。并自己解决这个问题。
  问题4 已知椭圆,直线l:4x-5y k=0和椭圆相离,以此为背景,可以出什么问题?
  生:可以求椭圆上的点到直线的最近距离和最远距离。
  师:怎么求?
  生:平移直线,最先接触椭圆的点为最近距离,最后接触的点为最远距离。
  师:你们所说的最先接触的点和最后接触到的点又如何来刻画呢?
  生:利用相切,找到平行于已知直线的切线即可。
  学生通过独立自主的演算,得到了距离的最值。
  (3)反思
  建构主义教学理论指出,学习者不是空着脑袋走进教室的,在以往的生活、学习和交往活动中,他们逐步形成了自己对各种现象的理解和看法,而且,他们具有利用现有知识经验进行推论的智力潜能。因此问题的设计要接近学生现有的认知结构。
  在“问题驱动”的这节课教学实施中,我们以直线和圆的知识为载体,让学生自主发现、探索,解决直线与椭圆的关系以及由此所衍生出来的问题。心理学中的“宜家效应”是指人们购买了宜家家具后,回到家需要花很多力气把它组装起来。看到亲手组装的家具,喜爱程度就会超过同等品质的其他家具。人們自己制作产品时,会产生对这一产品的依恋感和自豪感。应用到教学中,教师要让学生在课堂这一舞台上充分展示自我,让学生经历实验、猜测、交流、反思、合作等理性思维的过程,让学生参与其中,成为学习的主人。
  数学问题的产生主要有两个来源。一是教师在备课过程中精心设计的反映该数学主题实质的问题;二是在课堂教学活动过程中,由学生所提出的涉及该数学主题实质的关键问题。前者意味着教师要把实质性的数学问题“教学法化”,让数学实质能够被学生触及和逐步理解;后者意味着教师在充满不确定性的课堂里发现本原性数学问题,能及时抓住学生的那些反映数学思想实质的朴素想法并加以发展。由此不难得出,数学问题具有自然生成、预设下的原发性和多角度对话的品性等特征。
  以问题驱动的数学课堂教学是学生主体、师生互动的生成性教学,是学生认知场域和教师认知场域之间的碰撞、交流、拓展、提升的动态过程。由于“问题”是师生在教学互动中自然产生的自己的问题,具有较大的开放度和一定的难度,由此势必要求师生共同合作、相互探究,有利于学生合作和探究能力的提升,有利于学生创新精神的养成和实践能力的加强,这正是数学新课程所追求的理念和价值。
  参考文献
  [1]杨玉东,李传峰. 用本原性问题驱动数学概念教学[J].中学教研(数学),2006(1).
  [2]何勇,曹广福. 以问题驱动数学教学[J].中学数学教学参考,2014(7).
  [3]张署青,曹广福. 以问题驱动对数概念教学[J].中学数学教学参考,2014(7).
  (作者单位:广州市培正中学)
  责任编辑 黄佳锐
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