数学学习过程的心理分析

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数学学习过程的心理分析

摘要:文章依据教育心理学的基本原理,从概念的引入、命题的证明和数学知识的应用三个方面,对数学学习过程的心理进行了分析。

关键词:数学认知;学习过程;教育心理

数学作为一门学科,不是让学生死记硬背或反复练习就能学好的。现代认知心理学研究成果告诉我们,学生学习数学的过程实际上是一个数学认知过程,在这个过程中学生在教师的指导下把数学知识结构转化为自己的数学认知结构。数学认知结构是数学知识结构与学生心理结构相互作用的产物,其内容包括数学知识和这些数学知识在头脑的组织方式与特征。数学教师的任务就是根据学生学习数学的认识规律和数学学科的特点,采取恰当的方式,提供恰当的感知材料,设置适当的问题情景,激发学生学习数学的兴趣,活跃学生的思维,使学生的能力得到发展。本文从教育心理学的角度探讨数学课程中的概念、命题及应用的教学过程,以期实现数学的逻辑意义向学生的心理意义转化。

一、概念的引入

概念是知识的细胞,作为陈述性知识的概念学习重在理解,宜用同化论解释。同化一词的基本意义是接纳、吸收、合并成自身一部分的过程。有意义言语学习理论强调,在新知识的学习中,认知结构中原有的适当观念起决定作用。新知识的获得主要依赖认知结构中原有的适当观念;必须通过新旧知识的相互作用,有意义学习才能实现。这种新旧知识的相互作用的结果,就是新旧意义的同化,进而形成更为高度分化的认知结构。同化论的核心是相互作用观。它强调学习者的积极主动精神,即有意义学习的心向;强调有潜在意义的新观念必须在学习者的认知结构中找到适当的同化点。新的知识与认知结构中起固定作用的观念大致可以构成三种关系,即类属关系或下位关系、总括关系或上位关系及并列结合关系。

概念学习,实质上是掌握同类事物共同的关键特征。同类事物的关键特征可以由学习者从大量同类事物的不同例证中独立发现,这种获得概念的方式叫概念形成。其学习过程是从例子中发现共同本质特征的过程。其条件是同时呈现若干例子,学习者提出共同本质特征的概念假设,外界提供假设正确与否的反馈信息。概念的学习也可以用定义的方式直接向学习者呈现,学习者利用认知结构中原有的概念理解新概念,这种获得概念的方式叫概念同化。概念同化是一种下位学习,其先决条件是学习者认知结构中有同化新的下位概念的上位概念。其学习过程是一个接受过程。

不论用何种方式教授概念,学生理解了概念并能用语言陈述同类事物共同的本质特征,这仅仅表明智慧技能学习达到了陈述性知识阶段。概念作为一种智慧技能的本质特征,在于它们能在不同原先的学习情境中应用,而促进应用的关键是变式练习。变式是指概念的正例的变化。在概念形成中,总是先出现若干变式例子,使概念的无关特征不断变化,但保持概念的本质特征不变,这种习得概念的方式本身包含了变式练习。而且,如果还伴随出现反例,保证学生掌握的概念精确化,那么学生的概念掌握已经达到应用水平,智慧技能已经形成。

数学概念具有高度的抽象性和严密的逻辑性,数学概念的形成是相当困难的,有些概念经历了漫长的历史过程,如数学中最基本的概念函数,其内涵经过了几代人的努力才被凸现出来。学生在从教师或教材中接受这些概念时有些迷惑不解其实是正常的,思维的成果不经过个体心理加工得以同化,是不可能消化吸收的。

二、命题的证明

数学中的真命题是数学对象之间关系的规律性的反映,是数学概念的性质研究的推广和应用。命题的证明过程实质上是解决问题的过程,根据信息加工理论,它受到学生已掌握的程序性知识支配,同时还受到学生认识策略的制约。认知策略是由人们掌握的关于如何学习、记忆、思维和解决问题的方式方法的知识构成的。因此,从心理学角度研究命题教学,可从如下三个方面进行探讨:

(一)命题导出的心理过程

命题的导出过程实质上是规律的发现过程。数学命题的导出方式一般有:一是从概念出发,挖掘其所蕴含的意义,发现规律。如定积分的性质,都可以从定积分的几何意义中得到反应。二是从实例或特殊情况出发,分析发现其共同的本质,概括出命题。如微分学中的罗尔定理,通过画一些特殊的曲线来发现定理的条件和结论。三是从新旧知识的联系进行类比迁移,经一般猜想,导出命题。如集合、向量等某些运算规律从实数的运算规律进行类比猜想而导出。四是直接给出命题。如某些几何命题,直接给出命题会让学生有更直观明了的感觉。

(二)命题证明的心理过程

证明的过程就是把新命题与已有认知结构中的有关命题和概念关联起来,通过对它们的重新组合,综合运用各种推理形式而使新的命题获得证明的过程。命题证明的思考方式有:(1)概念特定的性质联想思考;(2)从题设条件的结构特点上联想思考;(3)从特殊与一般的关系上联想思考;(4)从条件与结论的关系上联想思考;(5)从形近例题的证法上联想思考;(6)从数形的结合上联想思考;

(7)从结论的反向联想思考;(8)从数学不同分支上联想思考。

(三)命题的教学法

(1)注意分析学生学习命题的一些心理障碍;(2)帮助学生划分命题中的条件和结论,正确理解命题的意义;(3)帮助学生总结掌握命题证明过程中的重要的数学思想方法;(4)帮助学生学会应用命题;(5)引导学生把命题归纳成系统的知识。

人们在实践中认识事物的内在联系,得出一般结论和原理等。这样的结论和原理作为命题知识被储存在人的记忆中,只是陈述性知识。如果经过一定的练习,使结论和原理以产生式的形式表征,那么原先的结论和原理才能转化成人们的办事规则。也就是说,当规则支配人们的行为时,规则就转化成做事的技能。规则与概念一样,也有适合它应用的情境,这些情境就是能体现规则的例子和情形。因此,在学习引理和公式以后,列举几个不同情形的应用命题是需要的。

学生学习书本知识的目的不是机械地记住孤立的知识项目,而是有效地形成组织良好的认识图式,即认识结构。奥苏伯尔提出的有意义言语学习理论较好地解释了学生通过命题知识的学习而形成组织良好的认识结构的过程。

三、知识的应用

学生创造性思维与解决问题的能力是当代教育最为关注的目标。在奥苏伯尔的有意义言语学习理论中,学习由低级到高级分为符号表征学习→概念学习→概念和命题的应用→解决问题(包括创造性解决问题)根据学习分类理论,将问题解决与概念和原理的简单应用或在熟悉情境中的应用相区别。问题解决是学习者将原有的概念和规则加以综合,在新情境中的应用并得到新的认识成果的过程。因此,定积分的应用应作为这部分教学的重点,立足点放在提高学生的智慧技能和培养学生的认知策略上。

作为智慧技能的概念和命题学习重在应用,甚至熟练地应用,除了用同化论解释其理解过程之外,还可用产生式理论解释其心理表征是如何由命题表征向产生式表征转化的。认知策略是一种特殊的程序性知识,认知策略的学习一般比智慧技能的学习更困难,需要接触例子更多,需要变式练习的机会更多,需要从外界得到更具体的反馈和纠正,需要反省认知的参与。值得注意的:一是变式练习不是简单的重复练习,是适合规则的情境的变化;二是认知策略中的反省认知成分是策略运用成败的关键,也是影响策略可迁移性的重要因素。

传统的教学存在的一个弊病是过于重视“解题术”,而对问题的求解的思维过程重视不够。教师在讲解概念和命题的应用时,多强调应用的具体操作步骤,而

不是通过变式练习,指导学生规则的发现和运用条件。因此,命题的应用,要特别重视审题、设计解题思路、反思几个环节。如果学生在审题或解题中有误,说明学生的对概念或命题尚未掌握,还要设计更多的变式并伴随反馈练习,直到学生精确掌握概念和命题为止。

行为主义心理学认为,解决问题是一个尝试与错误的过程,因此这些问题可让学生自己尝试解决,教师可以根据学生解题的情况进行指导和纠正,以达到学生反省认知的参与。解决几个问题不是目的,教师要引导学生对这些问题进行深层理解。问题深层理解也称问题综合,指在问题表层理解的基础上,进一步把问题的每一陈述综合成条件和目标统一的心理表征。问题的深层理解又包括两个方面:识别问题的类型,以及区分问题中的有关与无关信息。

【参考文献】

[1]皮连生.教育心理学[M].上海教育出版社,2004.

[2]袁小明,胡炳生,周焕山.数学思想发展简史[M].高等教育出版社,1992.