匠心独运寓意深,褪去铅华尽是真
——苏教版普通高中教材《数学·必修 1》设计意图与教材分析
苏教版普通高中课程标准实验教科书
(
数学
)
的特色是“入口浅,寓意深”、“整体贯通,互相联系”、
“返璞归真,适度形式化”、“提供参与空间,促进共同发展”等特色.下面就《数学·必修
1
》的设计意
图谈谈我的想法.
1
知识呈现与研究方法的同构设计
教科书的结构主要包括:模块、章、节、单元等。其中每一章由章头图、引言、各节内容、本章回顾、复习
题、探究案例、实习作业等内容构成的整体,注重整体贯通、互相联系.
(1)
从整体出发,按知识发展、背景问题、思想方法为纬线,以模块、章、节、单元为经线,进行整体贯通
设计,使学生获得整体认识与理解.如下图所示:
②模块、章、节、单元之间的相互贯通.
教材以集合与对应为主线,使集合与函数概念联系,使学生获得对函数的整个清晰的认识。既注重知
识的理解,更注重学生对一般研究方法与思想方法的掌握。知识是为解决问题自然建立的,而不是简单的
被动提出.如下图所示:
(2)
引言包括:①本章的主背景,以入口较浅的生活或学生能理解的实例,引发学生思考.这个背景
又是本章核心内容的原型,在一章中将多次按不同层次或方向出现,统领全章.②引领本章内容的问题
这是本章的生长点、核心内容或研究方法,它将激发学生探索新知识的欲望.
(3)
每一节包括内容组织、活动开展、拓展栏目、习题、阅读等内容.节为教学的基本单元,每节有自己
的小系统.每节开头在章的背景下,给出分支背景,围绕章的问题,提出相应问题.这些问题就是本节
的起点、核心内容的出发点.
每节内容组织主要形式为:问题情境→学生活动→意义建构→数学理论→数学运用→回顾反思.
问题情境包括实例、情景、问题、叙述等.设计意图是为了提出问题.
学生活动包括观察、操作、归纳、猜想、验证、推理、建立模型、提出方法等个体活动,也包括讨论、合作、
交流、互动等小组活动.设计意图是为了让学生体验数学.
意义建构包括经历过程、感受意义、形成表象、自我表征等.设计意图是为了让学生感知数学.
数学理论包括概念定义、定理叙述、模型描述、算法程序等.设计意图是为了帮助学生建立数学.
数学运用包括辨别、解释、解决简单问题、解决复杂问题等.设计意图是为了促使学生运用数学.
回顾反思包括回顾、总结、联系、整合、拓广、创新、凝缩
(
由过程到对象
)
等.设计意图是为了让学生理解
1
集合概念
集合表示
集合运算
函数性质
函数应用
函数表示
函数概念
情景
解决问题
特殊函数
函数建模
对数函数
指数函数
指数函数应用
对数函数应用
指数概念与运算 对数概念与运算
模块
思想方法
块
章
节 单元
背景问题
块
知识发展
块
数学.
(4)
拓展栏目:主要方式有思考、实验、探究、阅读、链接等,穿插在各个环节中.
(5)
练习、习题、复习题、本章测试:每一节后面的练习是本节课所学内容的重现,学生可以通过模仿解
决.习题、复习题的配置分为紧密联系的三个层次:“感受·理解”,“思考·运用”,“探究·拓展”
其中“感受·理解”比练习稍高一些,旨在巩固每一个学生对所归纳、学习的知识的理解,初步理解、体
会所学的知识,并用来解决一些简单的问题;“思考·运用”是学生借助所学的知识,经过深入的思考,
能解决的一些较复杂问题,关注研究方法、思想方法的运用;“拓展·提高”所选问题充分关注探究性、
创造性、开放性,是经过努力解决所提出的问题,主要着眼于鼓励学生自主检查获得知识的能力,提高理
性思维水平,增强学习的自信心,形成坚强意志品格的磨炼.
1
.
1
章头图、章首语、引言与核心问题
章头图给出本章核心概念或原理的直观形象。引言说明数学的来历,提出本章的核心问题或研究方法
正文建立数学理论、给出运用、研究方法。本章回顾是由厚到薄的反思过程,对全章作概括、整理、提升。每
一个环节“入口”紧密相连,循序渐进,“寓意”不断加深。
第
1
章《集合》的章头图是原野上的一群大象,你可以把象群看做是一个整体,其中的每头象都是这
个整体的一个元素,你也可以把整个原野系统看做是一个整体,其中的每个生物(一草一木一象一土)都
是这个整体的一个元素.正像章首语中说的“同一类对象汇聚在一起”就成了集合,关键是你以什么标
准来“分类”,以确定那些对象“汇聚在一起”.
第
2
章《函数的概念与图象》的章头图是阳光下的山脉,近处的雪山上有人在滑雪,远处的山坡陡峭
各异,山梁波澜起伏,天空中直升机在翱翔,寓意着“天地间万物共存在,世界万物都在发生变化”,
需要人们用“相互联系、运动变化”的观点去描述、刻画、研究这样的现象.章首语和引言指出了本章的核
心问题“用数学模型刻画两个变量之间的依赖关系”.
第
3
章《指数函数、对数函数和幂函数》的章头图是热带海滨,浩瀚的海面卷起波浪,平静的沙滩上生
长着挺拔的棕榈树,瞭望亭有漫步的游客,预示着大千世界在不断发生着变化,我们需要去研究这些变
化.章首语和引言指出“函数是研究自然界变化的重要工具”.
1
.
2
载体的选择
函数概念的引入,选择了三个实例,分别体现了函数的三种表示方法;函数性质的研究,以初中学
习的三类函数:一次函数、二次函数、反比例函数为载体;函数的应用,又以三类函数:指数函数、对数函
数、幂函数为载体.这种选择研究函数载体的方式在后续的相关模块中一如既往地体现,如三角函数的研
究以正弦函数、余弦函数、正弦函数为载体,数列的研究以等差数列、等比数列、分式数列为载体,等等.
1
.
3
内容和方法
函数性质的研究,是利用“对应法则有意义”求出函数定义域的基础上,借助函数的图象,感知了
函数的值域、奇偶性、单调性,最终进行代数刻画.反过来又用代数刻画来研究一次函数、二次函数、反比
例函数的性质.在学习指数函数、对数函数、幂函数时,又是同构这样的研究方法,利用数形结合思想对
这三类函数的性质进行研究.直至三角函数,甚至用导数的方法研究函数的性质,都是遵循这样的研究
方式.只不过是研究的内容越来越丰富,刻画的性质越来越精细.
1
.
4
本章小结
每一章的“本章小结”对本章的主要内容、知识方法和运用函数知识解决解决问题的流程做了总的概
括,并给出了知识结构框图,更直观地体现了“同构”的思想,例如,第三章的知识结构框图如下图所
示.
2
问题情景
背景 函数 应用
性质表示概念
背景
指数函数
应用
性质
表示 ( 解析式、图象)
概念
背景
指数函数
应用
性质
表示 ( 解析式、图象)
概念
2 研究方式为架构的螺旋式上升
函数性质的研究,从“以一次函数、二次函数、反比例函数为载体,以图像为立足点,研究函数的定
义域、值域、奇偶性、单调性”开始,上升到对一般函数的这些性质的代数刻画,又在一般理论的指导下,
用同样的方式对指数函数、对数函数、幂函数进行了研究,进一步加深了对函数性质及其研究方式的理解
在此基础上,利用函数的性质研究函数与方程的问题,螺旋式前进,使得认识逐步升华.其实在后续的
研究中,这种模式继续呈现,如对三角函数的性质研究,就是通过对三角函数线或三角函数图象的观察
得出的,同时又发现了三角函数的周期性,内容更丰富,研究方式更灵活.数形结合,以形助数,以数
说形,隐含了“当函数
f(x)
分别满足下列条件:
f(
-
x)
=
f(x)
,
f(
-
x)
=-
f(x)
,
f(a
-
x)
=
f(a
+
x)
,
f(a
-
x)
=-
f(a
+
x)
,
f(a
+
x)
=
f(x)
时的图象特征”.至于用函数的性质研究数列、不等式的性质,就是函数性质的应用
了.函数性质的全面、深刻、微观的刻画,就要留待函数的导数来解决了.
3 集合论为基础的函数主线设计
3.1 背景分析
函数是高中数学学习的核心内容,是数学的重要的基础,也是其他学科研究问题和解决问题的工具.
函数关系像一座桥梁把两个变量联系起来,蕴涵着极其丰富的辩证思想.
必修 1 是在进化论的基础上,学习函数的概念和图象、函数的表示方法、函数的简单性质,体会函数、
方程之间的密切关系,为进一步学习数列、不等式、向量、导数、曲线与方程等知识做好准备.
学习数学是“线性序”活动,但数学本身不是“线性的”,即人们可以从一个知识出发,推出后面
的知识,也可以从另一个知识出发,按照一定的顺序推出来.也就是说,人们可以从不同的角度出发,
从局部到整体,再从整体到局部,把所学的知识有机地联系起来.函数思想就是高中数学课程的一条主
线,链接起了高中数学课程的许多内容.
3.2 理解集合的概念
本章的设计思想是从具体实例入手,引出集合的描述性定义,并通过实例进一步引导学生分析和理
解集合的特征,尤其是集合的确定性,并从不同的角度分析集合的表示法。
集合是集合论中原始的、不定义的概念,学生在义务教育阶段就已接触了集合,如:自然数集、有理
数集、实数集等等,只是没有明确提出来.教学中应结合学生已学过的数学内容以及生活中的实例,使学
生感受集合的意义,以及集合语言在描述客观世界中具有某种特性的对象、在数学和数学学习中的价值。
在的教学过程中,要根据具体问题,恰当选择用自然语言、图形语言、集合语言(列举法或描述法)
表示相应的数学内容,这不仅是学习集合语言的需要,更是培养学生数学语言转换能力的需要。
1.3 理解集合中的关系与运算
集合中的关系包括:元素与集合的属于关系、集合与集合之间的包含(子集)关系、集合与集合之间的互
为补集关系.这三种关系反映了个体与整体、局部与整体、非此即彼的对立的关系
集合的运算是“按照某种确定的规则,由若干个集合得到一个新集合的过程”,包括“补”、“交”
“并”三种运算.把补集、交集、并集看作是集合运算的结果,使学生对数学运算的含义有了新的认识.
新的运算对象和规则拓宽了学生的视野,为以后学习新的数学运算作了铺垫.在习题中,通过阅读题给
出了两个集合的差的运算,这是补集概念和集合运算的延续,是对补集概念的再认识,让学生进一步体
会集合运算的含义,但不要求学生会求两个集合的差集.
3.4 注重函数概念的建构过程
学生在初学函数以及后续学习中,会遇到很多困难,这与教师在函数概念的教学中所采用的教学方
式有着密切关系.以往教材的呈现方式和课堂讲授方法,虽然能较好地界定函数概念的内涵和外延,但
由于函数概念本身的抽象性,学生接受起来还是有较大的困难.新课标更多地强调在数学情境下,学生
主动进行知识的建构.
函数概念的引入应注意“入口浅”,即教师通过创设符合学生实际的数学情境,从贴近学生实际出发
提供素材.教材中分别用解析法、列表法和图象法给出了三个具体的实例,意在呼应下一节的三种表示法
寓意深刻.教师也可以结合所教班级的实际再补充一些实例,如加油站给汽车加油时油量与金额之间的
关系、个人所得税与薪金之间的关系等.
因为学生初中对函数已经有了初步的认识,进入高中后又学习了集合的概念与运算,函数的概念引
入,可以从让学生利用集合语言描述函数特征开始,可以设计如下问题串:
问题 1 在上面的例子中,是否确定了函数关系?为什么?
问题 2 在上面的例子中,涉及哪些集合?其中的表格、表达式和图象的作用是什么?
问题 3 如何用集合语言阐述几个实例共同特点?
①你的结论是否正确地概括了例子的共同特征?
②你在初中学习过的函数都有这样的特征吗?
3
③你现在的认识与初中函数概念是否有本质上的差异?
在进一步体会两个变量之间的依赖关系的基础上,学习用集合的语言来刻画单值对应,领悟函数就
是从一个非空数集到另一个非空数集的单值对应.“箭头图”给出了“单值对应”从一个集合到另一个
集合的方向性,应突出“输入”与“输出”的关系,发展学生的数感、符号感.可以结合课本中旁注的示
意图帮助学生理解符号 f(x)的意义:对应法则 f 对自变量 x 作用.对于给定的函数,要求学生能够用普通
语言叙述其对应法则,例如,函数 f(x)=2x+1 的对应法则就是“2 倍加 1”.强调函数符号“y=f(x)”是
“y 是 x 的函数”的数学表示,其含义是“f 对 x 作用得到 y”或“x 被 f 作用得到 y”.应指出 f(a)与 f(x)既
有区别又有联系,f(a)是 f(x)在 x=a 的情况下的一个函数值,一般地,f(a)是一个特殊值,而 f(x)是一个变
量.
3.5 关于映射
以前的教材是用映射来定义函数.事实上,从数学的发展史上来看,是先有函数,再通过函数概念
的一般化,得到了更一般的对应关系——映射.因此映射比函数更抽象.教材就是把映射看成是函数概
念的推广,是先特殊再一般,其目的是考虑与初中知识的自然衔接,同时更符合学生的认知规律.
映射的要求是:了解映射的概念,会借助图形帮助理解映射的概念,并了解函数是两个非空数集之
间的映射.教学时应先从学生熟悉的对应入手,选择一些生活、数学中的“一对多”、“多对多”、“多对
一”、“一对一”的实例,结合图示,引导学生观察、比较,逐步归纳、概括出映射的基本特征,辨析映射
和函数的关系.
教材中没有涉及到象和原象的概念,更没有映射的分类,不要拓宽和加深.
3.6 关于反函数
新教材降低了对反函数的要求,只要求知道指数函数 y=a
x
和对数函数 y=log
a
x(a>0,a≠1)互为反
函数.对反函数的一般概念、判断一个函数是否存在反函数以及求函数的反函数等均不作要求.教学中,
可以让学生结合图象体会,不必要对此作过多的研究,对有兴趣的学生,可以指导其阅读教材中链接的
内容,结合对数函数产生的背景,体会求一个函数的反函数的步骤.
3.7 关于幂函数
幂函数是我们生活中既熟悉又陌生的一类函数模型,它的解析式虽然简单,但其性质却比较复杂.
新教材对幂函数的要求不高,只要求会画几个特殊的幂函数(y=x,y=x
2
,y=x
3
,y=x
-1
,y=x)的图象,
并能通过图象了解它们的主要性质.
由于学生已经有了学习指数函数、对数函数的经历,给出幂函数的概念后,可以让学生画出五个幂函
数的图象,根据图象,合作探究幂函数的性质.
至于指数的变化对幂函数图象和性质的影响,有条件的学校,可以利用 Excel、几何画板等工具作动
态演示,让学生有感性认识即可.
3
.
8
函数的应用设计
3
.
8
.
1
应用的层次性
由于数学学科本身具有逻辑严密的特点,前面知识的学习为学习后面的知识做准备,因此作为数学
知识中基础性、工具性的函数知识,经常在在后续的其它数学内容的学习中体现出来,应用到现实情境和
其他学科中也是一个必然的结果.由于高中学生学习的知识毕竟有限,这就决定了他们应用数学知识解
决现实问题有一定的局限性,充其量只能解决“准数学问题”,至少是经过人为加工的“半数学化”的
问题.但是,我们应该从函数的应用开始,为培养学生将数学应用到现实生活中的意识搭建平台,从而
逐步形成“发现问题”、“提出问题”、“分析问题”、“解决问题”的能力.逐步培养学生养成运用数学
语言的习惯,进一步提高学生灵活进行“自然语言”和“数学语言
(
符号语言、图形语言
)”
相互转化的能力.
3
.
8
.
2
应用与基础知识的关系
对高中教学来讲,使学生掌握函数的基础知识是教学的首要目标,应用是以掌握基础知识为前提的.
应用不仅仅是目的,更重要的是过程,即我们不仅要使学生树立起函数的应用意识,认识到函数的广泛
应用性特点和应用价值,具备应用函数解决实际问题的规律性认识和操作性能力,而且还要切切实实让
学生在应用函数中掌握函数的基础知识和数学方法,学会使用数学语言,并受到数学文化的熏陶,逐步
养成数学地观察世界、分析问题、解决问题的习惯.没有扎实的基础知识,就谈不上应用.
3
.
8
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3
应用与活动
数学不同于其他自然科学,它具有逐级抽象的特点.函数也应具有这一一般性特点:从客观实际、现
实世界中发现函数是低级抽象;脱离具体事物的数量关系研究函数是高级抽象.高级抽象是在低级抽象
基础上的进一步抽象,它的研究对象是一种形式化的思想材料,是经过人加工了的思想,是人对自然界
的概括和认识.函数的逐级抽象性的特点,说明了学生学习过程中思维发展的不同阶段和水平,因而函
数的学习活动也是分层次的.函数应用可分为四个层次:①组织数学,即通过学生自己的猜测、探索,从
现实问题情境中发现问题、提炼规律,整体地加以理解,是学生数学地组织经验材料的活动;②一般化,
4
即用数学语言模式化地去描绘、刻画经验材料,通过对脱离具体事物的数量关系的数学研究,构筑抽象理
论意义的函数思想,是学生组织经验领域的活动,是进一步抽象概括数学材料并提炼数学本质的过程;
③函数验证,即将一般化“发展”的结果以演绎推理的形式系统化、逻辑化的过程;④回归反省,即将抽
象出来的结果应用于实际,用以指导现实生活.
学生亲自感受和经历“发现”函数的过程,也就是数学再创造的过程,唯有以再创造的方式进行学
习,将函数知识的发生发展过程理清,才能象高一阶段迈进.传统的数学课程只是按照以形式化了的现
成的数学规则去操作,现在的数学新课程强调了经验材料的数学组织和数学的应用.
“函数的应用”是一个非常广泛的的话题,不仅是课程、教学思想的问题,还应该在教学中培养学生
的应用意识,在平时的教学中去实现.
3
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8
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4
应用与信息技术
计算机
(
器
)
的普及,为数学的应用提供了先进的计算工具,更便于处理实际数据,使应用问题更加真
实,切合实际;利用信息技术辅助课堂教学,可以使抽象的数学知识以直观的形式出现,能更好地帮助
学生思考知识间的联系,促进新的认知结构的形成;良好的演示平台,使数学应用有了广阔的空间,计
算机的动态变化可以将形与数有机结合起来,把运动和变化展现在学生面前,使学生由形象的认识提高
为抽象的概括,这对于培养学生良好的思维习惯会起到很好的效果.
但是也应注意,计算机的演示只能是帮助学生思考,而不能代替学生思考. 在信息技术环境发展的
背景下,教师应当以学生为中心,以问题共同解决、培养能力为中心, 恰当地给予提示,引导学生进行
合作学习,结合计算机的演示帮助学生完成思考过程,形成对概念的理解.
4
同一背景下知识生成因子设计
教材中多次出现了在同一背景下提出新问题、生成新知识的设计,例如,第二章中,由气温曲线分别
引出了函数的概念、单调性、甚至最大(小)值;第三章中,细胞分裂、放射性物质的剩留量模型,既是建立
指数运算、指数函数的范例,又是引出对数概念,建立对数函数的情境.这样的设计,意在培养学生用数
学的眼光观察世界,数学地分析、思考问题的品质,体现了数学来源于实际,又服务于实际的特点.
通过本模块的学习,逐步培养学生养成用数学的观点和思维准确、清晰、有条理地表述问题、解决问题
的习惯,感受数学的形式化、符号化特征,形成、提高数学表达和交流的能力,体会数学与现实世界有着
重要的联系,明白数学是一个需要暂时脱离物质运动形式进行研究的具有“高度抽象性”的学科,比解
决具体的实际问题深刻的多,逐步形成辩证的思维品质.
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