数学课程设计中的数学思维阶段性发展
字数 1911 2025-12-09 16:18:35
数学课程设计中的数学思维阶段性发展
这个词条关注的是如何根据学生认知发展的普遍规律,来设计数学课程内容、教学方法和评价体系,使课程的推进与学生数学思维能力的逐步提升相匹配。下面我将为你循序渐进地分解讲解。
第一步:理解“数学思维阶段性发展”的理论基础
其核心理论基础是认知发展理论,特别是皮亚杰的认知发展阶段论。该理论认为,儿童的认知发展会依次经历感知运动阶段、前运算阶段、具体运算阶段和形式运算阶段。每个阶段的思维方式有质的区别。在数学课程设计中,这意味着:
- 课程内容不能超前:例如,在儿童尚未完全建立“可逆性”(具体运算阶段标志)时,强行教授依赖于抽象符号运算的方程变换,是低效甚至有害的。
- 学习路径应有阶梯:学生的数学思维发展是一个从具体实物操作,到半具体表象(如图形、图表),再到抽象符号和逻辑推理的递进过程。课程设计需要搭建并顺应这个阶梯。
第二步:明确数学思维发展的主要阶段特征(以核心数学概念为例)
在课程设计中,通常可以概括为以下几个关键阶段:
- 动作感知阶段:思维依赖具体的物理操作和直接感知。例如,理解加法,需要通过合并两组实物(如积木)来体验“总数”的增加。
- 表象形成阶段:能脱离具体实物,借助图形、图表、示意图等表象进行思考。例如,用画圆圈代表苹果来解决“5个苹果吃了2个还剩几个”的问题,不再需要真实的苹果。
- 具体符号阶段:开始理解并使用数学符号(如数字、运算符号)来表示具体情境,但思维仍需具体情境或熟悉模型的支撑。例如,能列出“5-2=3”来解决上述苹果问题,但对“-2”的理解仍绑定在“拿走、减少”这类具体动作上。
- 抽象符号与逻辑阶段:能够纯粹在符号和公理系统内进行运算和推理,理解概念的抽象本质和一般性。例如,能理解“a - b”可以表示欠债、温差、变化量等多种抽象关系,并能进行形式化的代数变换和逻辑证明。
第三步:在课程设计中实现“阶段性”原则的操作方法
课程设计者需要在目标、内容、活动和评估中体现阶段性。
- 目标分层设定:针对同一核心概念,设定不同思维层次的学习目标。例如,对于“分数”:
- 初级阶段(具体):能通过等分实物模型(如圆形、长方形纸片)识别和表示几分之一。
- 中级阶段(表象/具体符号):能在数轴上标出简单的分数,比较同分母分数大小。
- 高级阶段(抽象):理解分数作为“一个数”的本质,能进行异分母分数的运算,并将其作为两个整数相除的结果或比值来理解。
- 内容螺旋式编排:采用“螺旋式课程”结构,将重要的数学思想(如函数、对称)在不同学段重复出现,但每次重复都在更高思维层次上进行深化和扩展。例如,“变量”概念可能在小学是具体的“变化的数”,在初中是代数式中的字母,在高中则与函数、参数方程紧密联系。
- 教学活动序列化设计:为达成一个高阶思维目标,设计一连串从低阶到高阶的递进性活动。例如,为了培养“用字母表示数”的抽象能力,可以设计:①用具体数字描述规律;②用“□、△”等图形符号概括规律;③用字母(如n)表示任意数,并写出一般表达式。这个过程就是从具体数字思维,过渡到表象符号思维,最终迈向抽象符号思维。
- 学习材料与工具适配:在不同阶段提供匹配的认知工具。低年级多用实物、教具、积木;中年级引入图表、软件中的可视化模拟;高年级则更多使用符号系统、动态几何软件、编程环境等进行探究和推理。
第四步:评估与反馈的阶段适配性
评价方式也应与思维发展阶段相适应。
- 初级阶段:多用操作、口头解释、简单的图示来评估理解程度,而不是纸笔符号测试。
- 过渡阶段:评估学生是否能灵活地在具体情境、表象和符号之间进行转换。例如,给出一个方程,让学生用线段图表示其数量关系。
- 高级阶段:侧重于用抽象的符号、定义和定理进行严谨的推理论证,以及解决非标准化的复杂问题。
第五步:关注个体差异与阶段过渡
学生的发展速度存在个体差异,课程设计需保留弹性。
- 提供“认知桥梁”:在阶段过渡的关键点(如从算术思维到代数思维),设计充足的过渡性活动和情境,帮助学生完成思维的飞跃。例如,大量使用“数字谜”、“算式谜”作为桥梁。
- 实施差异化支持:通过形成性评估诊断学生所处的思维阶段,为仍停留在具体阶段的学生提供更多操作和表象支持,同时为已达到抽象阶段的学生设计更具挑战性的推广和证明任务。
总之,数学课程设计中的数学思维阶段性发展,要求设计者像“认知地图绘制者”一样,深刻理解数学概念的内在逻辑与学生认知发展的客观规律,并将两者精细对接,从而设计出一条坡度适宜、支撑有力、能引领每个学生思维稳步攀升的学习路径。它不是简单地“教知识”,而是“促思维生长”。