斯蒂芬图尔敏所著《论证的使用》一书系统地论述了以论证为主要内容的审辩式思维,学后对审辩式思维能力有了一定的认识。当下新一轮以核心素养为目标的教育改革中,斯蒂芬图尔敏的论证模式对思维进阶具有指导作用。
具有审辩式思维能力是创新型人才的重要特征,教育最重要的任务之一是发展学习者的审辩式思维能力。今天,伴随网络的发展,获取知识越来越容易。重要的已经不是向学生传授知识,而是发展学生的审辩式思维能力。
审辩式思维是21世纪人才必须具备的能力之一,审辩式思维水平的提高具有两方面的重要意义:一是有利于人的创造性的发挥,二是有利于构建和谐民主的社会。
审辩式思维表现在认知和人格两个方面,其突出的特点表现为:一、合乎逻辑地论证观点;二、凭证据讲话;三、善于提出问题并不懈质疑;四、对自身的反省和与此相关联的对异见的包容;五、对一个命题适用范围有深刻的认识和理解;六、直面选择,果断决策,勇于面对自己选择的后果,敢于承担自己的责任。
今天,学校中广泛流行的是形成于20世纪以前的非审辩式思维方式,把学习认为是老师向学生传授知识和学生学习知识的过程。这种方式,压抑了学生的创造力,妨碍了学生审辩式思维能力的发展。急需改变这种方式,不应再简单地向学生灌输特定的结论,而应呵护学生的好奇心,鼓励学生的质疑精神,激发学生的创造力,重视发展学生的审辩式思维能力,从而使学习成为一个探索未知和发现结论的过程。
在进行数学《选修2 -2》(人民教育出版社A版)第二章“推理与证明”的教学过程中,我注意将书里的相关理论运用到教学实践中,注重发展学生的审辩式思维能力,做了一些有益的尝试,收到了很好的效果。
在开始学习本章内容时,我向学生们讲述了数学家欧拉的一个故事:
法国数学家费马观察到: , + 1 = + 1 = 65537都是质数,于是他用归纳推理提出猜想:任何形如 的数都是质数。猜想对吗?半个世纪之后,勇于质疑且善于计算的欧拉发现:第5个费马数 F 5 = 2 2 5 + 1 = 4294967297 = 641 × 6700417不是质数,从而推翻了费马的猜想。欧拉凭借审辩式思维能力,解决了著名的问题,为我们树立了好的榜样。我以此事例激励学生们要敢于质疑和善于钻研。在后面的学习过程中,充分调动学生的学习积极性,引导学生深入钻研问题。现举两例与老师们交流分享。
一、探究课本一公式,妙用多法解问题
课本中直接给出了1 2 + 2 2 +…+ n 2 的结果为 ,但未给出其推导过程,我引导学生去探究,得到了多种解法:
解法一:(归纳法)
记 S n = 1 2 + 2 2 +…+ n 2
先计算得:
S 1 = 1 2 = 1,
S 2 = 1 2 + 2 2 = 5,
S 3 = 1 2 + 2 2 + 3 2 = 14,
S 4 = 1 2 + 2 2 + 3 2 + 4 2 = 30,
然后用归纳推理提出猜想: S n = =
再用数学归纳法证明猜想(略)
解法二:(类比法)
类比 S n (1)= 1+ 2+…+ n = + 其为关于 n 的2次多项式
猜想: +…+ n 2 =
然后分别地取 n = 1,2,3,4,列方程组,解方程组得 a , b , c , d 的值。
再用数学归纳法证明猜想(略)
解法三:(待定系数法)
由 +… ,得
设 S n = + + cn + d ,则
+ - + + =
+ n + =
故 S n = + + n =
再用数学归纳法证明猜想(略)
解法四:(演绎法)
由( k + 1) 3 = k 3 + 3 k 2 + 3 k + 1,得( k + 1) 3 - k 3 = 3 k 2 + 3 k + 1
分别地取 k = 1,2,3,…, n ,得
2 3 -1 3 = 3 × 1 2 + 3 × 1 + 1
3 3 -2 3 = 3 × 2 2 + 3 × 2 + 1
4 3 -3 3 = 3 × 3 2 + 3 × 3 + 1
……
( n + 1) 3 - n 3 = 3 n 2 + 3 n + 1
相加可得 - +
故 S n (2)=
正是:面对难题冥思苦想,探究多法追本穷源。
研究到此并不止步,继续探究更一般的问题:
二、推广课本一问题,一题多变提能力
课本对问题:已知数列 , a 1 = 求
先用归纳推理提出猜想,再用数学归纳法证明,给予解决。对此问题很有必要并非常值得继续加以研究。首先考虑再用演绎法解决上面问题。
解:由题设得 = ,即 - = 1,此表明数列 是公差为1的等差数列,又 a 1 = 1,故 = +( n -1)× 1,于是 a n =
然后研究变式问题:已知数列 = = + 1 ,求 a n 。
首先仿照前例课本的方法,即用归纳推理提出猜想,再用数学归纳法证明,可以解决。除此之外呢?如何引导学生继续探究,使学生思维进阶呢?是我们教师值得深思的问题。如能深入钻研并加以精心设计,定能充分体现本题应有的功能与价值。下面给出本人对此问题的探究结果和设计。
分析:
计算前几项探求通项: a 1 = 1 = 2 1 -1, a 2 = 3 = 2 2 -1, a 3 = 7 = 2 3 -1, a 4 = 15 =2 4 -1;
归纳规律提出猜想: a n = ;
透过现象认识本质: 是公比为2,首项为1的等比数列;
寻找突破口获得解法:抓住等比数列 ,使本题迎刃而解。
解: + = = ,设 (1)则 = 2 b n
此表明 是公比为2的等比数列,又由 b 1 = a 1 + 1 = 1 + 1 = 2得 b n = 2 ×
代入(1)得 = 2 n ,故
推广:上题的一般问题是:已知 = ,求 a n 。
又该如何解决呢?
反思:上题的解题关键是通过做适当变形,获得了等比数列{
探究:类比上题解法,探寻相应的等比数列,设为 ,考虑用待定系数法求出 x :
设 即 = ,将其与已知 比较后,
应令 = ,于是仿上题解法,可得出本题结果;
而当 时, 为等差数列,问题不难解决。
应用:已知数列 = = ,求 a n 。
解: = + ,
设 = (1)即 +
应令 x = =- 代入(1)得
设 (2)则
此表明 是公比为 的等比数列,又由 b 1 = 得
bn= = n
代入(2)得 ,故 +
还能再推广吗?更一般的问题为:已知 = = ,求 a n 。
先研究一个具体问题:已知 = = ,求 a n 。
解:由 -3 n + 1,得 = 4( a n - n ),设 则 = 4 b n ,
此表明数列{ b n }是公比为4的等比数列。又由 b 1 = a 1 -1 = 1,得 b n = 4 n -1 ,
于是
通过对此题的研究过程认识到还能够再推广,方法为:类比把 化为 ,考虑将 转成 =
应用:设数列 的前 n 项的和 × ,求 a n 。
解法一:由 = - + (1)得 - (2)
(1)-(2)得 × ,即
将其转成 ,设 ,则
此表明数列{ b n }是公比为4的等比数列。又由题设可求出 a 1 = 2,于是 b 1 = a 1 + 2 = 4,
因此 b n = 4 n ,故
解法二:同解法一得 ,将其化为 = + 1,设 = ,
则 ,可求得 a 1 于是 =1,参见前例得 ,所以
通过对此类问题的研究,可归纳出如下要点:
(1)解题步骤:变形—代换—求新—导旧;
(2)对复杂的递推式,通过“探寻同型式,构造辅助列”,化归为简单的递推式。
通过对上述两个问题的探究过程,师生们深切地体会到:在探究问题时,勿浅尝辄止,应深入钻研。使思维不断进阶,促能力逐步提升。
教师在教学中应更新教育观念,重视审辩式思维,培养创新型人才。
石景林/文