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HPM 与小学数学教学核心问题探索
———汪晓勤、邹佳晨教授访谈录

2017-02-16

小学教学(数学版) 2017年11期
关键词:数学史小学教师课例

21世纪的第一个10年,HPM(History and Pedagogy of Mathematics,数学史与数学教学)进入中国,到了第二个10年,HPM受到了较多关注,数学史被越来越多地运用于课堂教学实践。然而,相较于中学,HPM视角下的小学数学教学实践还不够深入。原因是什么呢?数学史融入小学数学教学需要注意哪些问题?采取什么措施,小学数学教师才能开发出好的HPM课例?这些都是HPM视角下的小学数学教学亟待解决的问题。为了找寻问题的答案,我们采访了华在中小学HPM课例开发领域具有丰富经验的东师范大学汪晓勤教授(以下简称“汪”)、邹佳晨老师(以下简称“邹”)两位老师。

访谈采用半结构性问卷,问卷的编制首先参考了汪晓勤团队的科研成果,找出了HPM在实践中的核心问题,然后结合汪晓勤团队在小学的研究成果,确定了重要但未曾深入探讨的问题,与专家团队讨论后,确定了最终的问卷,并提前一周以邮件的形式发送给了受访者。

岳增成:(以下简称“岳”)我们已在中学开发了大量HPM课例,做了大量理论、实践方面的研究。然而很多小学数学教师对HPM不是很了解,所以一些杂志期望我们团队做一些HPM在小学的推介工作。很高兴能与汪老师、邹老师探讨HPM在小学的实践问题。首先,请谈一下HPM实践的一个根本性问题,即:如何判断一个课例是否属于HPM的范畴?

汪:至少有一点,仅在课堂上讲一个故事或笑话,不算HPM,也就是只用附加式不行,因为将故事或笑话拿掉以后,不影响知识的传授。所以附加式要与复制式、顺应式、重构式结合起来使用。(关于这四种方式,请参考本刊2016年第12期《HPM与小学数学教师专业成长》一文。)——编者注

邹:正面界定比较困难。如果将这个故事或笑话拿掉后,对这节课目标的达成没有产生显著的影响,也就是说,课堂可以继续下去,学生的知识目标可以达到,也不影响能力目标的达成,那么这节课就不属于HPM的范畴。

汪:总之,还是两座桥,历史与现实、数学与人文,这两座桥都要。邹老师刚刚讲的没错,最后还是要落实到教学目标的达成与数学史融入的关系上来,只有融入课堂的数学史影响了教学目标的达成,这样的课才能叫HPM课。

岳:也就是说,运用数学史和HPM视角是不一样的。

汪:HPM是数学史融入数学教育,“融入”表明它已经成为一种教学模式了。

岳:汪老师、邹老师为我们定义HPM课例指明了方向。那么,请介绍一下HPM在小学的实践状况。

汪:我们称不上全面了解。但从我参与的一系列小学数学教师的培训来看,小学教师对HPM的热爱程度超过了中学教师。我想原因是这样的,相比于中学,小学的升学压力小一些,从而对文化、历史、情感方面的关注要多一些。因此,情感、信念在小学里地位更高一些,从这种意义上讲,小学教师更看重HPM。另一方面,从文献数量上讲,我觉得小学HPM方面的文章是远远多于中学的。其实不仅是HPM,数学写作、数学日志,也是小学比中学多。所以,在小学开展教育研究,条件会相对好一些。因此,HPM在小学的前景应该是比中学广阔的。

邹:其实,我印象最深刻的一点是小学生、小学教师对HPM的喜爱程度。不过,小学HPM的运用方式还不够多元,我们现在看到的主要是附加式、复制式,顺应式、重构式还是比较少的。此外,是不是小学阶段对数学学科本质的关注比较少?是不是要将关注小学数学课堂的丰富性、活动性、热闹程度转变到关注对数学学科本质理解的深刻性、数学教学目标的达成上来?

汪:确实,从目前开发的小学HPM课例来看,数学史给小学数学教学带来的益处是超过中学的。比如,第一次讲角时,课堂教学深深地吸引着学生,人人都抢着举手、回答,而且他们的回答也很好,这样的效果在很多中学课例中是看不到的,当然这和学生的年龄特点是有关系的。所以说小学的HPM课效果、氛围与中学是不一样的。

岳:除了HPM在小学的实践状况,刚才汪老师、邹老师还对HPM在中学、小学的实践情况做了一些比较:一是小学教师与中学教师对HPM的喜爱程度不同;二是HPM视角下的小学、中学课堂教学效果、氛围不同。除了这两点,HPM视角下的小学、中学数学教学还有什么不同之处?

汪:不同之处还有很多。首先,小学与中学融入数学史所要达成的目标是不一样的。中学里的一些概念,数学化程度已经很高了,而小学的知识,从历史上来看,它对应的是数学知识的早期发生阶段,可能是一个概念刚刚发生时的样子,抽象程度还不高。因此,我们要重构的是知识萌芽的阶段,这实际上给我们带来了一定的困难。举一个简单的例子,如对圆的认识,如何追溯圆的早期历史呢?在古埃及纸草书、古代两河流域泥版上,我们都看到了有关圆的记载,但那时记载的就已经是圆的面积、周长了,所以重构古人对圆的认识的要求更高,因为学生的知识基础是非常薄弱的。所以,中学、小学的HPM课例开发是不一样的,即使是重构,难度也不一样,这与小学生认知起点比较低,所涉及的历史是早期的,很可能在文献上没有明确记载有关。

邹:每次讨论时,我发现对中学阶段的课例开发,我们能侃侃而谈,但对小学阶段的课例开发,特别是低年级阶段,几乎是不可能的。记得我们在武汉全国数学教育年会上介绍小学HPM案例时,很多人认为其中没有数学史,因为没有一个数学家的名字,没有一段历史上的材料。这种认识是有误差的。正是因为我们了解了角的概念发展历史,了解了角的早期发展过程,我们才有了这样的设计,所以数学史才在低年级的课程中成为了一条暗线。

汪:我觉得复制式的运用会比较少,因为古代的数学问题及其表述方式与现在是不一样的,以小孩子现有的语言能力很难理解。

邹:就像可以给初中生呈现《九章算术》的原文片段,带点儿古文,增加文化性,小学一二年级的学生怎么会看得懂?对小学高年级的学生还可以讲一些古希腊的数学家,但低年级的学生可能连人名都说不清楚,怎么可能给他们讲这些?所以我想在融入数学史的时候,是不是应该考虑小学课堂、小学生的特点?是不是四种方式的融入在小学阶段应各有侧重?

岳:看来,我们应该根据小学数学教学的特点,对中学阶段经过理论借鉴与经验总结形成的HPM理论进行再诠释。刚才汪老师、邹老师也提到了小学阶段数学史料还是比较少的,这也是小学教师面临的一个普遍问题,就是“无米之炊”的问题。那么,汪老师,从您的角度看,从哪些方面出发可以帮助教师找到有用的数学史料用于设计教学?

汪:这个问题是比较重要的。让小学教师独立去找数学史料,几乎是不可能的,也是不现实的,因为与中学教师接触,也深刻地感受到了这一点。让教师自己找不现实,我们找到了直接给他们,也是有问题的。所以我们基本上采取合作的方式,我们提供史料,然后一起研讨如何裁剪、加工等。正如上面所讲的,重构数学史料要求比较高,因此对史料的裁剪、加工要求就比较高,所以小学教师开发课例还需要在一个实践共同体中开展。启东蔡特(即名师蔡宏圣)那边的老师,就是一个共同体,每位老师开发的课例,都经过了团队的研讨,没有哪个人是单独来做的,这就证明了共同体的重要性。所以怎样给小学教师提供好的史料,这个问题很重要。我认为作为高校的研究者,首先要做教育取向的数学史研究。随便拿出一个课题,让我给小学教师提供数学史料,我没有现成的,任何一个课题的史料都是需要坐冷板凳进行研究的。我们早期开发角、圆、乘法运算的课例时,都没有现成的史料,都是通过教育取向的数学史研究找出来的,就是说那些“米”不是直接从麻袋里倒出来,而是需要我们去田野里收集。所以我们不能放弃教育取向的数学史研究。连历史都不懂,能做HPM吗?而要懂历史,就要做研究。历史研究是多么艰难啊,可以说我们是永远走在路上的,教育取向的数学史研究是永无止境的。

岳:也就是说,历史取向的数学史研究与教育取向的数学史研究还是有一定距离的,教育取向的数学史研究进入课堂还需要裁剪、加工。正如刚才汪老师、邹老师所讲,小学、中学运用数学史料的方式是不一样的,对小学教师而言,附加式、复制式是他们能理解的,但是顺应式、重构式,特别是重构式,他们理解起来很难。那么,两位老师能否借几个例子来谈一下如何运用这两种方式,以便教师开发课例时借鉴?

汪:这个问题很好,很专业。重构式对小学教师而言,的确很难。为什么很难?我想主要是因为重构式是没有固定模式的,但重构是有依据的,依据就是知识点在历史上发生、发展过程中的关键步骤。小学里有用字母表示数、简易方程等,从一开始没有用字母表示数,到用字母表示未知数,再到用字母表示任意数,是学生必须经历的阶段。如何获知这三个环节呢?是历史告诉我们的,如果不知道历史上有这三个环节,谈何重构?重构什么呢?重构的另一个依据是历史发展背后的动因,这个也是不会改变的。为什么说用文字表达不够用了,会想到用字母表示未知数?为什么用字母表示未知数不够用了,而用字母表示任意数?背后的历史动因找出来了,也就有了骨架。但为什么说没有模式呢?是因为从一个环节到另一个环节的动因,需要用小孩子能够理解的问题情境去构造,这就没有模式了,因为这样的问题无穷无尽。所以重构很难。我们高校的研究者和小学教师合作去开发课例时,要把历史环节搞清楚,把背后的动因告诉他们,然后让他们去选择适合小学生的问题。总之,历史环节是确定的,背后的动因是历史的,但是问题的选择是现代的,选择是没有模式的。

邹:汪老师讲到了重构式,那我谈一下顺应式。顺应式是需要改编历史问题的,所以无论是小学教师还是中学教师,首先,要找到历史上原本的问题或史料;其次,历史上的问题应该转化成小学数学教育的语言或小学生的语言,在这个过程中,复制会不会走样?当然,有认知障碍的术语可以去掉,但不能把知识背后蕴涵的思想或前面提到的学科本质也扔掉了,转化成为一种热闹的现象。在度的把握上,需要我们和小学教师商量或我们深入研究。

岳:也就是说,重构时要考虑知识的逻辑顺序、历史顺序及学生的心理发生顺序,缺一不可,缺了就会失败,而对于顺应式,我们是不是要保证复制不走样,对么?

邹:对,不能变得与原来的完全不一样,否则那就不是顺应式了。

岳:所以现在就存在着这样一种现象,顺应着、顺应着就和我们现在的题目一样了,那凭什么说它是顺应式?我们可以从哪些方面解决这一问题?

汪:也就是说,一个问题在我们看来是从数学史上来的,而在他人眼里根本不是数学史问题,这个的确很复杂,因为从广义上讲,我们今天的很多问题的确是从古代来的,就是一代一代演变过来的,那这是不是历史呢?你可以说是顺应,而人家可能说不是顺应。我觉得造成这一问题的原因是不同的人对历史的掌握程度不一样。但是作为HPM研究者,应该有个基本的判断:不管其他,能在已有文献基础上找到出处的,就是顺应式。

岳:那是不是又回到历史取向、教育取向研究的重要性上来了?

汪:是的,这些都是基础。所以做HPM的研究,必须追溯历史本源。

岳:现在大家都知道了HPM的教育价值,但是HPM作为一个学科,肯定有其独特的教育价值,我觉得有必要对此有所揭示。那么,从汪老师、邹老师的角度来看,HPM有哪些独特的教育价值呢?

汪:作为访谈问题,这个有点儿难。但我可以谈谈数学史的独特性与不可替代性。先谈一下知识之谐。怎样让知识自然发生?即使不懂数学史,也可能做到知识之谐,但是没有数学史的知识之谐可能是肤浅的。如用字母表示数,如果去问小学教师,为什么要用字母表示数?他们可能会回答“书本上是这样的”。这又回到了刚才的问题,历史会告诉我们知识发展的动因是什么,核心的环节是什么。但是今天,很多教师是不知道历史的。其实,知识之谐是历史告诉我们的,因为很多东西,历史上已经发生了,我们是改变不了的,这是人类认识过程中自然发生的。所以在我看来,有了数学史,知识真的是自然发生了,没有数学史,教师关注的还是知识的逻辑顺序。这样的话,有些内容是能够体现知识之谐的,因为这些内容的逻辑顺序恰好与历史顺序相一致,碰巧是自然的。但是很多时候两者是不一致的,这个时候哪种顺序是自然的?也可能是我们今天的逻辑顺序是自然的,因为逻辑顺序又和学生的认知发展顺序一致了,但是很多时候历史顺序才是自然的,所以,历史在知识之谐这个方面是不可替代的。再谈一下探究。在评课的时候,我们经常提到假探究,确实有这回事。为什么会出现假探究?因为这些探究活动设计的背后是没有参照系的,而历史给我们提供了探究活动设计的参照系,这个参照系没有数学史能行吗?我们再来看德育和文化。历史本身就是文化,数学文化是包含数学史的。另外,从德育的角度讲,像反比例函数,有了数学史,如历史故事,讲到反比例函数这个“反”字,讲到生意人贪小便宜吃大亏,这就是得与失之间的辨证关系,让学生能够感受到这种德育价值。所以知识之谐、探究之乐、文化之魅、德育之效,有数学史和没有数学史是完全不一样的,当然也不能说没有数学史这些就没有了。以上是数学史在这四方面的体现,数学史的价值一定是独特的。没有数学史,应该说就没有人的元素了;没有了人的元素,那么人影响人,像这种德育的东西,肯定是少的。

岳:邹老师还有哪些补充?

邹:刚刚汪老师讲了很多,我就补充一点,就是数学史让课堂充满人性。比如,知识之谐,如果没有人的元素,知识是冰冷的、客观的,但是融入数学史,就仿佛课堂里多了一个人,有古人伴随学生经历知识的学习和发生过程。再如探究之乐,如果有了历史的支撑作为参照系,仿佛当年就有这个探究的活动(汪:再现历史的过程)。文化之魅也是这样,如果有数学史的融入,就有了人的元素的加入,就能为文化的建构或文化价值的体现服务。所以数学史让课堂充满人性,让老师和学生充满情怀,就是这种独特的价值使数学史发挥了不可替代的作用。还有方法之美和能力之助,在这两个方面数学史也发挥着锦上添花的作用。

汪:我刚刚为什么没讲方法之美和能力之助呢?因为它们在中学里反映得更明显一些,在小学里,毕竟没有大量定理的证明,因此逻辑的东西是少的。而用数学史提升小学生的能力这方面,要求也许高了点儿,但是要说独特性,也是有的。举个非常简单的例子,格子算,小孩子是喜欢的,是有方法之美的。能力呢?比如,设计探究活动让学生创造角的符号,这是不是体现了创新能力的培养?再比如,讲一段数学家的故事,是不是也有阅读理解能力的体现?所以这方面是挺重要的。比如,现在的很多高考题,背景中包含一大堆数学史,如果阅读能力不强,学生先晕过去了,还谈何解题?

岳:刚才汪老师、邹老师从HPM的六大教育价值出发阐释了数学史融入数学教学的价值独特性。前面你们也多次提到,合作在HPM课例开发中是相当重要的,那么你们能否说一下如何借助共同体的合力,来促进共同体在小学生根发芽?不同的团体在这个过程中,要分别扮演什么角色?

汪:这个问题很好!2015年《中学数学月刊》向我约稿时,我就提出“五个一”了,其中有“一个团队”。作为HPM的早期传播者,在国内,我认识很多中小学教师,但总感觉HPM推不下去,很简单的一个道理,让教师独立开发课例是不可能的。首先,没有“食材”,其次,没有技术,怎么做饭呢?所以我就感觉到这种共同体的必要性,事实上我们举办的多次HPM研讨会,就是建立、扩大共同体的过程。以中国这种现状,是很需要共同体的,这个方面,蔡特是成功的。总之,我们需要共同体,这就是我们追求的一种模式,大学和中小学合作的模式。一个团队,就是大学、中小学、教研员共同组成一个共同体,在这个共同体里面,各方力量结合起来,发挥各自的优势。

其实,我们的HPM、历史研究很好,教育研究也可以,但是如果不和小学教师合作,自己拍拍脑袋,肯定是不行的。七八年前,我也经常做一些教学设计,有人拿我的设计用于教师培训,结果教师意见一大堆:“这个设计45分钟能完成吗?”“教学目标定位是怎样的?”他们感觉到太为历史而历史。所以,我们作为高校研究者,如果不和中小学合作,对学生、教科书的知识体系都是不了解的,所以说仅仅学术性很强是不够的,这个共同体是不能离开一线教师的,离开他们,我们也做不出好的设计来。因此,高校教师和小学教师及教研员,应各自发挥自己的强项,然后一起研讨,把这些优势融合在一起,这样才能形成好的设计。

邹:其实,三个团队,高校研究者团队负责提供数学史料,小学教师(实践者)团队负责上课,那教研员这个团队呢?其实是一个平衡的角色。研究者团队讲的东西是不是能在课堂中实践出来?有些自身专业水平较高的教师,是能够判断或能够完成教学形态的转化的,而有些教师,特别是年轻、职初教师,是没有把握的。所以,我想教研员或者教师发展指导者,让我们能够将HPM的理论形态或教学设计转化为课堂教学。

岳:是不是说教研员团队能促进HPM的传播?所以说HPM共同体的组建,要吸引更多的教研员或教师发展指导者参与进来。

汪:是的,他们可以在学术形态和教育形态之间架起一座桥梁。

邹:所以在共同体里,他们应该承担重要角色。我们欢迎更多的小学教研员或教师发展指导者加入HPM共同体。

岳:上次我参加《小学教学(数学版)》导读活动时,发现大家对HPM课例的课后反馈很感兴趣。学生的反馈(家庭作业除外)教师很少涉及,所以对此也不太了解,两位老师觉得反馈有什么作用?另外,如何有效地设计课后反馈?

汪:这个问题提到点子上了,这个问题正处于不断研究、不断探索、不断完善的过程中。事实上,一节课上完后怎么检测效果?调查是需要的,但是世界上没有统一的标准,大家都在探索。情感方面稍微好测一点,认知方面还需要编制合适的工具(如测试卷)。但是不管怎样,小学教师关注反馈是非常好理解的,你说好,难道就是好?如果教师没有发现学生喜欢,他们是不认可的。为什么很多做HPM课例开发的教师,原来没有感觉,做了以后慢慢喜欢上了它?因为他们感受到了HPM的魅力,他们发现学生是真心喜欢的,对知识的理解也很深入。

岳:邹老师能不能谈一下,我们大致要从哪些方面设置一些问题,来了解学生的真实想法?因为不管是HPM课还是其他类型的课,我们都需要做这方面的工作。

邹:就是汪老师刚刚讲的,我们早期做信念、态度的反馈,比较好做。后来一直强调知识层面的调查,我们就开发了知识测试的问卷。当时有这样一个想法,使用知识卷的时候,有两个方向:一是可以做知识理解的对比研究,针对用和不用数学史的学生,用相同的题目测试,通过对比可以看出HPM对知识理解的影响;二是做纵向的实践研究,就是HPM课例结束后,对学生可能没有立竿见影的效果,但是过一段时间以后再去测试反而有效果了,这当然是受研究条件限制的。其实对小学生做问卷是比较难的,尤其是低年级学生,很多学生可能对问卷本身的理解就有困难,所以,这个时候我们要采取访谈的形式。

岳:就是说,如果经历了较长时间,学生仍然没有遗忘,就说明对学生的影响是深远的。

邹:因为这节课后,学生还要进行其他课程的学习,当我们很难排除一些无关变量时,是不是可以多次测试?所以知识方面,是小学HPM课例开发反馈中亟待攻克的难题。

汪:评价确确实实能提高HPM水平,但目前这方面还相当不完善,甚至做得很肤浅。

岳:事实上我们现在试图从三维目标上考查学生,有些题目考查他们的知识掌握程度,同时将情感、态度的前测和后测结合了起来。

汪:这个很好,情感好做,认知呢?我觉得在小学里考查HPM对学生认知的影响就是一个好的研究课题。开发好了是非常有价值的,但是开发是没有固定模式的,对于一个概念、一个公式或不同的主题,在HPM教学之后,用来检测学生情况的工具应该是不一样的。如果我们涉及的是一个公式,在讲解时用到了某一思想,就体现了HPM的方法之美,我们要检测学生的掌握情况,就需要通过这样的工具来检测,如圆面积可以通过转化为三角形面积来推导,那么扇形面积能不能用?

岳:这个对我们未来的HPM测评工具的开发提出了更高的要求,我们希望尽量做到这一点。

汪:针对每一个知识点的教学,我们通常会问:对这节课你印象最深刻的是什么?这节课你喜欢吗?你掌握了没有?这些问题不一定能考查出学生的真实情况。

岳:不要问掌握了没有,而是直接出道题进行测试。是么?

汪:是的。所以,现在我们开发出合适的测评工具是不容易的。作为测量工具,量桌子的长短,尺子至关重要,尺子做不好,怎么进行测量呢?所以我觉得做HPM实证研究,测评工具的开发是不可回避的问题,否则水平就高不上去。

岳:的确,测评工具在HPM研究中相当重要。汪老师和邹老师对HPM在小学的实践,或在小学阶段HPM的研究,有什么期望?

邹:HPM,特别是小学HPM,要以解决课堂中长期存在的问题为出发点。因为我们的HPM研究,让人眼睛放亮的地方是能解决课堂中常年积累下来的一些问题。因此,能解决这些疑难杂症,是我们努力的方向。这就需要我们深入进行教育取向的数学史研究,运用规范的测评方法,借助共同体的合作将HPM的学术形态转化为课堂形态。我期望HPM能够为小学数学教学增添一股清风,能够为解决困难带来一些帮助,我想这是很值得期待的。

汪:还是要解决几个“一”的问题,一门课程、一个论坛、一种模式、一批案例、一个团队,从而让HPM在小学生根、发芽、结果。

访谈总结

通过对汪晓勤、邹佳晨两位老师的访谈,我们发现,深入进行HPM视角下的小学数学教学实践,需要做到以下几点:

(1)厘清HPM的边界是前提。要认识到只使用了附加式的课例不能称为HPM课例,附加式要与其他方式相结合,且数学史的使用要对教学目标有显著影响。

(2)教育取向的数学史研究是保障。无论是宏观层面的HPM课例的开发,还是微观方面顺应式、重构式的使用,史料的占有率是关键。因为没有史料,何谈HPM?没有教育取向数学史的深入研究,如何确保顺应的问题是历史问题?如何保证重构的知识发生、发展过程反映了知识发展的关键节点与历史动因?

(3)理论的借鉴与创新是生命力。HPM视角下的小学教学与中学教学在前景、教师的喜爱程度、教学效果与课堂氛围上差异很大,但中学HPM研究、实践较为成熟。因此小学阶段的HPM实践与研究,要借鉴中学的相关成果,结合学生特点、教学实际、数学史等,构建数学史融入小学数学教学教育价值的独特内涵,创造性地使用数学史的融入方式。

(4)共同体的组建是必经之路。要开发出好的HPM课例,需要采取共同体的模式,高校与中小学合作,高校研究者、小学数学教师、教研员紧密配合、资源共享、优势互补。

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