關於三角教材與教法的新思考

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關於三角教材與教法的新思考
1998年4月21日,國家教育部專門調整了高中數學的部分教學內容,其中的調整意見第(7)條為:“對三角函式中的和差化積、積化和差的8個公式,不要求記憶。”再聯想到1998年全國大學聯考數學卷中,已儘可能減少了這8個公式的出現次數,

在僅有的一次應用中,還將公式印在試卷上,以供查閱,而當時調整意見尚未生效(應在1999年生效)。這不能不說對和積互化的8個公式(以下簡稱“8公式”)的要求是大大降低了。

  但是,這次調整的,難道僅僅是8個公式嗎?如果認為僅僅是降低了對8公式的要求,那就太表面、太膚淺了。

  我們知道,和積互化歷來是三角部分的重點內容之一。相當部分的三角題都是圍繞它們而設計的,它們也確實在很大程度上體現了公式變形的技巧和魅力。現在,要求降低了,有關的題目已不再適合作為例(習)題選用了。這樣一來,

三角部分還要我們教些什麼?又該怎樣教?立刻成了部分教師心頭的一大困惑。

  有鑑於此,我認為很有必要重新審視這部分的知識體系,理清新的教學思路,以便真正落實這次調整的意見,實現“三個有利於”(有利於減輕學生過重的課業負擔,有利於深化普通高中的課程改革,有利於穩定普通高中的教育教學秩序)

的既定目標。

  一、是“三角”還是“函式”

  應當說,三角函式是由“三角”和“函式”兩部分知識構成的。三角本是幾何學的衍生物,肇始於古希臘的希帕克,經由托勒玫、利提克思等。至尤拉而終於成為一門形態完備、枝繁葉茂的古典數學學科。歷史上的很長一段時期,只有《

三角學》盛行於世,卻無“三角函式”之名。

  “三角函式”概念的出現,自然是在有了函式概念之後,從時間上看距今不過300餘年。但是,此概念一經引入,立刻極大地改變了三角學的面貌。特別是經過羅巴切夫斯基的開拓性工作。致使三角函式可以完全獨立於三角形之外,而成

為分析學的一個分支,其中的角也不限於正角,而是任意實數了。有的學者甚至認為可將它更名為角函式,這是有見地的。

  所以,作為一門學科的《三角學》已經不再獨立存在。現行中學教材也取消了原來的《代數》、《三角》、《幾何》的格局,將三角併入了代數內容。這本身即足以說明“函式”在“三角”中應占有的比重。

  再從《代數學》的歷史演變來看,在相當長的歷史時期內,“式與方程”一直是它的核心內容,那時的教材都是圍繞著它們展開的。所以,書中的分式變形、根式變形、指數式變形和對數式變形可謂連篇累牘、所在皆是。這是由當時的數學認知水平決定的。而現在,函式已取代了式與方程成為代數的核心內容,比起運算技巧和變形套路來,人們更關注函式思想的認識價值和應用價值。1963年頒佈的《數學教學大綱》提出數學三大能力時,首要強調的是“形式演算能力”,1990年的大綱突出強調的則是“邏輯思維能力”。現行高中《代數》課本中,充分闡發了冪函式、指數函式、對數函式的圖象和性質及應用,對這三種代數式的變形卻輕描淡寫。

  所以,三角函式部分應重在“函式的圖象和性質”是無疑的,這也是國際上普遍認可的觀點(下文還將述及)。

  現行高中《代數》的三角函式部分,也單列了一章專講“三角函式的圖象和性質”,這是與數學發展的潮流相一致的。但若提起三角函式,大多數師生頭腦中反映出來的,還是“眾多的公式,紛繁的變換”,而三角函式的“圖象和性質”倒是在其次的。這一點,與前面所述的“冪、指、對”函式有著極大的反差,恐怕也與編者的意圖大相徑庭。箇中緣由固然與三角本身多公式有關,其中和積互化8公式的干擾作用尤其明顯。8公式形式類似,記憶也屬不易,變形尤難把握,是師生教與學的共同難點。為此反覆記憶、題海操練實所難免。

  調整以後,降低這部分的要求,大面積地減少了題量,目標中“第一和第三”兩個有利於是可以實現的。但另一個(有利於深化課程改革)該如何理解呢?把“函式”作為關鍵詞,將目光放在“圖象和性質”上,應當是正確的選擇,負擔輕

了,障礙小了,這更方便於我們將注意力轉移到對函式圖象和性質的關注上,這才是“三個有利於”得以貫徹的根本。



  二、國外的觀點及啟示



  下面來看一下美國和德國的觀點:



  美國沒有全國統一的教材和《考試說明》,只有一個《課程標準》,在《課程標準》中,他們對三角函式提出了下面的要求:

  會用三角學的知識解三角形;會用正弦、餘弦函式研究客觀實際中的週期現象;掌握三角函式圖象;會解三角函式方程;會證基本的和簡單的三角恆等式;懂得三角函式同極座標、複數等之間的聯絡。



他們還特別指出:不要在推導三角恆等式上花費過多的時間。只要掌握一些簡單的恆等式推導,如:之類就可以了。比較複雜的恆等式如之類,就應該完全避免了。



  德國在10到12年級(相當於中國的高一到高三)每年都有三角內容。10年級要求如下:

  (1)一個角的弧度。

  (2)三角函式sinx·cosx·tgx和它們的圖象週期性。

  (3)三角形中角和邊的計算

  (4)重要關係(特指同角三角函式的平分關係、商數關係和倒數關係——筆者注)。

  另外,在11年級和12年級的'“無窮小分析”中,繼續研究三角函式的圖象變換、求導、求積分、求極限。

  從以上羅列,我們可以看出下面的共同點:

  第一,突出強調三角函式的圖象和性質。

  第二,淡化三角式的變形,僅涉及同角變換。而且要求較低;8公式根本不予介紹。

  第三,明確變換的目的是為了三角形中的實際計算。

  第四,注意三角函式和其它知識(複數、極座標)的聯絡。

  這帶給我們的啟示還是很強烈的。美國和德國的中學教育以實用為主,並不太在乎教材體系是否嚴謹,知識系統是否完整。我國的教材雖作調整,對8公式不要求記憶。同期頒佈的《考試說明》仍要求“能推導並掌握(8公式)”。不要求記憶卻要求推導並掌握,怎樣實施且不去細說,有一個意圖是可猜到的,那就是要讓學生知道教材是嚴謹與完整的。我認為這大可不必。嚴謹與完整是相對的。現在看來嚴謹的東西,在更高的觀點下是否還嚴謹?在圈內看是完整的,跳出圈子看,是否還完整?在一個小地方鑽得太深,在另外更大的地方就可能無暇顧及。人家能在中學學到向量、行列式、微分、積分。我們卻熱衷於在個別地方窮追不捨,這早已引起行家的注意。從這個意義上說。此次調整應當只是第一步。在中學階段即試圖嚴謹與完整。其實是受前蘇聯教育家贊可夫的三高(高速度、高難度、高理論)影響太深的緣故。


  三、調整後的知識體系分析

  根據以上的分析,我認為本部分知識應分為兩大塊。即“三角函式的圖象和性質”與“三角變換”,雖然筆者認為後者該進一步刪減,但畢竟目前沒有做到。即使以後能大幅刪減,也肯定會保留適當篇幅,因為三角變換在理論和實際中都有廣泛的應用。

  現將本部分知識體系列表如下:

  這些知識點中,重點應是①③⑦⑧⑨⑩(11)(14)(15)(18),其實前幾年的大學聯考對它們也都有充分的體現。只是被8公式的光環所籠罩,我們的重視程度不夠而已。當然,現在我們要提高對這些內容的重視程度。千萬要避免無限拔高。那樣形成前門拒狼(8公式)後門引虎的局面。就大有違調整的初衷。

  參考文獻

  1 黃建巨集。聯邦德國完全中學的數學基礎學力介紹。數學教學,190(4)

  2 陳昌平。介紹美國最新課程標準。數學教學,1990(3-4) 

作者:不詳