基于表征的數(shù)學(xué)問(wèn)題解決策略探究*

廣東省中山市第二中學(xué) (528400)

陳姍姍

數(shù)學(xué)問(wèn)題的解決過(guò)程就是對(duì)問(wèn)題的表征過(guò)程，不同的表征有著不同的功能，提供不同的信息，良好的問(wèn)題表征有助于學(xué)生生成問(wèn)題理解、減輕認(rèn)知負(fù)荷、構(gòu)建解題策略.美國(guó)著名的認(rèn)知心理學(xué)家和人工智能的創(chuàng)始人西蒙也曾指出，“表征是問(wèn)題解決的一個(gè)中心環(huán)節(jié)，它說(shuō)明問(wèn)題在頭腦中是如何呈現(xiàn)的，如何表現(xiàn)出來(lái)的.如果一個(gè)問(wèn)題得到了正確表征，可以說(shuō)它已解決了一半”.[1]因此，在教學(xué)中要重視多元表征的教學(xué)策略.

一、影響數(shù)學(xué)問(wèn)題解決的原因分析

數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的過(guò)程就是問(wèn)題解決的過(guò)程，如何有效地解決問(wèn)題？首先是審題，然后對(duì)問(wèn)題進(jìn)行表征，最后根據(jù)適宜的表征構(gòu)建解決問(wèn)題的策略.在這一過(guò)程中對(duì)問(wèn)題進(jìn)行表征是關(guān)鍵，表征是問(wèn)題解決的切入點(diǎn)，但是不少學(xué)生面對(duì)問(wèn)題時(shí)，無(wú)法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行表征，往往表現(xiàn)出表征識(shí)別能力低，表轉(zhuǎn)換意識(shí)弱.

1.表征識(shí)別能力低

表征識(shí)別能力的培養(yǎng)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，每一種表征形式的特點(diǎn)和功能需要長(zhǎng)期在對(duì)問(wèn)題的表征中逐漸掌握，由于學(xué)生追求答案，為解題而解題的習(xí)慣導(dǎo)致很多很好的多元表征問(wèn)題的機(jī)會(huì)錯(cuò)失.從而對(duì)問(wèn)題的多元表征識(shí)別能力得不到提高，不能準(zhǔn)確快速地識(shí)別題目中的原有表征以及目標(biāo)表征的意義.另外，對(duì)問(wèn)題僅停留在初始表征，即對(duì)概念、定理、公式等進(jìn)行表征，而深層表征即對(duì)已知問(wèn)題信息進(jìn)行翻譯和轉(zhuǎn)換較少，從而導(dǎo)致表征識(shí)別能力低下.

2.表征轉(zhuǎn)換意識(shí)弱

在問(wèn)題解決過(guò)程中受阻的原因很多，但是“一條道走到底”是其中一個(gè)最重要的原因，部分學(xué)生在對(duì)問(wèn)題表征時(shí)總是停留在一種形式，沒(méi)有強(qiáng)烈的對(duì)問(wèn)題多元表征的意識(shí)，表征間的轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)譯意識(shí)淡薄，總是容易受原有表征和目標(biāo)表征的定勢(shì)影響，不善于借助其他表征.比如集合的交并補(bǔ)僅從文字表征理解起來(lái)有點(diǎn)費(fèi)力，但是借助圖形表征“韋恩圖”則可以起到“豁然開(kāi)朗”的效果.

二、表征在問(wèn)題解決中的重要性

問(wèn)題解決前對(duì)問(wèn)題的表征形式是很重要的，只有恰當(dāng)?shù)谋碚鲉?wèn)題，才能從題目中提取有效信息，確定求解目標(biāo)，從而激活正確的圖式理解整個(gè)問(wèn)題.[2]通過(guò)對(duì)問(wèn)題的表征可以生成問(wèn)題理解、減輕認(rèn)知負(fù)荷以及構(gòu)建解題策略.

1.生成問(wèn)題理解

同樣一個(gè)問(wèn)題不同的表征就是對(duì)問(wèn)題的不同理解，通過(guò)不同形式的表征才能比較精準(zhǔn)地識(shí)別問(wèn)題的本質(zhì).比如復(fù)數(shù)的?？梢员碚鳛橄蛄康哪?，還可以表征為距離，也可以從數(shù)的角度識(shí)別成絕對(duì)值，一種表征形式就加深一層理解，在解決問(wèn)題時(shí)就會(huì)多一種問(wèn)題解決的策略.

2.減輕認(rèn)知負(fù)荷

不同認(rèn)知風(fēng)格的學(xué)生對(duì)問(wèn)題表征的能力是有差異的，學(xué)生可以根據(jù)自己的認(rèn)知習(xí)慣和認(rèn)知水平選擇適合自己的問(wèn)題表征形式，也可以通過(guò)不同的表征從不同的角度對(duì)問(wèn)題進(jìn)行認(rèn)知，在一定程度上大大減輕了認(rèn)知負(fù)荷.比如空間幾何中線面關(guān)系的定理和性質(zhì)，每一條定理和性質(zhì)都有三種表征形式，學(xué)生可以選擇文字表征、符號(hào)表征或者圖形表征對(duì)定理和性質(zhì)進(jìn)行理解.可以說(shuō)多元表征是減輕認(rèn)知負(fù)荷的最好載體.

3.構(gòu)建解題策略

問(wèn)題解決的心理過(guò)程可大致分為兩個(gè)層次，一是理解問(wèn)題，其中包括對(duì)問(wèn)題的轉(zhuǎn)述和問(wèn)題表征.即將問(wèn)題用語(yǔ)言或符號(hào)表示出來(lái)，并轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)者的內(nèi)部心理表征；二是執(zhí)行計(jì)劃，其中包括計(jì)劃的執(zhí)行與反饋監(jiān)控.由此表明，良好的問(wèn)題表征及恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換是問(wèn)題成功解決的前提和關(guān)鍵.[3]表征選擇和表征轉(zhuǎn)換決定了問(wèn)題解決策略的路徑，以復(fù)數(shù)為例，把復(fù)數(shù)表征成向量就用向量知識(shí)解決，表征成點(diǎn)就用幾何知識(shí)解決，表征成數(shù)就用代數(shù)知識(shí)解決.

三、基于表征的數(shù)學(xué)問(wèn)題解決策略

學(xué)生面對(duì)一個(gè)問(wèn)題時(shí)首先是思考如何理解題意，而很多題目?jī)H從已知條件的外在結(jié)構(gòu)是很難清晰地知道它的內(nèi)在特點(diǎn)，這就需要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行多元表征，選擇哪種表征形式直接決定了問(wèn)題能否順利解決.高中數(shù)學(xué)問(wèn)題解決中常見(jiàn)的表征形式有三種：圖形表征、符號(hào)表征和文字表征.靈活應(yīng)用三種表征，熟練三種表征之間的轉(zhuǎn)譯是解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵.

1.圖形表征：讓問(wèn)題可視化

數(shù)學(xué)問(wèn)題的解決過(guò)程中很多意想不到的錯(cuò)誤就是缺少問(wèn)題可視化的過(guò)程，除了上述提到的學(xué)生受表征能力的影響外，還有一個(gè)重要的原因就是思維定勢(shì)導(dǎo)致的表征轉(zhuǎn)換的偏向性，多數(shù)學(xué)生偏向數(shù)學(xué)符號(hào)的表達(dá)，而不太習(xí)慣繁瑣的文字表征以及圖形表征，而圖形表征的最大優(yōu)勢(shì)在于直觀，讓問(wèn)題可視化.通過(guò)把問(wèn)題可視化更有利于分析問(wèn)題和解決問(wèn)題.

題1 在復(fù)平面上，一個(gè)正方形的三個(gè)頂點(diǎn)按順序分別對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)是1+2i,-2+i,0，那么這個(gè)正方形的第四個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)為( ).

A.3+iB.3-iC.1-3iD.-1+3i

這道題的出錯(cuò)率很高，大多數(shù)學(xué)生選了A，除了受思維定勢(shì)的影響之外，更多的是學(xué)生在解題時(shí)沒(méi)有對(duì)題目中“三個(gè)頂點(diǎn)按順序分別對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)是1+2i,-2+i,0”進(jìn)行圖形表征，而是憑著以往的解題經(jīng)驗(yàn)，默認(rèn)這三個(gè)點(diǎn)分別是相鄰的，如果正方形是ABCD，那么就默認(rèn)這三個(gè)點(diǎn)就是A、B、C，這樣做出來(lái)的選項(xiàng)是A，如果作圖則求出的答案是D.但是對(duì)于選項(xiàng)A作圖可以看得出是不能構(gòu)成正方形，那為什么那么多人會(huì)選擇A？原因肯定不僅僅是學(xué)生沒(méi)有對(duì)結(jié)果通過(guò)作圖進(jìn)行驗(yàn)證，而是對(duì)題目的理解出現(xiàn)了偏差.一是對(duì)文字語(yǔ)言的理解受思維定勢(shì)的影響，平時(shí)做過(guò)不少類似的題目，如人教版必修二81頁(yè)的第5題：四邊形ABCD是復(fù)平面內(nèi)的平行四邊形，A,B,C三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)分別是1+3i,-i,2+i，求點(diǎn)D對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù).這里A,B,C對(duì)應(yīng)的三個(gè)點(diǎn)就是按順序的，而題1中的三個(gè)點(diǎn)顯然不是按順序的，二是學(xué)生的惰性思維和惰性行為導(dǎo)致，懶得作圖，心算來(lái)得比較直接，思維不嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)為這是一道比較基礎(chǔ)的題.在做錯(cuò)的學(xué)生中基礎(chǔ)好的學(xué)生占比較多，相反數(shù)學(xué)基礎(chǔ)一般的學(xué)生反而正確率比較高，原因很簡(jiǎn)單，就是基礎(chǔ)一般的學(xué)生在做題時(shí)按部就班地根據(jù)題意畫(huà)出圖形，再根據(jù)圖形表征進(jìn)行解答，而基礎(chǔ)較好的學(xué)生直接根據(jù)題意進(jìn)行解答.事實(shí)上，作圖的過(guò)程就是思維可視化的過(guò)程，通過(guò)圖形表征讓問(wèn)題直觀地呈現(xiàn)出來(lái)，以形解數(shù)，以數(shù)解形，思維更嚴(yán)謹(jǐn)，這樣會(huì)少走很多彎路，也會(huì)提高正確率.

2.符號(hào)表征：讓問(wèn)題清晰化

符號(hào)表征有著簡(jiǎn)潔的特點(diǎn)，是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的主要語(yǔ)言，也是學(xué)生最熟悉的語(yǔ)言，但是符號(hào)表征同時(shí)有著高度抽象的特點(diǎn)，符號(hào)識(shí)別能力弱的學(xué)生很難從外在結(jié)構(gòu)找到問(wèn)題的切入點(diǎn).因此，應(yīng)根據(jù)所學(xué)知識(shí)把難以識(shí)別的符號(hào)轉(zhuǎn)譯成便于理解的符號(hào).當(dāng)然，轉(zhuǎn)譯并不是一步到位，有的時(shí)候需要多次轉(zhuǎn)譯，但是在不斷地轉(zhuǎn)譯的過(guò)程中就會(huì)對(duì)問(wèn)題的理解逐漸清晰，從而才能構(gòu)建出優(yōu)良的問(wèn)題解決策略.

3.文字表征：讓問(wèn)題結(jié)構(gòu)化

分析問(wèn)題首先應(yīng)該從問(wèn)題的結(jié)構(gòu)入手，剖析問(wèn)題的結(jié)構(gòu)有利于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的本質(zhì)，從而對(duì)問(wèn)題進(jìn)行適宜的表征.但是由于學(xué)生表征具有偏向性，對(duì)于數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)，學(xué)生較為喜歡符號(hào)表征與圖形表征的轉(zhuǎn)譯，而忽視對(duì)文字表征的重視.其實(shí)如果對(duì)數(shù)學(xué)對(duì)象的意義能夠用精準(zhǔn)的文字表述出來(lái)數(shù)學(xué)素養(yǎng)是很高的.因此，數(shù)學(xué)問(wèn)題的解決中要加強(qiáng)對(duì)語(yǔ)言表征的轉(zhuǎn)譯.

在對(duì)符號(hào)表征進(jìn)行轉(zhuǎn)譯的過(guò)程中就是對(duì)問(wèn)題的結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析，每轉(zhuǎn)譯一次，結(jié)構(gòu)就優(yōu)化一次，在兩次的轉(zhuǎn)譯中問(wèn)題的結(jié)構(gòu)變?yōu)閮蓚€(gè)并列式的關(guān)系，一是求函數(shù)的最小值，二是求函數(shù)的最大值.根據(jù)這兩個(gè)結(jié)構(gòu)化的問(wèn)題，根據(jù)目標(biāo)表征|x1-x2|進(jìn)行第三次轉(zhuǎn)譯“求函數(shù)取得最值時(shí)的x的取值之間的距離”.不少學(xué)生在解題時(shí)不會(huì)分析題目中的關(guān)鍵信息，其原因之一就是沒(méi)有對(duì)關(guān)鍵信息進(jìn)行表征之間的轉(zhuǎn)譯，轉(zhuǎn)譯的過(guò)程就是復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化、抽象問(wèn)題具體化的過(guò)程，題1中抽象的數(shù)學(xué)符號(hào)f(x1)≤f(x)≤f(x2)其實(shí)就是隱含著函數(shù)的最值問(wèn)題，要對(duì)不理解的信息結(jié)合題干反復(fù)讀，一步步轉(zhuǎn)譯，才能挖掘出題干中的隱藏信息.在轉(zhuǎn)譯表征的過(guò)程中逐漸剖析問(wèn)題的結(jié)構(gòu)，一層層打開(kāi)題目背后神秘的面紗.這道題看似簡(jiǎn)單，但是思維的路徑很長(zhǎng).學(xué)生在做此題時(shí)被符號(hào)f(x1)≤f(x)≤f(x2)給迷惑了，思考的重心在這個(gè)不等式，而忽視了關(guān)鍵詞語(yǔ)“任意”和“都”.學(xué)生一般會(huì)受題干中原有表征的影響，缺乏轉(zhuǎn)譯表征的意識(shí)，問(wèn)題以何種表征出現(xiàn)，學(xué)生就用何種表征解題.沒(méi)有多元表征的相互轉(zhuǎn)譯，解題思路顯得非常狹隘.很顯然這道題只有把這兩個(gè)詞“任意、都”放進(jìn)思考的路徑中，并對(duì)其進(jìn)行更進(jìn)一步的文字表征轉(zhuǎn)譯才能理解這道題的意思.

新高考最大的變化就是對(duì)學(xué)生思維能力的考查，繁瑣的運(yùn)算不是主要考查的目的，對(duì)題目信息的多元表征才是命題者的重心.單一的表征往往是不足以解決數(shù)學(xué)問(wèn)題的，很多時(shí)候三種表征交替出現(xiàn)，互相補(bǔ)充，不同的表征發(fā)揮著不同的作用，在不同的表征轉(zhuǎn)換中生成數(shù)學(xué)理解.