點教育》數學教育應注意邏輯思考及概念理解─以歐氏幾何與配方法為例

2025-02-17 05:50
越來越多家長希望能從小學階段就為孩子打下扎實的數學基礎,讓他們贏在起跑點。(圖/freepik)
越來越多家長希望能從小學階段就為孩子打下扎實的數學基礎,讓他們贏在起跑點。(圖/freepik)

《108課綱》強調素養導向的學習,然而數學領域課程綱要並未定義什麼是數學素養,一般而言習慣以PISA對數學素養的定義為參考。

PISA數學素養定義

「在各種情境脈絡中,個人形成、使用和詮釋數學的能力。它包括數學推理和使用數學概念、過程、事實和工具去描述、說明與預測現象。它幫助個人認知數學在世界上所扮演的角色,同時做有根據的判斷和決定;這正是具建設性、投入性及反思性的公民所需具備的。」

從上述定義可見,推理與應用皆是培養數學素養的關鍵。那麼,《108課綱》下的中學課程是否充分落實這些要素呢?讓我們來看看中學課程中的歐氏幾何及配方法。

國中課程中的歐氏幾何

目前的國中數學課程,已將歐氏幾何淡化,學生已不需要進行完整演繹證明的訓練,改以提供學生相關的證明,讓其判斷其中所運用之性質,多以填空題為主。在此,我們不禁要問:若學生未曾親身參與演繹論證的過程,僅僅接觸教科書或教師提供的證明過程,是否就能充分培養學生的演繹思維能力呢?「知易行難」或許可以作為此處的最佳註解。我們應當不陌生,在學習的過程中,特別是在數學的學習方面,時常會好奇,為何教師在證明時總能信手拈來?教師豐富的經驗或許能說明一二。

歐氏幾何被認為是一種數學思維的典範,以及數學教學的典範,當然這一論點頗受非議許久。由於歐氏幾何並非是唯一的幾何學,非歐幾何的出現,撼動了歐氏幾何在數學上的關鍵地位。歐氏幾何的學習已從所謂的為了學習歐氏幾何而學,轉變為透過歐氏幾何來協助座標幾何的理解,同時透過歐氏幾何的嚴密演繹論證,來協助邏輯推理能力的培養。

歐氏幾何的演繹論證對於邏輯推理能力的培養,有著莫大的助益。雖然歐氏幾何有其不可改變的缺陷,但在知覺感官的世界中,平面幾何依舊是人類認知中的直觀世界。在現今資訊科技蓬勃發展的情況下,邏輯推理能力越發重要,相信歐氏幾何的演繹論證能夠在此處發揮極大的效用,提供學生邏輯論證的學習機會,同時也應讓學生實際演練,方能有更佳的學習成效。

配方法課程內容

在八年級的時候會學習到運用配方法解一元二次方程式。而早期學習數學的學生應不陌生,九年級時運用二次配方法尋找頂點的那段痛苦回憶。現今已不再於國中階段強調此一部分,而是將已整理好的方程式呈現出來,用以引導學生理解圖形並判斷其中所蘊含的意義。

到了十年級,除了要將二次配方法的內容補上,還出現了過往所未見的運用三次配方法尋找三次函數的對稱中心。看到此處,已度過高中求學階段的讀者們或許可以略感欣慰,雖然未能避開二次配方法,但至少不用面對三次配方法。

透過三次函數的對稱中心,來理解三次函數的意義,實在是一個很優美的思路,確實能夠引導學生思考與理解圖形的意義。但是否有必要在此處強調三次配方法的使用,若學生未能理解其中的意義,三次配方法的學習是否反而造成了負面影響?學生可能只停留在背誦公式,忽略了圖形意義的深層理解,或者是轉而超前學習運用微積分的計算方式,卻未能有良好的概念理解機會,如此豈不喪失了數學學習的本意?

二次配方法運用於二次函數的單元推移,降低了學生在九年級時的計算負荷,提供了學生進行理解、思考的機會,顯示了重視學生思考而非計算的理念改變,相信有助於改善長期過度重視計算的傳統數學教學。然而高中階段卻新增了三次配方法運用於三次函數的內容,確實令人疑惑。當學生需要耗費大量時間進行繁雜計算,甚至可能轉而背誦結論的公式時,勢必限縮學生理解與思考的時間,如此恐怕違背了課綱修訂的初衷,也與現今的發展趨勢不符。

我國數學教育長期呈現「高學習成就、低學習興趣」的狀況,其中過度重視計算而忽視理解的教學有不可逃避之責任。例如,許多考試以計算速度與正確率為主,學生在練習中往往缺乏對概念的深層理解。在有限的時間內,數學的教學勢必有所取捨,不論是歐氏幾何的演繹論證,或是二次、三次配方法,在取捨上都有其立足點,並無絕對的孰優孰劣。學生的學習是一條漫漫長路,若課程內容、理念無法連貫,勢必影響學生的學習成效,長期下來亦將使教師與學生無所適從。

課綱的編修、審定極其繁雜,卻甚為重要。數學素有「科學之母」之稱,期盼各界能敞開心胸、廣納建言,共創美好的數學教育願景。 (相關報導: 點教育》大法官vs.立法委員─英國退休大法官岑耀信給的忠告 更多文章

*作者為諄筆群主筆。

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