发布日期:2026-10-30 08:36
量出来的函数 辨出来的相关
—以公共基础部《高等数学》课程为例
一、改革背景
函数是高等数学的逻辑起点,也是高职学生入学后接触的第一个高度抽象的概念。它是一切后续内容得以展开的共同语言,函数观念能否真正建立,在很大程度上决定了这门课能把学生带到哪里。
然而传统课堂中,函数章节的教学普遍存在概念讲授、结论灌输较多、学生过程探究较少的问题。学生往往能一字不差地背下定义,却说不清这句话究竟在说什么。公共基础部王兆青老师在教学一线发现,高职学生动手意愿强、形象思维活跃,对“测量”“数据”“图像”这类看得见、摸得着的内容反应热烈,唯独对抽象符号的理解存在明显门槛。
为此,王兆青老师紧扣高职学生认知特点,将“以学生为中心”的育人导向贯穿教学,围绕“具象先行、探究为主、直面反例、技术赋能、归纳提炼”五要素重构课堂,以“测量自身、发现关系、遭遇反例、修正概念”为主线,系统推进函数概念的教学改革。
二、改革理念
课程确立“以学生为中心、以经验为起点”的育人理念,坚持“从身体出发、向抽象攀登”,把“让对应关系看得见、让概念边界说得清”作为课堂追求。
(一)具象先行。不急着给定义,先让学生在同伴和自己身上采集数据,让“一个身高对应一个臂展”的经验先落地,再从经验中抽象出函数概念。
(二)探究为主。把“验证一个已知结论”改为“检验一个未知猜想”。学生事先并不知道答案,教师也不预设终点,结论交给数据。
(三)直面反例。当测量结果不支持学生的预期时,不回避、不绕过、不替学生“修正”数据,而是把反例推到台前——概念正是在与反例的碰撞中被真正理解的。
(四)技术赋能。用自研交互式网页承担描点与拟合的计算和绘图,把学生的认知资源集中在关系本质的思考上,而不是消耗在手算上。
(五)归纳提炼。数据说出的结论不靠教师宣布,而由学生在对比中自己概括出来:什么情况下是确定的对应,什么情况下只是密切的联系。到这一步,函数概念不再是老师递过来的定义,而是学生从反例与正例中提炼出的判断标准。
三、主要做法
(一)史料导入,唤醒问题意识
以一张时间轴串联函数概念的演化,人类花了近两千年,才把“变量之间的依赖关系”变成可刻画、可运算的对象。随即抛出待检验的猜想——身高与臂展之间,是否也存在这样一种关系。
图 1 教师以函数概念发展史时间轴导入,提出待检验的猜想
(二)概念建构,抓住对应本质
不直接给出定义,用递进问题链引导学生自己逼近:汽车与车轮的数量是一一对应吗?输入“身高”能唯一确定“臂展”吗?再引入“常量函数”这一反直觉例子,让学生自己概括出函数的核心——一种确定的对应关系,关键词是“唯一确定”,为后面的反转埋下伏笔。
(三)分组实测,采集真实数据
全班分组开展实测,各组自主分工为测量员、记录员、操作员、汇报员,并统一测量规范:身高脱鞋贴墙、头顶贴平;臂展两臂水平展开成“十”字,量取两中指尖之间;同一人重复测量两次,读数相差 0.5 cm 以内方予采用。规范先行,是后续结论可信的前提。
图 2 学生测量身高臂展
(四)技术赋能,实时生成解析式
各组将实测数据录入自研交互式网页,即时生成拟合曲线与解析式,并同步绘出散点图,教师端可实时查看各组进度与结果,并支持一键合并全班数据重新生成。这一设计把学生从繁琐的手工描点与计算中解放出来,把课堂时间还给对“关系”本身的思考。
图 3 小组端实时生成的拟合曲线与散点图
(五)对比反思,推翻原有预设
各组汇报结论,王教师将各组结果板书汇总,再将全班数据合并后重新生成。此时出现了一个学生没有预料到的结果:全班范围内,身高相同的同学臂展并不相同。教室里先是短暂的安静,然后是争论。王教师没有急于给出判断,而是把问题推回给数据,请各组在散点图上找出身高最为接近的同学。
图 4 教师引导学生对比「函数关系」与「相关关系」
(六)概念澄清,辨明函数与相关
王教师引导学生自己完成最后的抽象:当自变量取定一个值,因变量有唯一确定的值与之对应,这是函数关系;而两个变量存在密切联系却不存在这样唯一确定的对应,则是相关关系。学生由此看清:那条直线并不是函数关系,而是对“平均而言”这一趋势的定量刻画。
四、改革成效
(一)学生的判断被数据修正了
测量之前,绝大部分学生确信“身高和臂展是一一对应的”,因为“人长得匀称”是常识。改变这个判断的是数据本身,而不是教师的讲授。当学生亲眼看见身高相近的同学臂展相差数厘米,“唯一确定”四个字才真正落到了实处。
(二)抽象概念变得可触摸
学生第一次从自己身上而不是从课本上“看见”函数:身高是自变量、臂展是因变量,屏幕上那张散点图就是对应关系的图像。"对应关系"由此从一个抽象词组,变成一段亲身经历。
(三)课堂参与度显著提升
测量、录入、看结果、争论结论四个环节环环相扣,学生全程有事可做、有话可说。课堂“低头族”明显减少,主动上台演示、主动质疑别组数据的学生明显增多,出勤率稳定在98%以上。
(四)建模意识初步建立
学生完整经历了一次“采集数据—观察散点—作出判断—用数据检验—解释结论”的分析全过程,并在散点与曲线的偏离中直观体会到“模型只是近似”,以及“什么时候不该用函数模型”的判断力。
(五)形成可复用的数字化教学工具
配套开发的交互式系统零依赖、不依赖外网即可运行,支持多组并发录入与教师端横向对比,可迁移至其他班级及其他课程的数据探究类教学环节。
五、经验启示
一是真实情境是最好的抽象阶梯。与其反复讲解定义,不如先给一段可以亲手操作的经验,再向上抽象。而身体,是学生最熟悉的实验材料。
二是让数据说话,包括说“不”。探究式教学最容易出现的偏失是“假探究”——过程热闹,结论早已写好。本课之所以成立,恰恰因为结论是开放的:教师事先并不知道学生会得到函数关系还是相关关系,数据说什么就是什么。
三是“不完美”本身就是教学资源。测量误差、离群点、曲线穿不过每一个点,这些在传统课堂里被视为“不够完美”的地方,恰恰是讲清“函数是对现实的近似描述,而非现实本身”的最佳切入点。
四是技术不是炫技,而是降低认知负荷。技术投入不是为了“高大上”,而是为了把描点拟合这类超出高职学生当前能力的内容封装在黑箱里,让他们得以把注意力集中在“关系是什么”这一核心问题上。
五是好的课堂应当“可迁移”。判断一节课是否成功,一个可行的标准是:这套设计换个班、换个老师、甚至换个专业,还能不能照着跑起来。
供稿部门:教务处
初审:周安安
复审:张明哲
终审:李涛
编辑:曲媛媛