例如直线与方程一章,始终以斜率为主线,统整整个内容。具体安排为:直线的斜率,直线的方程,两条直线的平行与垂直,两条直线的交点,平面上两点间的距离,点到直线的距离。这样处理既避免了传统教材的不足,又使学生获得对解析几何处理的整体研究方法:从形到数,以数研究形。在圆的处理中,同样采取这样的方法。这样,当学生学完这部分内容后,就可以自己按照这种研究方法,独立探索其他的领域,而不是简单记忆直线方程的各种形式。
每个节(教学单元)有实现上述思想的教学目标,围绕此目标有大致统一的体例设计:包括问题情境、数学活动、意义建构、数学理论、数学运用、回顾反思等内容。在理解数学、应用数学、探究数学方面进行了周密的安排。
(2)互相联系
为了尽可能建立不同的数学内容之间的联系,使学生获得对数学的整体理解,教科书编写时充分考虑联系性。主要有以下一些安排。
①加强数学与“外部”的联系。教科书充分关注数学与自然、生活、科技、文化、各门学科的联系,让学生感受到数学与外部世界是息息相通,紧密相连的。
②加强数学自身的联系。主要加强不同章节内部的联系、同一模块内部的联系、不同模块之间的联系。教科书编写时注意先期学习的内容为后面学习作准备,后面的内容呼应前面的内容。在编写选修系列1、2时,充分考虑它们与必修模块的联系,特别是统计案例与统计初步,概率与概率初步,导数与函数,空间向量与平面向量,空间向量与立体几何等内容之间的联系。例如算法中设计抛硬币的例子、统计中设计的“数芝麻”问题都为学习概率打下伏笔。又如三角函数呼应解析几何,统计、算法呼应函数。平面向量呼应三角函数,又为三角恒等变换作准备。
加强材料的组织和数学研究方法的联系。例如:对称性在函数奇偶性、三角函数诱导公式、立体几何性质、圆的性质等方面得到统一的体现。数形结合的研究方法在函数、解析几何初步、三角函数、向量的研究中得到统一的体现。例如数形结合的研究方法在函数、解析几何初步、三角函数、向量的研究中得到统一的体现,而在不等式、圆锥曲线、导数及其应用、数系的扩充与复数的引入等内容得到进一步的体现。
教科书还注意思想方法、研究方法的前后“呼应”,前面在适当地方加以渗透,给学生留有早期的印象与准备,后面详细予以解决。例如在数学2中,空间图形的体积计算体现了“定积分”的思想,而到“定积分”的内容中就给予详细的解决;直线斜率有“导数”的影子,而在“导数”概念引入时,就充分考虑“以直代曲”,等等。三角函数习题中有“级数展开”的背景,“二分法”中有逼近思想,等等。
③ 加强教科书各栏目之间的联系,主要加强背景、内容、例题、练习、习题、复习题之间的联系;加强章背景、节背景、解决问题的背景之间的联系;加强章问题、节问题、内容呈现的问题、例题、习题中的问题之间的联系;加强章首引言提出的思想、内容展开的研究方法、解决问题中需要的方法、章回顾中的总结之间的联系。
3.教科书给学生留有足够的空间,促进学生主动参与
教科书创设问题情境,为学生活动提供空间。从学生熟悉的情境、具体实例引入教学内容,让学生在具体情境中通过观察、操作、探究、猜想、发现等活动感悟并获得数学概念、原理与思想方法,注重返璞归真,充分揭示数学知识的发展过程与本质。在知识的发生、发展与运用过程中,培养学生的思维能力、创新意识、应用意识。
例如函数概念,学生通过人口统计、自由落体运动规律、一天内气温变化图等熟悉的实例的分析归纳,从中认识函数的本质特征:对于数集A中每个“输入值”,按某种法则f,唯一地对应着数集B中的一个“输出值”。例如,在引入正弦定理时,首先让学生回顾直角三角形中的边角关系,进而提出任意三角形中的问题,为学生探究活动提供空间。在推理与证明中,通过大量的案例让学生自己总结提炼有关过程与方法。
教科书及时吸收现代认知心理学、学习理论的最新研究成果,充分考虑学生的认知起点与数学的逻辑起点的有机协调,利于学生主动参与学习。
例如关于“算法初步”的内容。学生根据国际奥委会投票表决2008年奥运会主办城市的操作程序,写出流程图,发现算法中需要重复执行同一操作,从而学习循环结构。在知识的运用中培养思维能力。
学习对数时,先让学生类比猜想对数性质,再呈现Excel提供的数据,让学生观察log2M、log2N、log2(MN)、log2M+log2N等之间的关系,加以比较分析,探索得出如下对数运算法则:loga(MN)=logaM+logaN,再从对数定义出发加以证明。
在“椭圆”的引入中,首先提出两个背景问题:一些实际图形象椭圆,但“它们究竟是不是椭圆?”,一些仪器是利用椭圆性质制造的,“怎样设计才能精确地制造它们?”,这样,激发学生的好奇心,产生探究的欲望,引导学生关注解析几何的两个主问题:“怎样建立方程”、“如何根据方程研究性质”,使学生的认知起点与这里的数学逻辑起点相联系,从而促进思维能力的发展。
在学习完椭圆后,及时提出:“前面我们已经知道,椭圆上的点到两个定点距离之和等于常数,并且焦点在x轴上的椭圆的标准方程为。双曲线上的点到两个定点距离之差的绝对值等于定值.那么,双曲线的标准方程是什么形式呢?”。引导学生类比提出猜想,例如双曲线标准方程可能为 。为了验证这个猜想,学生会自觉利用解析几何的研究方法来寻找双曲线的方程。
在“导数概念”的编写中,追求建立导数概念的过程,而不过分强调形式化定义。先通过实例(体重在一段时间内的平均变化率,体积在一段时间内的平均变化率,函数在某一区间上的平均变化率)直观感知平均变化率,进一步通过学生熟悉的问题(曲线上一点的切线,瞬时速度与瞬时加速度)理解瞬时变化率,在这个过程中逐步形成导数概念的表象,最后才给出导数概念的定义。这样,当学生学完这部分内容后,就可以自己按照这种研究方法,独立探索其他的领域,而不是简单记忆导数的形式化定义及各种公式。
教科书充分创造探究机会,促进学生主动探究。从情景到问题的提出、从问题到数学的建立、从数学到问题的解决等过程都需要进行探究才能完成。