大概念下章節(jié)起始課的設(shè)計與反思

高建成 ?林文芝

【摘 要】章節(jié)起始課，是指每一章教學(xué)內(nèi)容的第一節(jié)課。大概念下的章節(jié)起始課要基于數(shù)學(xué)的邏輯系統(tǒng)思考，整體設(shè)計。結(jié)合銳角三角函數(shù)的教學(xué)，教師要做到：讀懂教材，梳理重組;讀懂學(xué)生，優(yōu)化設(shè)計;讀懂課堂，啟發(fā)引導(dǎo)。大概念教學(xué)更注重概念產(chǎn)生的情境，更注重學(xué)生的數(shù)學(xué)現(xiàn)實。概念變式是深化理解概念的有效途徑。

【關(guān)鍵詞】大概念 章節(jié)起始課 銳角三角函數(shù)

初中數(shù)學(xué)每一章的起始課通常是一節(jié)概念課。概念教學(xué)一般從數(shù)學(xué)概念的引入、形成（圖象、符號、語言）、本質(zhì)（內(nèi)涵、外延、關(guān)鍵詞）、鞏固轉(zhuǎn)化、遷移應(yīng)用等幾個方面展開。它的課堂教學(xué)一般模式是：情境引入—探究概念—呈現(xiàn)概念—辨析概念—深化概念—應(yīng)用概念—數(shù)學(xué)聯(lián)結(jié)。教師在課前設(shè)計教學(xué)時，一般會從學(xué)生的現(xiàn)有認(rèn)知及學(xué)情出發(fā)去考慮、設(shè)計各環(huán)節(jié)，課堂上拘泥于單課時的內(nèi)容，就課講課，缺少整體上對數(shù)學(xué)知識的系統(tǒng)認(rèn)知和把握，缺少大概念下對各種教學(xué)要素的選擇和應(yīng)用。

數(shù)學(xué)教學(xué)要展現(xiàn)如何得到數(shù)學(xué)活動結(jié)果的思維過程。基于此，大概念下的教學(xué)，教師一方面要做好解構(gòu)，要對整個模塊、整章知識的結(jié)構(gòu)都有很清楚的認(rèn)識，對教材進(jìn)行選擇和重組，將凝結(jié)在數(shù)學(xué)概念中的數(shù)學(xué)家的思維打開，在進(jìn)行意義解構(gòu)的同時，嘗試多元化解讀，整理符合學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知水平的素材和資源;另一方面要做好建構(gòu)，設(shè)計更利于概念理解的情境，借助觀察、實驗、猜想、證明等教學(xué)活動，讓學(xué)生經(jīng)歷知識的形成及思維的鍛造過程，在動作圖式、圖象圖式、符號圖式及相關(guān)變式中，完成學(xué)生個體的意義建構(gòu)。

下面以浙教版九年級下冊“1.1銳角三角函數(shù)”第1課時為例，具體闡述如何在大概念下設(shè)計和實施教學(xué)。

一、讀懂教材，梳理重組

函數(shù)是數(shù)學(xué)教學(xué)中非常重要的一部分內(nèi)容。初中階段它包含了一次函數(shù)、反比例函數(shù)、二次函數(shù)和銳角三角函數(shù)。研究銳角三角函數(shù)，我們應(yīng)基于函數(shù)這個大概念，分別從概念、定義域、值域、圖象（高中內(nèi)容）、性質(zhì)、變式、應(yīng)用等方面逐一探究，主要學(xué)習(xí)內(nèi)容有：銳角三角函數(shù)的定義，確定銳角三角函數(shù)的取值范圍，銳角三角函數(shù)的增減性，推導(dǎo)互余兩角三角函數(shù)間的關(guān)系和同角三角函數(shù)之間的基本恒等關(guān)系，解決直角三角形邊角之間的關(guān)系等。

讀懂教材，是基于大概念設(shè)計教學(xué)的前提。教師應(yīng)多角度、高站位地解讀教材中的教學(xué)內(nèi)容，縱向比較同一版本教材各冊的相關(guān)內(nèi)容，厘清教材中數(shù)學(xué)知識的邏輯結(jié)構(gòu)順序，以及教材依據(jù)的學(xué)生認(rèn)知心理順序，系統(tǒng)感知本課時處于單元整體中的位置，以及本課時與前后知識的聯(lián)系。當(dāng)然，教師也可以橫向比較研究不同版本教材的相同內(nèi)容，深入解讀編者的編、教師的教、學(xué)生的學(xué)。

二、讀懂學(xué)生，優(yōu)化設(shè)計

在前面的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已掌握直角三角形中兩銳角之間的關(guān)系、三邊之間的關(guān)系，以及含30°和45°特殊角的直角三角形的邊角關(guān)系。學(xué)生能理解函數(shù)的概念，初步了解研究函數(shù)的一般方法，在發(fā)生認(rèn)知沖突時，渴望通過學(xué)習(xí)新知識和新方法來分析問題，在問題的引導(dǎo)下，能嘗試去觀察、分析、猜想和證明。

讀懂學(xué)生，是基于大概念設(shè)計教學(xué)的關(guān)鍵。學(xué)生在接受新知識時，新舊知識之間出現(xiàn)了斷裂，可能是因為已有知識儲備不夠，也可能是因為在思維銜接的過程中未找到關(guān)聯(lián)之處。因此，教師在預(yù)設(shè)教學(xué)過程時，應(yīng)結(jié)合學(xué)生的實際情況，充分考慮學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)能力，引導(dǎo)學(xué)生的認(rèn)知走向，讓學(xué)生在數(shù)學(xué)課堂活動中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題，逐步形成數(shù)形結(jié)合思想、建模思想、類比思想等更高層次的思想觀念。

三、讀懂課堂，啟發(fā)引導(dǎo)

1. 前測反饋，創(chuàng)設(shè)情境

前測：如圖1，在△AOB中，∠O=90°。

①若OA=2，OB=3，

則AB=________。

②若∠B=25°，

則∠A =______。

③若∠B=30°，AB=8，則OA=____________。

④若AB=，OA=，則∠B=___________。

提問：

①若∠B為任意角度，能根據(jù)∠B，AB的值直接求OA嗎？

②若AB≠2OA，能根據(jù)AB，OA的值直接求∠B嗎？

探究目標(biāo)：直角三角形邊角之間的關(guān)系。

【設(shè)計說明】學(xué)生前測完成的正確率較高，學(xué)生在對問題的求解過程中，復(fù)習(xí)了兩銳角之間的關(guān)系：∠A+∠B=90°，三邊之間的關(guān)系：a2+b2=c2，以及特殊角的邊角關(guān)系。在提出新問題后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的知識儲備無法分析解決不含特殊角的直角三角形的邊角關(guān)系問題，從而產(chǎn)生認(rèn)知沖突。教師明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)方向，激發(fā)學(xué)生的探究興趣。

2. 數(shù)形結(jié)合，辨析概念

（1）觀察思考

觀察圖2中的Rt△ABC，Rt△AB1C1和Rt△AB2C2。

圖2

思考：

①三個直角三角形有什么變換關(guān)系？

②填空并證明：=__________=__________。

證明：∵∠A=∠A，∠ACB=∠AC1B1，

∴△ACB∽△AC1B1。

∴=。

同理可得=。

∴==。

幾何畫板演示：改變BC的位置，的比值不改變。

結(jié)論：在Rt△ABC中，對于銳角∠A的每一個確定的值，其對邊與鄰邊的比值是唯一確定的。

想一想：對于銳角∠A的每一個確定的值，其對邊與斜邊、鄰邊與斜邊的比值也是唯一確定的嗎？

幾何畫板演示：改變BC的位置，BC，AC，AB的長度都在改變，但，，的比值都不改變;但改變∠A的大小，，，的比值都在改變。

（2）定義概念

對于銳角∠A的每一個確定的值，，，的比值唯一確定，因此，，的比值與銳角∠A之間存在某種函數(shù)關(guān)系。

練習(xí)2：如圖15，在邊長相同的小正方形網(wǎng)格中，點A，B，C，D都在格點上，AB，CD相交于點P，則=______，tan∠APD=______。

練習(xí)3：在Rt△ABC中，若2AB=AC，則銳角∠C的余弦cos C=______。

【設(shè)計說明】在大概念下，要求拓展提升的練習(xí)涉及的知識與方法更多，思維更深刻。練習(xí)1關(guān)聯(lián)了圓中的垂徑定理，練習(xí)2關(guān)聯(lián)了相似三角形，繼續(xù)深入探究圓中、網(wǎng)格中的三角函數(shù)問題。練習(xí)3是2019年杭州的一道中考題，學(xué)生在無圖的情況下嘗試自己去畫圖，從哪一個角是直角出發(fā)去分類討論。學(xué)生在分析問題、解決問題的過程中，逐漸形成數(shù)形結(jié)合思想、建模思想、類比思想等，讓認(rèn)知向縱深發(fā)展，思維向高階邁進(jìn)。

四、設(shè)計反思

1. 大概念教學(xué)更加注重概念產(chǎn)生的情境

情境認(rèn)知理論認(rèn)為學(xué)習(xí)是基于情境的，創(chuàng)建有意義的情境背景，有利于概念的建構(gòu)，并促進(jìn)知識、技能和經(jīng)驗的連接。初中數(shù)學(xué)教學(xué)的情境創(chuàng)設(shè)，可以來源于生活中的真實背景，從具體事例、實物模型引入，通過小視頻、微課、音樂、故事、游戲等手段展開;也可以著眼于數(shù)學(xué)本身發(fā)展的需要，創(chuàng)設(shè)問題情境，用問題串聯(lián)已學(xué)知識和將學(xué)知識。

我們在研究反比例函數(shù)、一次函數(shù)、二次函數(shù)時，通常采用生活情境或問題情境，本文研究的銳角三角函數(shù)教材中是以兩個物體在兩個坡角不同的斜面上向上運動為背景引入課題，教師也可以設(shè)計學(xué)生熟悉的問題情境，如山坡、屋頂?shù)男泵妫蛴媚景瀣F(xiàn)場搭建斜面等，但這些生活情境的創(chuàng)設(shè)缺乏數(shù)學(xué)知識本身的前后邏輯聯(lián)系，因此本案例基于函數(shù)大概念，通過問題前測，從學(xué)生已有的經(jīng)驗—直角三角形的三邊關(guān)系、兩銳角之間的關(guān)系、特殊直角三角形的邊角關(guān)系出發(fā)繼續(xù)探究，提出的新問題使學(xué)生產(chǎn)生了認(rèn)知沖突，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的知識儲備無法解決問題，從而激發(fā)學(xué)生對直角三角形邊角關(guān)系的繼續(xù)研究。

斯皮羅認(rèn)為，結(jié)構(gòu)良好領(lǐng)域的有關(guān)某一主題的概念，它們之間是以一定的層次結(jié)構(gòu)組織在一起的?；诖蟾拍钤O(shè)計概念產(chǎn)生的背景，并不拘泥于生活中的具體情境，可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和本質(zhì)，從數(shù)學(xué)內(nèi)部的問題出發(fā)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容所在的大概念單元內(nèi)的知識點以及各知識點之間的結(jié)構(gòu)、走向和邏輯鏈，從特殊到一般，產(chǎn)生認(rèn)知沖突，走向升華，這也反映了基于大概念設(shè)計教學(xué)寬廣的角度。

2. 大概念教學(xué)更加注重學(xué)生的數(shù)學(xué)現(xiàn)實

“數(shù)學(xué)現(xiàn)實”指的是學(xué)生已有的知識經(jīng)驗、思維方式、解題策略以及有關(guān)的數(shù)學(xué)知識結(jié)構(gòu)。數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)是新知識與學(xué)生已有數(shù)學(xué)現(xiàn)實相互交融的過程，有效的課堂教學(xué)設(shè)計應(yīng)從學(xué)生已有的認(rèn)知水平和經(jīng)驗出發(fā)，因此，基于大概念下預(yù)設(shè)的問題和探究都要符合大多數(shù)學(xué)生的知識基礎(chǔ)和認(rèn)知規(guī)律。在此基礎(chǔ)上學(xué)生積極、主動地參與到課堂教學(xué)活動中來，親歷觀察分析、猜測驗證等活動與體驗，學(xué)習(xí)構(gòu)建新的知識，并很好地將知識遷移到新的情境中，提高思維層次，提升數(shù)學(xué)素養(yǎng)。

學(xué)生在學(xué)習(xí)銳角三角函數(shù)前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了勾股定理、特殊直角三角形的邊角關(guān)系、函數(shù)的概念、相似三角形等，通過學(xué)習(xí)研究反比例函數(shù)、一次函數(shù)、二次函數(shù)，學(xué)生還在一定程度上具備了研究函數(shù)的經(jīng)驗，因此，在設(shè)計銳角三角函數(shù)的教學(xué)過程中，教師可以基于函數(shù)這個大概念，從概念、圖象（高中內(nèi)容）、性質(zhì)和應(yīng)用幾個方面去研究銳角三角函數(shù)。通過問題情境，學(xué)生從已學(xué)直角三角形的邊邊關(guān)系、角角關(guān)系自然過渡到要學(xué)習(xí)的邊角關(guān)系;在學(xué)習(xí)了銳角三角函數(shù)的概念后，學(xué)生又基于概念探究了銳角三角函數(shù)的值域、增減性、互余兩角及同角三角函數(shù)之間的一些簡單的恒等關(guān)系、sin A與cos A的大小比較等。

了解學(xué)生的數(shù)學(xué)現(xiàn)實，既要了解學(xué)生學(xué)習(xí)該概念時已有的知識背景（包括知識技能和方法），也要了解學(xué)生學(xué)習(xí)該概念的生活經(jīng)驗和學(xué)習(xí)經(jīng)驗，還要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、積極性、學(xué)習(xí)習(xí)慣和方法，更要考慮學(xué)生學(xué)習(xí)該概念可能遇到的困難和困惑?？傊處熑裟茏x懂學(xué)生認(rèn)知、讀懂課堂生成、讀懂學(xué)生“困惑”，就能更好地處理“學(xué)”與“教”的關(guān)系，課堂中也會碰撞出更多精彩“意外”的知識生成，使教學(xué)更有實效，學(xué)生也會更樂于思考、勤于思考、善于思考。

3. 大概念下的變式是理解概念的有效途徑

顧泠沅教授在系統(tǒng)地分析和綜合了變式教學(xué)的概念后，確認(rèn)和說明了兩種變式：“概念性變式”和“過程性變式”。概念性變式旨在對概念的多角度理解，本質(zhì)不變，形式改變，著眼于概念形成以后的深度學(xué)習(xí)，使學(xué)生通過對概念多角度、全方位、廣層次的理解，深層把握概念的本質(zhì)。過程性變式重在數(shù)學(xué)活動的有層次性推進(jìn)，促進(jìn)學(xué)生分步解決問題，積累多種活動經(jīng)驗。

本節(jié)課的設(shè)計多次采用了概念性變式和過程性變式，學(xué)生在學(xué)習(xí)了銳角三角函數(shù)的概念后，在辨析概念時，通過求正放、斜放、倒放的直角三角形中角的正弦、余弦及正切值，多角度地理解銳角三角函數(shù)的概念，然后通過求網(wǎng)格、平面直角坐標(biāo)系、圓等不同圖形中的銳角三角函數(shù)，全方位地理解銳角三角函數(shù)的概念。在例題解析后，通過變式遷移銳角三角函數(shù)在不同圖形和不同條件下的應(yīng)用，學(xué)生同時經(jīng)歷“有圖—半圖—無圖”的解題變遷，自然地想到去構(gòu)造直角三角形，廣層次地理解銳角三角函數(shù)的概念。拓展提升練習(xí)中的條件和圖形都更加復(fù)雜，學(xué)生繼續(xù)深入探究圓中、網(wǎng)格中的三角函數(shù)問題，且問題關(guān)聯(lián)了圓中的垂徑定理、相似三角形等。

數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)對象是復(fù)雜而抽象的，僅用單一的表征形式闡釋概念，學(xué)生往往難以理解。概念性變式及過程性變式則能多元表征、多角度闡釋數(shù)學(xué)對象，將各種表征形式的優(yōu)點融合，抽象的數(shù)學(xué)概念或?qū)ο缶蜁兊脺\顯易懂，深入人心。

本文系浙江省教師教育重點課題“凝練教學(xué)主張—名師培訓(xùn)的理論建構(gòu)與實踐創(chuàng)新”（課題編號：ZD2019001）階段性研究成果。

（作者單位：1.浙江省杭州市余杭區(qū)教育發(fā)展研究學(xué)院;2.浙江省杭州市余杭區(qū)臨平第五中學(xué)）

責(zé)任編輯：趙繼瑩

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