素養教育

素養導向的反例──失焦的代數化

如欲引用,除了引用本網頁以外,也可以引用以下文獻: 以下文字是這篇論文的第三章第三節。 一位匿名審查同仁寫了以下評論:
「失焦的代數化命題」一節確實一語中的,指出從國中到高中, 充斥著將幾何、函數、機率與統計等各種主題,全都改裝成方程問題的例子。
這種教材與評量設計的表現,是十足的「學科導向」意識, 可作為「素養導向」的典型反例。

一般而言,我們總是鼓勵教師將過去的知識點與新課題連結起來; 但是有一個知識點卻可能被過度連結了:解方程。 從國中到高中,充斥著將幾何、函數、機率與統計等各種主題, 全都改裝成方程問題的例子。 因為數學內部的連結性,這種轉換是無可厚非的, 可是教師要同理學生所獲得的經驗,是否符合預設的學習目標? 方程求解的複雜度,是否有喧賓奪主之嫌? 另一方面,這種轉換常常是「數學課」所獨有的, 就像第一小節所說的,學生出了數學教室就再也遇不到同樣類型的問題。 如果是這樣,則這種教學活動就該避免。

例如八年級上學期的等差級數,學習目標是在數列具有規律性時(等差), 有一種快速獲得總和的算法,此算法也是一種值得學習的思考方法,顯示數學的威力。 可是某些教材仍然喜愛將它改編成求解方程的問題, 例如「等差數列之 \(a_1=5\) 且 \(5+12+19+\cdots+a_n=365\),求 \(n\)」。 其實可以想像這種預知總數(或者以總數為目標)求項數的需求情境, 但是當課程中充滿了像這樣無情境的純數學問題, 就很難期望學生獲得的經驗是等差級數的妙用與威力。 更難過的是,就算有情境,數學教材卻經常以違背常識的方式佈題。 例如一道情境題(還附了插圖)說,某人看到一面用長方形磚塊堆疊的牆, 最上層有 1 塊磚,下一層有 2 塊,再下一層有 3 塊,依此類推, 他數出來總共有 276 塊,請問共有幾層? 如果在數學課裡,學生累積了太多「數學課就是這樣」的學習經驗, 可能不會質疑此情境的合理性。 但是如果不在數學課裡,可能任何人都會質疑:怎麼會有人數完了全部有幾塊磚, 卻不知道一共有幾層呢? 這個例子顯示,當數學教師心中專注於數學的學科本位, 卻忘了以學生立場想像他/她在生活經驗所累積的常識, 則情境問題也未必就是素養問題。

數列主題本來就接近代數,將它「方程化」還算自然, 但是課程中也充滿了將幾何「方程化」的例子。 例如在八年級下學期,學過三角形內角和為 180 度之後, 如果以「已知三角形之三內角為 \(x\) 度、\(x-10\) 度、\(x+10\) 度,求 \(x\)」 作為教學例,則學生將獲得怎樣的學習經驗? 難道這是我們要展示給學生看的內角和「功用」嗎? 其實此題的方程部份幾乎可以心算:立式 \[x+(x-10)+(x+10)=180\] 化為 \(3x=180\),所以,這道例題還不算太偏離教學目標; 至少學生解題時,花在內角和概念的時間,與花在解方程的時間差不多。 可是測驗卷舉一反三,改編成類似「三內角為 \(x^2\) 度、\(x+50\) 度、100 度,求 \(x\)」,想像學生解此題所獲得的解方程經驗,應該遠超過內角和的經驗吧? 學生做這種題目或許可以增強二次方程的練習, 但是應該不會獲得有意義的幾何學習經驗, 而且也很難想像在真實情境中遭遇這種問題的可能性。

另有一些並非「數形合一」的幾何「代數化」例子, 例如學過三角形的兩邊和大於第三邊之後,假設 \(a\)、\(b\)、\(c\) 為三角形的三邊長,要學生「化簡 \(|c-b-a|+\sqrt{(b-c-a)^2}\)」。 想像學生解題的心理歷程,花多少時間在三角形邊長關係上? 花多少時間在代數操作上? 而花掉這些時間所獲得的學習經驗, 有多少比例提升了三角形邊長關係的理解、洞察和應用? 更別說「去絕對值」並非國中階段的內容。 以學科本位來看,此題相當有創意,是一道絕妙好題。 改以學生中心和素養導向來看,則此題可能應該割愛。

因為「數形合一」是威力強大的數學思維方法,所以,幾何問題的「代數化」是正當的。 可惜國中階段因為沒有坐標幾何,所以數形合一的發揮機會不多。 只要能增強學生對於學習目標(幾何課題)的正向經驗,代數化就是值得嘗試的途徑。 例如提醒學生,我們已經知道有邊長 3、4、5 的三角形, 以下提問應該有助於提升三角形性質的洞察: 「是否任意三個連續整數,都能成為三角形的邊長?」

至於函數與機率統計學習主題的「方程化」或「代數化」例子, 所涉的概念較為細微(subtle),需另闢專文來論述。 簡單地說,國中階段的一次函數與二元一次方程式之教學內涵幾無差別, 亦即課程中無法分辨兩者的內涵差異,一次函數被視為二元一次方程式的特殊形式, 而且一次函數的教學似乎都沒有連結正比關係作為先備經驗, 使得學生可能只感受到三個單元彼此「很像」, 卻難以感受學習三種如此相似之概念的意義, 也就是未提供有意義(make sense of)的學習經驗, 這是國中階段較為遺憾的狀況。 新版教科書在這些單元之間的連結還是很弱,因此特別有賴於教師在教學時適度補充。

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Created: Oct 4, 2020
Last Revised: 21/04/19
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