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APOS案例教学法在高等数学教学中的初探

杨立芬

【摘 要】APOS案例教学法指学生在教师的指导下经过Action(操作或活动阶段)、Process(过程阶段)、Object (对象阶段)、Scheme(模型阶段)四个阶段对问题进行探讨的教学方法。在高等数学教学过程中使用APOS案例教学法,不仅分析了高等数学概念的逻辑结构,又分析了学生在学习过程中的思维过程。这种方法有利于促使学生形成相对稳定的数学概念心理图式,为学生能够运用数学解决实际问题奠定了基础。

【关键词】APOS理论;高等数学教学

目前,多数高职院校“以应用为目的,以必需、够用为目的”的原则,采取压缩公共基础课课时、增大专业课实习实训的措施。在这种情况下,多数高职教师在高数课堂上弱化基本概念的教学、偏面强调数学的应用,把高等数学的教学变成了讲例题、做练习题、答考题的应试教学模式。基本概念的教学是高等数学教学的根本,是提炼数学思想方法,培养学生创新精神的平台。笔者认为教师采用APOS案例教学法讲授数学概念,能够很好地解决了高职数学教师所面临的问题,提高学生运用数学的能力。

一、APOS理论概述

APOS理论是个体学习数学的学习理论,该理论阐述了:个体认知数学概念的过程对于数学学习有指导性的作用。活动、过程、对象和图式是个体对数学概念的认知的四个阶段,具体涵义如下:

“活动”(action)是个体对数学“对象”进行变形,这种变形在外部刺激的条件下,通过学习动作指示来获得,这种获得有时显而易见,有时来自记忆。当重复并反省“活动”时,个体能够形成内部构造,此时“活动”就内化为“过程”(process),具体表现为个体能够从逆向推到数学概念,同时构造更复杂的“活动”。个体将“过程”(process)看作整体,同时可以对概念进行变形,这时“过程”就凝聚成“对象”(object),进而个体头脑中形成一个协调的网络,即数学概念的“图式”(skema)。这个协调的网络在某种意义上能明确地或隐含地决定哪些现象是“图式”的范围。

二、APOS案例教学法

APOS理论对学生的概念理解作出了分层分析的基础上,可以预测学生对概念作出的心理建构。笔者在APOS理论的指导下,对案例教学法进行了完善。

1.概念引入

在教学中,针对不同的数学概念以实际生活或专业应用为背景引入概念,让学生亲身体验、感受概念的直观背景,并通过组织整理、分析归纳接触到的实例来直观地帮助学生形成定义,在引入概念时要充分考虑学生的认知规律,引例要遵循直观性、可接受性原则。因此,引例的选取非常重要。在高等数学教学中要有些经典引例,例如“一尺之锤,日取其半,万世不竭”、刘徽的“割圆术”、变速指点的瞬时速度、曲线的切线斜率、曲边梯形的面积、变速质点的位移。引例分析能使学生亲身体验数学概念的背景,引导其对背景分析归纳,抽象共性,直观地帮助学生形成定义,实现从具体到抽象,为概念表述做准备。总之,“活动”阶段,有利于激发学生的学习兴趣和强烈的求知欲及创造力,还有利于激发学生去构建新理论的信心和内在驱动力。

2.概括表述

概念、方法的概括,是一种逻辑方法,即用已知数学知识、方法明确另一个概念、方法内涵。在教学中要贯彻发现法的教学原则,充分发挥学生的主题能动性,为学生营造一个再造心智活动过程。美国微积分教学的“四原则”为概念、方法的表述提供了借鉴,即在数学对象阐明过程中要尽量使用图像、数值、符号和语言。用多元表征方式展现概念、方法,不仅符合学生个体认知规律,又有利于其理解。比如在对极限概念的表述过程中不仅要用自然的定性描述语言,也要用数学语言描述,同时还要用数学符号进行描述,最好再用数值化列表作图逼近的方法,具体形象地体现自变量趋于一个值时,函数值逼近某一具体值得趋近过程。培养学生用标准数学语言来表述概念,对概念表述时特别注重精确性。

3.分析解剖

当概念进入对象状态时,便呈现出一种静态结构关系,有利于从整体把握其性质。“对象”状态是通过前面的活动和抽象,个体认识了概念的本质,并赋予概念定义和符号,令其达到精致,从而成为一个具体的对象,在以后的学习中用此具体对象开展新的活动。在此过程中,对象转变为即将被操作的“实体”。所以,在教学实践中要特别注重对数学概念表达形式中的精炼语言和所使用的符号的涵义分析解剖。分析概念所适用的条件和范围时,要从多角度和多方位来考虑。在教学中对数学概念的含义作更深入的分析解剖,具体表现在对其内涵、外延的进一步说明,比如与其他概念的联系与比较等,努力揭示抽象概念的“本原”意义,阐明隐藏在形式符号后的数学思想方法。一个完整的数学概念真正成型,必须要正确把握概念的内涵和外延。在高等数学教学过程中,教师要有意识地引导学生发现数学思维过程中概念的矛盾运动和发展变化,揭示出数学概念之间的关系。数学教师就是帮助学生发现隐藏在“冰冷的形式”背后的“火热的思考”。例如讲解多元函数微积分时要把该知识与一元函数微积分相应的概念进行归纳比较,突显出其内在关联与区别。事实上,在整个高等数学的学习过程中贯穿对数学概念的分析解剖,能够促使个体对数学概念的强化补充,建立内在统一的概念网络,同时有利于学生形成并发展主题的数学思维能力。

4.形成稳定的心理图式

此时的数学概念已经在头脑中形成总和心理图式,该图式含有具体实例、抽象过程、完整定义乃至和其他概念的区别与联系。教学中要在概念的应用中加深对所学概念的理解和把握,从而形成数学意识以及分析解决实际问题的能力。要努力揭示概念的客观背景和在解决实际问题中的意义,尽可能给出几何解释、物理解释和其他联系实际意义的解释。既要阐释概念的实际应用又要阐释数学应用,举一些和实际生活相关的例子,也要把所讲概念运用于解决数学问题。经过长期的学习活动,“模型”阶段才能不断完善。在学习过程中教师应该深刻地揭示数学概念的矛盾运动和辩证发展,长期反复,循序渐进,螺旋上升直至建立和形成较稳定的数学概念心理图式,个体在心理图式形成的过程中逐渐具备运用数学解决实际问题的能力。

在高等数学教学过程中运用APOS案例教学,不仅有利于教师有效组织课堂教学,还有利于培养学生的创新精神,提高学生运用数学解决实际问题的能力。

(作者单位:石家庄财经职业学院)

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