高中生对数形结合思想理解及运用现状的研究

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数形结合思想方法是数学中常见的思想方法之一,在数学教学中有着广泛应用,对学生数学素养的形成和发展也有着重要作用,《普通高中数学课程标准(2017年版)》提出的直观想象素养在思维与表达方面对数形结合有着不同的水平要求,但是近年来关于数形结合的研究大多集中在解题与教学方面,有关学生数形结合思想水平的研究较少。本研究基于20世纪以来中国数学课程标准、表征理论、相关文献给出具体的分析框架,从内涵、类型、水平三个维度对高中生数形结合思想的理解及运用情况进行研究。由表征理论可知,代数表征和几何表征之间的沟通和转换体现了数形结合思想,同时转换模式有两种水平即表征对应型和表征构造型。通过对课标的分析,明确各学段对数形结合的要求,借鉴德国数学课标对表征能力水平的划分,给出高中生数形结合的水平表现。通过问卷测试法、访谈法对以下几个方面进行研究:高中生对数形结合思想的理解;高中生对数形结合思想运用情况;对不同年级学生数形结合思想的理解以及运用方面进行比较。研究发现,高中学生对数形结合思想涵义的理解片面,六成多的学生将其等价为“由数及形”,缺少“由形及数”意识。学生对于数形结合思想作用的认识绝大多数从解题角度出发,极少部分提及其对思维发展的作用。高中生数形结合思想水平集中分布在水平1和水平2,处于水平1且达到数与形双向沟通的人数比要高于水平2中的人数比,高中生在需要构造几何表征的由数及形的问题中表现较弱,在由形及数的问题中表现较好。高二学生对数形结合思想的理解较高三学生更全面,近八成的高三学生将数形结合思想看做是辅助解题的工具,利用图形的直观性帮助理解问题。高二学生与高三学生数形结合水平分布较为一致,但是在水平2中,高三学生达到数与形双向沟通的人数比要高于高二学生,说明随着年级的升高,学生运用数形结合的能力也是逐渐提高的。
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