中学数学教学案例课件.ppt
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1、中学数学教学案中学数学教学案例及理论依据例及理论依据 v本次课给大家提供一种教学参考视角本次课给大家提供一种教学参考视角v您坚持独立思考(犹如吃饭)您坚持独立思考(犹如吃饭)v知其然知其所以然知其然知其所以然v大处着眼、小处着手(小中见大)大处着眼、小处着手(小中见大)基于基于HPM的教学案例的教学案例v 数学教师的三重境界:数学教师的三重境界:v停留在知识层面停留在知识层面教书匠;教书匠;v体现数学思维体现数学思维智者;智者;v进行文化熏陶进行文化熏陶大师大师。(润物细无声)。(润物细无声)(了解一些数学史和数学思想史)(了解一些数学史和数学思想史)一、数学史对于数学学习的意义一、数学史对于
2、数学学习的意义 几种观点:几种观点:1.荷兰数学教育家弗赖登塔尔:荷兰数学教育家弗赖登塔尔:没有一种数学思想是按照它被发现没有一种数学思想是按照它被发现时的方式加以发表的。一种技巧发展了、时的方式加以发表的。一种技巧发展了、使用了,一个问题得以解决了,就把使用了,一个问题得以解决了,就把解决问题的程序颠倒过来。解决问题的程序颠倒过来。(于是)火热的发明变成了冰冷的美丽。(于是)火热的发明变成了冰冷的美丽。2.美国数学家、数学史家美国数学家、数学史家M克莱因:克莱因:通常的一些数学课程也使人产生一种错觉。通常的一些数学课程也使人产生一种错觉。它们给出一个系统的逻辑叙述,使人们有这它们给出一个系统
3、的逻辑叙述,使人们有这种印象:数学家们几乎理所当然地从定理到种印象:数学家们几乎理所当然地从定理到定理,数学家能克服任何困难,并且这些课定理,数学家能克服任何困难,并且这些课程完全经过锤炼,已成定局。学生被湮没在程完全经过锤炼,已成定局。学生被湮没在成串的定理中,特别是当他们正开始学习这成串的定理中,特别是当他们正开始学习这些课程的时候。些课程的时候。v从古代埃及人和巴比伦人开始直到韦达和笛从古代埃及人和巴比伦人开始直到韦达和笛卡儿,没有一个数学家能意识到字母可用来卡儿,没有一个数学家能意识到字母可用来代表一类数。代表一类数。v数学家花了约一千年才理解负数。数学家花了约一千年才理解负数。v数学
4、家花了几千年时间才理解无理数。数学家花了几千年时间才理解无理数。v历史上数学家所遇到的困难,历史上数学家所遇到的困难,正是学生也会遇到的学习障碍,正是学生也会遇到的学习障碍,因而数学史是教学的指南。因而数学史是教学的指南。3.美籍挪威数学家菲尔兹奖、沃尔夫奖获得者美籍挪威数学家菲尔兹奖、沃尔夫奖获得者塞尔伯格:塞尔伯格:v我曾经跟很多已成为数学家的人谈起他们在我曾经跟很多已成为数学家的人谈起他们在中学所学的数学。他们中的大多数并非从中中学所学的数学。他们中的大多数并非从中 得到特别的鼓舞,而是自学自己偶然碰到的或得到特别的鼓舞,而是自学自己偶然碰到的或以某种方式得到的课外读物,我自己就是一以某
5、种方式得到的课外读物,我自己就是一例。我认为对中学的数学一定要重新斟酌,应例。我认为对中学的数学一定要重新斟酌,应增加一些涉及如何发现并令人振奋的内容。增加一些涉及如何发现并令人振奋的内容。v人的一生经历的人类进化过程。人的一生经历的人类进化过程。v二、二、HPM简介简介v国际上的国际上的HPM小组,全称是小组,全称是International Study Group on the Relations between History and Pedagogy of Mathematics (数学史与数学教育关系研究国际组数学史与数学教育关系研究国际组),成立于,成立于1972年。年。1.数学史
6、在数学教学中的作用数学史在数学教学中的作用v汪晓勤等的观点:汪晓勤等的观点:v(1)激发学生学习的兴趣。)激发学生学习的兴趣。数学家的故事、数学概念的起源、古今数数学家的故事、数学概念的起源、古今数学方法的对比等,都可起到激发学生学习兴趣学方法的对比等,都可起到激发学生学习兴趣的作用。这些故事拉近了数学家与普通学生的的作用。这些故事拉近了数学家与普通学生的距离,数学发现不再神秘。距离,数学发现不再神秘。(2)对学生的人格成长产生启发作用。)对学生的人格成长产生启发作用。v(3)不同时空数学的思想的对比有利于拓展)不同时空数学的思想的对比有利于拓展学生的视野,培养学生全方位的认知能力和学生的视野
7、,培养学生全方位的认知能力和思考弹性。思考弹性。v比如勾股定理,古代中国、希腊、印度,近比如勾股定理,古代中国、希腊、印度,近代欧洲都有证明,这些证明可以引入课堂。代欧洲都有证明,这些证明可以引入课堂。张奠宙教授认为,一堂勾股定理课,可以上张奠宙教授认为,一堂勾股定理课,可以上成一堂数学史课。当然,不是为了上数学史成一堂数学史课。当然,不是为了上数学史课,而是可以帮助学生更好的理解数学。课,而是可以帮助学生更好的理解数学。v(4)学生了解数学的多元文化意义。)学生了解数学的多元文化意义。v英国数学史家英国数学史家John Fauvel总结了应用数学总结了应用数学史于数学教学的各种理由如下史于数
8、学教学的各种理由如下:v(1)增加学生的学习动机增加学生的学习动机;v(2)改变学生的数学观改变学生的数学观;v(3)因为知道并非只有他们自己有困难因为知道并非只有他们自己有困难,因因而会感到安慰而会感到安慰;v(4)使数学不那么可怕使数学不那么可怕;v(5)有助于保持对数学的兴趣有助于保持对数学的兴趣v(6)给予数学以人文的一面给予数学以人文的一面;v(7)有助于解释数学在社会中的作用有助于解释数学在社会中的作用;v(8)有助于发展多元文化进路有助于发展多元文化进路;v(9)历史发展有助于安排课程内容顺序历史发展有助于安排课程内容顺序;v(10)告诉学生概念如何发展告诉学生概念如何发展,有助
9、于他们对有助于他们对概念的理解概念的理解v(11)通过古今方法的对比通过古今方法的对比,确立现代方法的价值确立现代方法的价值;v(12)提供探究的机会提供探究的机会;v(13)过去的发展障碍有助于解释今天学生的学习困过去的发展障碍有助于解释今天学生的学习困难难;v(14)鼓励优秀生看得更远鼓励优秀生看得更远;v(15)提供跨学科合作的机会提供跨学科合作的机会.v因此因此,正如正如John Fauvel和和VanMannen所指出的那所指出的那样样,“对于数学史引入数学教学的研究对于数学史引入数学教学的研究,乃是数学教乃是数学教学研究的重要组成部分学研究的重要组成部分”2.数学史融入数学教育的方
10、法数学史融入数学教育的方法vJohn Fauvel总结了数学史的各种用法如下:总结了数学史的各种用法如下:v(1)介绍历史上数学家的故事介绍历史上数学家的故事;v(2)运用历史引入新概念运用历史引入新概念;v(3)促使学生理解促使学生理解,为他们所学概念提供解答的历为他们所学概念提供解答的历史问题史问题;v(4)讲授数学史课讲授数学史课;v(5)利用历史上的数学教材设计课堂练习和作业利用历史上的数学教材设计课堂练习和作业;v(6)举办历史主题的展览举办历史主题的展览;v(7)运用历史上的典型例子来说明方法和技运用历史上的典型例子来说明方法和技术术;v(8)探索过去的错误、另类观点以帮助今天探索
11、过去的错误、另类观点以帮助今天的学习者理解并解决困难的学习者理解并解决困难;v(9)借鉴历史设计一个话题的教学方法借鉴历史设计一个话题的教学方法;v(10)基于历史信息进行课程的整体设计基于历史信息进行课程的整体设计.v(1)直接利用历史材料)直接利用历史材料v(2)发生教学法)发生教学法v3.发生教学法发生教学法v只有当主体产生足够的动机,或只有在主体心理发只有当主体产生足够的动机,或只有在主体心理发展的某个适当时间,才开始让他们学习某个主题展的某个适当时间,才开始让他们学习某个主题也就是说,当主体面对一些用已有知识无法解决的也就是说,当主体面对一些用已有知识无法解决的问题,感到有学习新方法
12、或理论的必要性时,教师问题,感到有学习新方法或理论的必要性时,教师才开始讲授这种新的方法或理论才开始讲授这种新的方法或理论。(不愤不启,不。(不愤不启,不悱不发)悱不发)v数学史上新概念、新思想、新方法、新理论的出现数学史上新概念、新思想、新方法、新理论的出现正是由于解决问题的需要。而历史的演变进程帮助正是由于解决问题的需要。而历史的演变进程帮助人们认识问题产生的背景、难点及数学上的伟大突人们认识问题产生的背景、难点及数学上的伟大突破如何产生。破如何产生。发生法教学法常遵循以下步骤:发生法教学法常遵循以下步骤:(1 1)教师了解所教主题的历史;)教师了解所教主题的历史;(2 2)理解该主题历史
13、进化的关键步骤;)理解该主题历史进化的关键步骤;(3 3)在现代情境下重构推动进化的关键思想或问题,)在现代情境下重构推动进化的关键思想或问题,使之在教学上适合介绍新的概念、方法或理论这使之在教学上适合介绍新的概念、方法或理论这样通常意味历史进化不是严格地遵循着;样通常意味历史进化不是严格地遵循着;(4 4)上述重构的步骤按从易到难的系列问题给出,后)上述重构的步骤按从易到难的系列问题给出,后面的问题建立在前面问题的基础上,采取有序的问面的问题建立在前面问题的基础上,采取有序的问题驱动模式。题驱动模式。v v 平方差公式的教学平方差公式的教学 关于平方差公式的历史考察关于平方差公式的历史考察:
14、巴比伦(约前巴比伦(约前1700年):已知两数的和与积,求两年):已知两数的和与积,求两数。数。设设 根据第一个方程,设根据第一个方程,设代入第二个方程,求得代入第二个方程,求得t,进而求出,进而求出 。欧几里得(前欧几里得(前3世纪):世纪):丢番图(丢番图(3世纪):已知两数的和与积,求两数。世纪):已知两数的和与积,求两数。“和差法和差法”刘徽刘徽/赵爽(赵爽(3世纪):对平方差公式作几何证明。世纪):对平方差公式作几何证明。在以在以C为边长的正方形内部作一个边长为边长的正方形内部作一个边长 为为b的正方形,则余下的矩形面积等于的正方形,则余下的矩形面积等于 以以c-b为宽,以为宽,以c
15、+b为长的矩形面积为长的矩形面积。婆什迦罗(婆什迦罗(1114-1185):在):在丽拉沃蒂丽拉沃蒂中给中给“平方合并算平方合并算”法则:法则:“若以原数之差去除平方之差,若以原数之差去除平方之差,则为原数之和。则为原数之和。”韦达(韦达(1540-1603):):重演历史重演历史v第一步:第一步:v第二步:第二步:v练习:练习:v求下列乘积求下列乘积v(1)1005995 (2)391409v(3)811789 (4)20111989第三步:第三步:问题:任一长方形面积是否都等于两个正方形问题:任一长方形面积是否都等于两个正方形 面积之差面积之差v v 一元二次方程一元二次方程v 一元二次方
16、程的历史考察一元二次方程的历史考察v大英博物馆藏巴比伦泥版大英博物馆藏巴比伦泥版BM13901上有如下问题:上有如下问题:“正方形面积与边长之和为正方形面积与边长之和为 ,求边长,求边长.”即解方程即解方程将置于正方形一边上的长为将置于正方形一边上的长为1、宽与正方形边长相等、宽与正方形边长相等的长方形按虚线剪开,剪下的一半置于正方形的另一的长方形按虚线剪开,剪下的一半置于正方形的另一边,然后补一个边长为边,然后补一个边长为 的小正方形,即得一大正方的小正方形,即得一大正方形,其面积为形,其面积为 ,边长为,边长为1,减去,减去 ,即得所求正,即得所求正方形的边长方形的边长.v类似地,耶鲁大学
17、所藏巴比伦泥版类似地,耶鲁大学所藏巴比伦泥版YBC6967上的一个问题,上的一个问题,已知两数乘积为已知两数乘积为60,它们的差为,它们的差为7,求这两个数,求这两个数.(解方程(解方程 )v以今天的记数法来表示,解法如下:取以今天的记数法来表示,解法如下:取7的一半,得的一半,得 ,自乘,得自乘,得 ;与;与60相加,得相加,得 ,开方,得,开方,得 .记下记下 ,分别减,分别减去去 和加上和加上 ,得一数为,得一数为5,另一数为,另一数为12.v9世纪,阿拉伯数学家花拉子米也用上述方法世纪,阿拉伯数学家花拉子米也用上述方法来解一元二次方程来解一元二次方程.在在代数学代数学中,花拉子中,花拉
18、子米给出一元二次方程米给出一元二次方程 的两种几何方法的两种几何方法:v v 一元二次方程的教学一元二次方程的教学v第一步:第一步:几何方法之引入几何方法之引入v先让学生分组合作,用任何方法解下面的问题:先让学生分组合作,用任何方法解下面的问题:问题问题1:已知矩形的半周长为:已知矩形的半周长为20,面积为,面积为96。求矩形的长和宽。求矩形的长和宽。在学生完成之后,教师在黑板上用硬纸板介绍几何方法如下:在学生完成之后,教师在黑板上用硬纸板介绍几何方法如下:(1)取边长为)取边长为10的正方形,其面积为的正方形,其面积为100;(2)割去面积为)割去面积为4的正方形(边长为的正方形(边长为2)
19、,余下的面积为),余下的面积为96。(3)按虚线剪去小矩形(长为)按虚线剪去小矩形(长为8,宽为,宽为2););(4)将小矩形竖直放置在右侧)将小矩形竖直放置在右侧.v v于是,所求的矩形长为于是,所求的矩形长为12,宽为,宽为8.v 接着,教师让学生用几何方法解类似的问题:接着,教师让学生用几何方法解类似的问题:“已知矩形已知矩形的半周长为的半周长为12,面积为,面积为30.求矩形的长和宽求矩形的长和宽.”让学生书面总让学生书面总结解这类问题的一般步骤结解这类问题的一般步骤.v第二步,第二步,合作讨论与提出问题合作讨论与提出问题v 分组讨论解上述问题的步骤、出现矛盾的情形,每组选分组讨论解上
20、述问题的步骤、出现矛盾的情形,每组选一名代表向其他组介绍自己所在组的讨论结果一名代表向其他组介绍自己所在组的讨论结果.接着,教师接着,教师让学生自己提出类似问题,分别要求:(让学生自己提出类似问题,分别要求:(1)所求矩形的长)所求矩形的长和宽为整数;(和宽为整数;(2)所求矩形的长和宽不能为整数)所求矩形的长和宽不能为整数.第三步,新的矩形问题第三步,新的矩形问题v教师提出新的问题:教师提出新的问题:v问题问题2 矩形的长为矩形的长为10,宽未知,宽未知.在矩形一边放一正在矩形一边放一正方形,如图所示方形,如图所示.已知矩形和正方形面积之和为已知矩形和正方形面积之和为39.问矩形的宽为多少?
21、问矩形的宽为多少?用解问题用解问题1的方法来解本题的方法来解本题.教师用硬纸板来演示新的解法:(教师用硬纸板来演示新的解法:(1)将原矩形沿竖直方向分割)将原矩形沿竖直方向分割成两半;(成两半;(2)其中一半粘到正方形的底边;()其中一半粘到正方形的底边;(3)在右下角补)在右下角补一个边长为一个边长为5的小正方形的小正方形.于是,整个正方形的面积为于是,整个正方形的面积为39+25=64,从而得边长为,从而得边长为8.因此,因此,.接着,教师让学生解类似的问题,并书面总结解这类问题的接着,教师让学生解类似的问题,并书面总结解这类问题的一般步骤一般步骤.v第四步,第四步,合作讨论与提出问题合作
22、讨论与提出问题v分组讨论解上述问题的步骤分组讨论解上述问题的步骤.每组选一名代表向其他每组选一名代表向其他组介绍自己所在组的讨论结果组介绍自己所在组的讨论结果.然后,教师让学生自然后,教师让学生自己提出类似问题,分别要求:(己提出类似问题,分别要求:(1)矩形的长和宽)矩形的长和宽为整数;(为整数;(2)矩形的长和宽为分数;()矩形的长和宽为分数;(3)矩形的)矩形的长和宽为无理数长和宽为无理数.v第五步,第五步,求根公式的再发现求根公式的再发现v引导学生用字母引导学生用字母b表示问题表示问题2中的矩形的长,中的矩形的长,c表示表示矩形和正方形的面积之和矩形和正方形的面积之和.分组讨论矩形宽的
23、计算公分组讨论矩形宽的计算公式:式:v教师将上述几何问题翻译成代数语言:教师将上述几何问题翻译成代数语言:v上式即为方程上式即为方程 的求根公式的求根公式 v教师让学生找出一元二次方程教师让学生找出一元二次方程 ,的求根公式的求根公式.注意:每一种教学设计会有自身的优越性和局注意:每一种教学设计会有自身的优越性和局限性。限性。v参考文献:参考文献:v1.汪晓勤等汪晓勤等.中学数学中的数学史中学数学中的数学史M.v2.汪晓勤等汪晓勤等.平方差公式的历史平方差公式的历史J.v3.皇甫华,汪晓勤皇甫华,汪晓勤.一元二次方程一元二次方程:从历史到从历史到课堂课堂J.基于积极心理学的教学案例基于积极心理
24、学的教学案例v教师教的意义是在学生那里生成了什么(包教师教的意义是在学生那里生成了什么(包括成年之后),这是教师工作的重要之处。括成年之后),这是教师工作的重要之处。一、积极情绪能够给我们带来什么?一、积极情绪能够给我们带来什么?消极情绪将我们的注意力收缩到危险的来源上,并且动员消极情绪将我们的注意力收缩到危险的来源上,并且动员我们做好战斗或逃离。消极情绪使我们为零收益型的游戏规则我们做好战斗或逃离。消极情绪使我们为零收益型的游戏规则做好准备。做好准备。积极情绪能够扩大我们的视野,使我们能够对积极情绪能够扩大我们的视野,使我们能够对更广泛的社会环境和物理环境保持清醒的意识。这种开阔的注更广泛的
25、社会环境和物理环境保持清醒的意识。这种开阔的注意范围使我们对新思想和新活动保持开放的心态,并且比平常意范围使我们对新思想和新活动保持开放的心态,并且比平常更具有创造性。因此,积极情绪为我们提供了创造更好的关系更具有创造性。因此,积极情绪为我们提供了创造更好的关系和显示更强的生产力的机会。积极情绪让我们为双赢交易或非和显示更强的生产力的机会。积极情绪让我们为双赢交易或非零收益型游戏规则做好准备。(零收益型游戏规则做好准备。(p11.seligman,2002;Isen,2000)消极情绪促使人们高度专注地进行关键性的防消极情绪促使人们高度专注地进行关键性的防卫思考和决策,其目的是查明错误并消灭之
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