在数学教学中培养学生思维的批判性

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  “吾日三省吾身”虽是一条古训,但它永远不会过时,含义是人每天都必须对自己的言语、行为进行反思回顾,不断地修正错误,以求得各方面素质、修养的提高,取得稳步的进步.这种反思回顾体现在数学中就是数学思维的批判性.批判性是数学思维优良品质的一个重要特性,其内涵是能自觉地进行自我反省,对自己的思维和行为作出评价、判断和监控,并可预见到可能出现的各种结果;能从问题的正、反两方面进行思考,既有成功的思想准备,也有失败再重来的思想意识;能及时判断解题方法的优劣,调整改善解题的思路,以求得优美的解法;善于总结自己成功和失败的经验,并用来指导未来的实践.
  中学生由于年青幼稚、生活阅历的欠缺、思维水平的局限、认知能力的肤浅、判断概括能力的片面、自我控制能力的薄弱,在数学学习和解题活动中产生各种各样的失误是极其正常的,问题是教师要清醒地认识到在整个数学教学过程中,既要时时树立“正面的形象”,也要充分利用“反面的典型”,双管齐下,才能不断地优化学生思维的批判性,以至从根本上发展他们的思维水平,提高分析问题与解决问题的能力.
  
  1 质疑辨析 增强学生的批判意识
  
  思维的批判不仅要对自己,也应该对他人,不迷信权威,不轻信课本,波利亚说过:对于书本上的定理我们不应该一开始就去记住它、运用它,而是要怀疑它,试图从反面去否定它,这样做虽然有时是徒劳的,但并非是无益的.因为这样做的结果,能使我们真正深刻理解它,并由此得到许多意想不到的收获,远比直接运用它有益得多. 若没有批判性,数学是不会取得进展的,这样的例子很多,如罗巴切夫斯基否定了欧氏第一公设,创立了非欧几何;古希腊数学家修伯修斯在研究正方形的过程中发现:若正方形的边长为1,则其对角线的长既不是整数,也不是分数,而是一个人们当时还未认识的新数,于是推翻了他老师毕达哥拉斯的论断“世界上只有整数和分数”. 毕达哥拉斯恼羞成怒,竟残暴地将坚持真理的修伯修斯扔进了大海.
  在《抛物线的概念和标准方程》的教学中,教者先让学生解下列两题:
  (1) 求到点A(0,1)与定直线x=0距离相等的点P的轨迹方程;
  (2) 求到点A(1,0)与定直线x=-1距离相等的点P的轨迹方程.
  当解得(1)中的轨迹方程为y=1,(2)中的轨迹方程为y2=4x后,学生发现课本中抛物线的定义有毛病,而应该修正为“在平面内,到一个定点与一条定直线(定点在定直线外)距离相等的动点的轨迹叫做抛物线”,由此还联想到椭圆、双曲线的定义也应该作相应的修正.当今,各种课外读物、教辅资料浩如烟海,其中不乏精品,但良莠不齐、鱼龙混杂,也有不少错误百出的次品,若没有批判意识,将后患无穷,从这里也可见培养学生批判意识的重要性.
  
  2 构陷尝误 提高学生的自我批判能力
  
  俗话说:“不吃一堑,不长一智”,为了克服学生的知识“盲点”,帮助学生走出认知的“误区”,教者必须在数学问题中精心设计“陷阱”,让学生充分品尝“堑”带给他们的苦头,才能在吃亏上当后感到“痛心疾首”,在“尝误”后会更有效地提高辨析和批判能力,提高“免疫力”,今天的“错”就避免了明天的“错”.特别地,学生的一些“常见病”、“多发病”更是令师生大感“头疼”的事,教者应带领学生“向顽症宣战”,以坚韧不拔的意志对思维的惰性、认知的肤浅以及“玩忽职守”的草率态度展开“不屈不挠的斗争”,不获全胜,决不“收兵”!.
  
  问题一经提出,教者通过巡视发现大多数同学给出下列答案:
  
  所以,ac+bd的最大值为m2+n22.
  这时教者并没有急于指出这一答案是错误的,而是进行下面教学过程.
  T:还有什么解法吗?
  
  所以ac+bd的最大值为mn.
  T:好奇怪?上述两种解法与第一种解法的结果不一样,哪一个是正确的?
  此时学生积极思考和讨论交流,对上面三种解题过程进行剖析和诊断,最后达成一致意见,第一种解法是错误的,并找到产生错误的原因:在解答过程中,两次运用了基本不等式,忽视了等号同时成立的条件.事实上,ac≤a2+c22,当且仅当a=c时等号成立;而bd≤b2+d22,当且仅当b=d时等号成立.由a2+b2=m2,c2+d2=n2得 m=n,显然这与题设m≠n矛盾.所以上面两个等号不能同时成立.
  问题到此还没有结束,教者趁热打铁又给出下面两道题目让学生练习.
  (1)已知a,b为不相等正常数,x,y为正数,且满足ax+by=1,求x+y的最小值.
  (2)求函数y=x2+3x2+2的最小值.
  吃一堑,长一智,学生吸取了上一题的教训,对这两题大部分同学都能冷静思考,他们带着批判的意识,排除了习惯性臆想,自我评价解题思路和方法,调整错误的思维结构,很快得出了正确结果.
  通过尝误,辩误,纠误的过程,使学生深化了运用基本不等式解决问题的条件,完善了认知结构,同时提高了自我批判能力.
  
  3 构造反例 在批判中发展学生的创造能力
  
  欲推翻一个结论,特别是在解选择题时,有时要排除某个选项,最好的方法就是构造反例,推翻结论、构造反例是发展批判与创造能力的大好时机,教者在日常教学中要密切关注这项工程的实施.
  例2 四个面是全等三角形的三棱锥().
  (A) 一定是正棱锥(B) 一定是正四面体
  (C)不一定是正棱锥 (D)一定不是正棱锥
  若“玩忽职守”,学生很容易选(A),但养成批判思维良好习惯的学生在深思,能否构造出一个符合题设条件的三棱锥,而它不是正棱锥呢?经过探索,他们竟然获得了成功!如图1,ABC与DBC是全等的两个等腰三角形,以BC为轴适当转动△ABC,使AD=BC,则此三棱锥的四个面就都是全等的三角形,而它却不是正棱锥.
  图1图2例3 函数f(x)的定义域关于原点对称,且对于定义域中的任一x的值都有|f(x)|=
  |f(-x)|,则().
  (A) f(x)是奇函数
  (B) f(x)不可能是既非奇函数又非偶函数
  (C) f(x)是偶函数
  (D) f(x)可能是既非奇函数又非偶函数
  对于这道富有挑战性的问题,有些学生轻易地选了(C),但许多学生不同意,凭直觉认为应选(D),但一时又举不出具有说服力的反例.让他们调动智慧与知识贮存,通过尝试探寻,终于找到令人叫绝的反例:f(x)
  
  x (1≤x<0或0<x≤2),,函数的图像如图2所示,该函数完全满足题设条件,但它确实既不是奇函数,又不是偶函数,故应选(D).
  
  4 检验回顾,在批判中发展学生的思维缜密性
  
  解数学题要不要检验?对这个问题要作具体分析,当结论明显地符合或不符题意时,可直接作出判断.但在有些时候,却要审慎地对待获得的结果,不能轻率地下结论.
  图3例4 如图3,斜三棱柱ABC-A1B1C1的底面是等腰直角三角形,直角边AB=AC=2,侧棱与底面成60°角,BC1⊥AC,BC1=26,求BC1与底面ABC所成的角.
  学生这样解答:作C1H⊥AB于H,连CH、AC1.由AB⊥AC,BC1⊥AC得AC⊥面ABC1,则面ABC⊥面ABC1,C1H⊥面ABC,∠C1BH为所求.
  设AH=x,则BH=2-x,在△BHC中,由余弦定理得CH2=x2+4.又在Rt△BC1H中,C1H=24-(2-x)2=20+4x-x2.又侧棱与底面成60°角,所以侧棱与底面所成的角∠C1CH=60°,那么在Rt△C1CH中,tan∠C1CH=C1HCH=20+4x-x2x2+4=3.解得x=2,或x=-1.两根一正一负,如何取舍?思维的批判能力有了用武之地.按“习惯势力”,好像应“舍负留正”.但当x=2时,H与B重合,怎么理解?仔细辨析一下,当x=2时,H与B重合,这时BC1⊥面ABC,所求角为90°,完全符合题意!能舍去x=-1吗?事实上,当x=-1时,点H在BA的延长线上,也符合题意!此时BH=3,C1H=15,tan∠C1BH=C1HBH=153,所求角为arctan153.
  这个辨析、精思、检验的过程大大丰富了学生解题活动的阅历,留下的深刻印象也为今后的解题提供了一个可资借鉴的典型模本.
  
  5 自我不满,探寻更加简捷流畅的解法
  
  实战中绝妙优美的解法从何而来?依靠的当然是扎实的知识基础、熟练的技能技巧、机智灵活的思维与丰富的求优致简的经验,这些都是平时总结积累的结果.平时应该对自己的成功解法持批判的态度,总要扪心自问,能否进一步改善原有的思路?有没有更好的解法?要有一种“解法不优誓不休”的气魄和决心,那么在实战中就能得到自然的发挥,漂亮简捷的思路就会来到心头笔下.
  图4例5 半径为1的圆的圆心C在抛物线y2=4x上,圆C与直线y=x交于P、Q两点,若PC⊥QC,求圆C的方程.
  如图4,因为 PC⊥QC,P、Q在直线y=x上,所以 △PCQ是等腰直角三角形,则可设出P、C、Q三点的坐标与圆的方程,但是必须考虑三种不同的位置,稍有不慎,则会造成难以挽回的失误.但即使想到有三种情况,
  繁冗的计算也会使人感到疲惫不堪,甚至丧失斗志.怎么办?难道不存在一种使自己满意的解法吗?不甘心就此罢休!站高些,看远些,想深些,思活些,忽然灵感来了,在三种情况下不是都有“C到直线y=x的距离是22”这个本质特征吗?一个巧妙的点子油然而生,于是设C(4t2,4t),则|4t2-4t|2=22,解得t=12,或t=1±22.
  当t=12时,得C(1,2),所求圆为(x-1)2+(y-2)2=1.
  当t=1±22时,得C(3±22,2±22),所求圆为(x-3±22)2+(y-2±22)2=1.
  若陶醉于已经获得的成功解答,故步自封、不思进取,就享受不到更高层次的美感和快感,是批判精神使我们的思维水平和能力更上一层楼.
  在培养批判性的同时,也时时涉及到了思维的其他优良特性,如缜密性、敏捷性、深刻性、广阔性和创造性,真是一举多得,何乐而不为呢!
  
  注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
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