“数学思维与数学教育”研究综述

●陆吉健朱哲(浙江师范大学教师教育学院浙江金华321004)

“数学思维与数学教育”研究综述

●陆吉健朱哲(浙江师范大学教师教育学院浙江金华321004)

对于数学思维的突出强调是国际范围内新一轮数学课程改革的一个重要特征［1］，这一观点在近几年数学成就较高的新加坡、芬兰等国出版的数学课程标准［2-3］，以及我国数学课程标准(包括义务教育阶段和高中阶段)关于数学教育理念和目标的论述中都能明显看出.在21世纪这个知识经济时代，迫切需要思维能力强的人才.正是在这些背景下，数学思维逐渐成为数学教育界的热门话题.回顾近几十年来，国内外数学教育界对其进行了广泛、深入地研究，对这些研究思路作一梳理，有助于这一研究不断地走向深入.

1 国外数学思维的研究

国外数学思维的研究，在理论和实践层面都给予了高度关注.其中，在理论层面比较有代表性的人物是弗赖登塔尔、斯托利亚尔、奥加涅相等，在实践层面比较有代表性的人物是克莱因、道尔、波利亚等.以下着重介绍下国外实践层面值得关注的数学思维研究.

数学教育家舍费尔德在波利亚的解题系统基础上，在《数学解题》中指出，数学解题的智力活动含有4个方面，其中在第2方面指出“启发法则，即克服困难的思维策略”，在第3方面指出的“调控”就是思维活动之反思在起作用.舍费尔德认为在数学教学中，教学生如何去思考问题比教学生解决问题更重要，强调的就是数学思维的重要性.

另外，在数学课程标准方面，新加坡义务教育阶段数学教学大纲(新加坡尚未使用课程标准)的基本理念中指出“数学是发展和提高人的逻辑推理能力、空间想象能力以及分析和抽象思维能力的重要工具”，“学生在学习和应用数学的过程中发展计算能力、推理能力、思维技巧和问题解决能力”［2］，数学思维和逻辑推理、空间想象、计算、问题解决等能力是并列的;新加坡高中数学教学大纲将数学分为H1、H2、H3等3个层次，H1和H2层次在教育目标中指出“发展数学思维和问题解决能力，并将这些技巧运用在问题解决中”，层次较高的H3层次则指出“在数学推理证明、创造性的数学问题解决和数学模型的使用中培养思维的严谨性”［3］，对数学思维培养的要求更是落到了问题解决、推理证明、模型使用等实处.新加坡在2009年和2013年国际学术评估项目(PISA)数学素养测试中均仅次于上海，排名第2.对数学思维的重视，是取得如此成绩的原因之一.

近年来，土耳其叶迪特佩大学KILIÇ，Hülya等就小学六年级学生数学思维技能教学中使用素材进行了实证研究;西班牙阿利坎特大学Fernández C等就小学教师对学生问题解决中的数学思维关注进行了理论研究.这2项研究是对小学领域的研究，但其研究方法和研究成果的使用范围是可以延伸到中学，甚至大学的.

2 国内数学思维的研究

如果说国外的相应研究更加注意对于实际数学思维过程的深入考察，那么，国内关于数学思维的研究则是一种规范性的研究［4］.总体上，数学思维研究可归纳为3个方向:为思维而数学思维、为数学而数学思维和为教育而数学思维.数学思维研究的开端和第1个方向是“为思维而数学思维”，也即从一般思维出发研究数学思维.20世纪前，国内数学思维研究“所建构的‘数学思维论’的基本理论框架往往就是从一般的思维论研究中直接借用过来的”.甚至于近几年刚出版的某些“数学思维论”的著作，所建构的“数学思维论”的基本理论框架也是从一般的思维论研究中直接借用过来的.只是在数学思维的形式与方法上作了一定的延伸和拓展.例如，将数学建模等新的数学思维的形式与方法融入进来，从思维研究的最新成果“左脑思维”和“右脑思维”等角度来审视数学思维.

数学思维研究的第2个方向是“为数学而数学思维”，也即从数学特殊性出发，来研究特有的数学思维.王仲春认为:“数学思维是指人类关于数学对象的理性认识过程，包括应用数学工具解决各种实际问题的思考过程.”王梓坤院士在《今日数学及其应用》一文中指出，当代数学思维是一种定量思维，通过对数学问题的提出、分析、解决、应用和推广等一系列工作，以获得对数学对象的本质和规律性的认识过程.这一方向的数学思维研究，不再单单是从一般思维出发研究数学思维，开始从数学特殊性出发来研究数学思维.

当下，数学思维研究的第3个方向是“为教育而数学思维”，也即指向数学教育(甚至于数学教学)的数学思维研究，服务数学教育(教学).这一研究方向的代表学者，在国内可追溯到孔子.《论语·述而》中有:“子曰，学而不思则惘，思而不学则殆.”这里，孔子指出了学与思之间的关系，特别是前半句更是强调了“思”对于“学”的重要性，强调学习知识之后，需要再进行思维层面的理解和感悟.

当代比较具有代表性的是任樟辉在1997年的著作《数学思维论》中提出“从数学思维的角度看，学生是思维的主体，教师是学生思维的主导，而思维的材料就是教材或数学知识”;其在2001年的著作《数学思维理论》中又指出“数学思维是针对数学活动而言的，它是通过对数学问题的提出、分析、解决、应用和推广等一系列工作，以获得对数学对象(空间形式、数量关系、结构模式)的本质和规律性的认知过程”.另外，也在1997年，郭思乐和喻纬出版的《数学思维教育论》，更加直接地从数学思维教学目的论、数学家的数学思维论、数学思维教育过程论、数学思维观念论和数学思维教学论等5个方面进行了详细的阐述.同时，曹才翰等认为“数学思维形成的过程是主体以获取数学知识或解决数学问题为目的，运用有关思维方法达到认识数学内容的内在的信息加工过程”.随后，郑毓信在其著作《数学思维与数学方法论》中，也提出数学思维研究应“为数学教育服务”;单墫则更加具体地提出“考虑中学数学教材、大纲或是课程标准时，不能仅考虑实用性，不能简单地罗列数学知识，而更应当考虑需要培养哪些思维品质，如何去进行思维的训练，充分发挥数学是思维的科学的特点.”

此后至今的10多年，为教育而数学思维的相关研究不断深入.这在数学课程标准中有着明显的体现，其中具体涉及“培养哪些思维品质”和“如何去进行思维训练”.对于“培养哪些思维品质”，2011年颁布的《义务教育数学课程标准》中有强调抽象思维、推理思维、创造性思维、形象思维，2003年颁布的《高中数学课程标准》中有强调理性思维、抽象模式、结构研究事物的思维方式、批判性的思维习惯、逻辑思维、统计思维与确定性思维、直观思维.对于“如何去进行思维训练”，2011年颁布的《义务教育数学课程标准》在学有余力的学生、提高思维水平、必要的板书、信息技术、教学方式的多样化、评价方式等方面进行了一定的阐述，2003年颁布的《高中数学课程标准》在数学的应用价值、科学价值和文化价值、算法的基本思想、数据收集与处理、严格的逻辑法则、框图、复数的一些基本知识、现代计算机技术等方面进行了一定的阐述.同时，2011年颁布的《义务教育数学课程标准》也强调“教材内容的呈现应体现过程性”，这对于学生“形成良好的数学思维习惯有着重要的作用”.显然，“为教育而数学思维”的研究是当下数学思维研究的主流方向，以下对此作进一步介绍.

3 为教育而数学思维的研究现况

最早“为教育而数学思维”，在数学思维研究的前2个阶段也有出现，但都还只是“在相应的一般性理论框架中嵌入若干数学的例子”［4］.这些数学教育案例尽管在一定程度上起到了一定的作用，但其价值是不大的.近年来，“为教育而数学思维”的研究不断深入，呈现出以下4个方面的研究.

3.1 从数学知识出发

电力安全生产中风险随时存在，因此，做好风险管理是为了解决电力生产过程中存在的安全问题，同时，为了电力企业在生产过程中可能存在的安全事故起到防微杜渐的效果。在风险控制过程中，需进行一些科学、合理的分析，能使其在实际应用中获得更好地效果，发挥更大的价值。

周宇剑从数学符号语言教学的角度探讨了促进数学思维发展的有效途径，强调“加强数学符号语言类比和符号提示功能教学，培养学生将数学叙述语言转换成数学符号语言的能力，引导学生正确理解数学符号的含义并规范符号书写，促进学生数学思维的发展”.杨宝珊等对数学史与数学教育(HPM)进行思维研究，对数学史与数学教育的有关现象进行思维描述，查明人类思维在该领域中的具体表现，找出应有的思维资源(包括数学思维资源和一般思维资源)，并给出了“数学史与数学教育”思维训练的内容和方式.前者是基于学生角度，后者则是基于教师角度，2个方面的研究给予了从对应数学知识出发进行数学思维研究非常好的示范和参考.

3.2 从数学能力出发

蔡金法曾提出“数学概括能力是数学能力的核心”，林崇德在其提出的数学能力结构观中也以数学概括为基础，但也指出“加强数学概括能力的培养，重点放在培养学生的思维品质上”，同时他的数学能力结构观除了以数学概括为基础外，还包括3种基本能力(运算能力、空间想象力和逻辑思维能力)与5种思维品质.曹才翰等从数学能力角度探讨了数学思维的重要性，其中曾进一步提出“逻辑思维能力是中学数学教学中要培养的数学能力的核心”.同时，苏建伟对数学元认知与数学思维品质的相关性进行了研究，提出如何通过培养学生的数学元认知能力来优化学生的数学思维品质.从中可以看出，数学思维在数学能力中处于非常重要的地位，可以说数学思维的能力和品质是数学能力的核心体现.

3.3 从学习方式出发

夏小刚、吕传汉等在跨文化视野下对中、美学生数学思维差异进行了比较研究.研究发现，在问题解决中，中、美2国学生的数学思维具有明显的差异性，主要表现为:中国学生偏于使用抽象的策略和符号表征，而美国学生则往往比中国学生更频繁地使用视觉的策略和表征.王霞进行了以草稿为载体训练第2学段学生数学思维的研究，通过分析和访谈研究学生的草稿，发现了导致学生思维受阻的6个原因，从而根据第2学段学生的思维现状以及所存在的问题，提出了第1学段学生以草稿为载体的数学思维训练的有效对策.中外学生数学思维方式的比较研究，能给予思维研究很好的导向;而立足本土的数学思维实证研究，则能给予思维训练以很好的具体启发.

同时，数学思维活动在学习方式角度的表征，还有数学认知、数学反思等.数学认知方面，李玉琪在其《元认知开发与数学问题解决》中详细论述了元认知知识的统摄作用之数学思维模式的规范作用.数学反思方面，惠敏悦对数学解题过程中的反思性学习进行了研究，叙述了古今中外对于反思的各种认识和研究，并根据教学经验以及对于反思的理解尝试了2种新的教学模式.

郑毓信以国际上的相关研究为背景，对小学数学教学中如何突出数学思维进行具体分析，提出初等数学中数学思维的3种基本形式:数学化、“凝聚”、互补与整合.数学化是指初等数学中“日常数学”向“学校数学”的数学化;“凝聚”是指初等数学中算术以及代数概念由“过程”向“对象”的转化;互补与整合是指同一概念的不同解释、同一题目的不同解题方法、形式和直觉之间所存在的重要的互补和整合关系.

刘晓菁对高中女生数学思维品质进行了研究，通过自然观察和访谈调查，具体而客观地描述了高中女生数学思维品质方面的情况及特征，从而提出了如何改进女生的数学学科学习以及培养高中女生的数学学科思维的几点建议和措施.小学生、女生等数学思维训练的弱势群体，在近年来不断得到重视，相关研究也还在继续进行之中.

4 进一步思考

可以预见，数学思维研究将引领数学教育，同时“为教育而数学思维”的研究方向将在提升学生的数学学科学习力、加强教师的“数学思维”意识、实证研究有待得到重视、进一步关注数学思维的弱势群体等方面将得到进一步的深入.

4.1 数学思维研究将引领数学教育

当下，应该本着“数学教学是数学思维活动的学与教”来明确数学教育的核心、途径和主体.其中核心是数学思维，途径是数学思维活动，主体是学生.实现基于数学思维的数学教育三维目标，掌握数学知识和技能，体验数学思维的过程、学习思维的方法，提升数学学科学习力，实现数学素养的提升［5］.周春荔《数学思维概论》一书中也提到了“数学教学本质是数学思维活动的教学”.进入21世纪，数学思维研究将引领数学教育.

4.2 提升学生的数学学科学习力

在实现基于数学思维活动的数学教学三维目标中，当下最为迫切的研究应当是提升学生的数学学科学习力.这可以从学习和教学2个方面来论证:从学习方面来看，当前课堂教学改革的核心目标之一是提升学生的学习力，而数学能力的核心体现在数学思维的能力和品质，因此数学学科学习力的要素需围绕数学思维来构建和组织，从而形成成熟的运作模型;从教学方面看，从数学知识的教学到数学素养的教学，数学思维的教学是必经、必由之路.

4.3 加强教师的“数学思维”意识

数学教师的职责在于提高“数学的社会实现能力”，具体包括2个方面:一方面是面向学生做数学教学工作，普及数学思想、知识、技术;另一方面则是对学生进行科学系统的数学思维训练等.前一方面是数学教师普遍重视的，但后一方面由于现实的多方面问题却没有太多精力给予应有的重视.但从学生的成长上来说，数学思维起着非常重要的作用;从数学教师的专业化上来说，数学思维研究、数学思维在教学中的应用等研究能够促进教师的专业成长.

4.4 国内数学思维的实证研究有待得到重视

国外数学思维的研究多为实证研究，但在国内却多为理论研究.然而数学思维是按照一般思维规律认识数学内容的理性活动，它的这一本质决定着数学思维实证研究的重要性.另外，数学思维的实证研究也能够更加具体地指向教学策略.数学思维实证研究具体可以从2个维度进行:学生角度和知识角度.学生角度，可以通过调研等方式具体探究学生数学思维的薄弱点和培养方式;知识角度，可以通过对具体数学知识下的数学思维进行教学实验式的研究.

4.5 进一步关注数学思维的弱势群体

从已有的研究中可以看出，小学生和女生是数学思维的弱势群体，而且也已开始得到关注.除此之外，还有少数民族学生这一数学思维的弱势群体，也应得到较多的关注.近年来，代钦已论证了不应进行“少数民族学生学习数学的思维水平的研究”，而应进行“少数民族学生学习数学的思维特征的研究”，相信随着数学思维研究的不断深入，小学生、女生以及少数民族学生等数学思维弱势群体会得到进一步关注.

(注:本研究系全国教育科学“十二五”规划2012年度单位资助教育部规划课题《“以学评教”背景下高中课堂学会学习的实践》(课题批准号FHB120509)的系列成果之一，得到浙江师范大学教师教育学院微课研究中心的资助.)

［1］郑毓信.数学思维与小学数学教学［J］.课程.教材.教法，2004(4):29-33.

［2］曹一鸣.十三国数学课程标准评介(小学、初中卷)［M］.北京:北京师范大学出版社，2012:94;284.

［3］曹一鸣，代钦，王光明.十三国数学课程标准评介(高中卷)［M］.北京:北京师范大学出版社，2013:66;72;261.

［4］郑毓信.数学思维研究的现状［J］.数学教学通讯，2000(7):1-3.

［5］朱哲，陆吉健.数学教学是数学思维活动的学与教［J］.中学数学月刊，2014(4):9-11.