浅谈数学的设计
一、我国社会发展对数学课程的要求 促进数学课程发展的众多动力中，没有比社会发展这一动力更大的了，社会发展的需要主要包括：社会生产力发展的需要，经济和科学技术发展的需要和政治方面的要求。 我国社会发展对数学课程提出了以下要求。 （一）目的性 教育必须为社会主义经济建服务。这就要求数学课程要有明确的目的性，即要为社会主义经济建设培养各级人才奠定基础，为提高广大劳动者的素质做出贡献。当今社会正由工业社会向信息社会过渡，在信息社会里多数人将从事信息管理和生产工作；社会财富增加要更多地依靠知识；知识更新、技术进步周期和人的职业寿命都在日益缩短，要适应日新月异的社会，必须把劳动者的...全部
一、我国社会发展对数学课程的要求 促进数学课程发展的众多动力中，没有比社会发展这一动力更大的了，社会发展的需要主要包括：社会生产力发展的需要，经济和科学技术发展的需要和政治方面的要求。 我国社会发展对数学课程提出了以下要求。
（一）目的性 教育必须为社会主义经济建服务。这就要求数学课程要有明确的目的性，即要为社会主义经济建设培养各级人才奠定基础，为提高广大劳动者的素质做出贡献。当今社会正由工业社会向信息社会过渡，在信息社会里多数人将从事信息管理和生产工作；社会财富增加要更多地依靠知识；知识更新、技术进步周期和人的职业寿命都在日益缩短，要适应日新月异的社会，必须把劳动者的素质、才能提到极重要的位置，而且要使他们具备终身学习的能力。
（二）实用性 数学课程的内容应具有应用的广泛性，可以运用于解决社会生产、社会生活以及其他学科中的大量实际问题；运用于训练人的思维。应该精选现代社会生和生活中广泛应用的数学知识作为数学课程的内容。
另外，还要考虑其他学科对数学的要求。数学课程还应满足现代科学技术发展的需要，加进其中广泛应用的数学知识，如计算机初步知识、统计初步知识离散概率空间、二项分布等概率初步知识。 数学不仅是解决实际问题的工具，而且也广泛用来训练人的思维，培养有数学素养的社会成员，要使学生懂得数学的价值，对自己的数学能力有信心，有解决数学问题的能力，学会数学交流，学会数学思想方法。
（三）思想性和教育性 我们培养的人应该有理想、有道德、有文化、有纪律、热爱社会主义祖国和社会主义事业，具有国家兴旺发达而艰苦奋斗的精神；应当不断追求新知、实事求是、独立思考、勇于创新，具有辩证唯物主义观点。
这就要求数学课程适当介绍中国数学史，以激发学生的民族自豪感。用辩证唯物主义观点来阐述课程内容，有意识地体现数学来源于实践又反过来作用于实践的辩证唯物主义观点。体现运动、变化、相互联系的观点。 《实验教材》用“精简实用”的选材标准来满足这些要求。
二、数学的发展对数学课程的要求 （一）中学数学课程应当是代数、几何、分析和概率这四科的基础部分恰当配合的整体 数学研究对象是现实世界的数量关系和空间形式。基础数学的对象是数、空间、函数，相应的是代数、几何、分析等学科，它们是各成体系但又密切联系的。
现代数学中出现了许多综合性数学分支，都是在它们的基础上产生并发展起来的，研究的思想方法也是它们的思想方法的综合运用。代数、几何、分析在相邻学科和解决各种实际问题中都有广泛应用，所以中学数学课程应当是它们恰当配合的整体。
曾经出现过的把中学课程代数结构化（如“新数”）的设计方案。“以函数为纲”使中学数学课程分析化的设计方案都不成功，正是没有满足这一要求。 （二）适当增加应用数学的内容 应用数学近年来蓬勃发展，出现了许多新的分支和领域，应用范围也在日益扩大，这种形势也要求在中学数学课程中有所反映。
从“新数运动”开始，各国数学课程内容中陆续增加了概率统计和计算机的初步知识。这一方面说明概率统计和计算机知识在社会生产和社会生活中的广泛应用，另一方面也说明数学的发展扩大了它的基础，对中学数学课程提出了新的要求。
（三）系统性 基础数学，包括代数、几何、分析到19世纪末都相继奠定了严格的逻辑基础。到本世纪30年代法国布尔巴基学派用公理化方法，使整个数学结构化。任何一个数学系统都可以归结为代数结构、序结构和拓扑结构这三种母结构的复合。
经过用公理化方法的整理，使数学成为一个逻辑严密、系统的整体结构。因此，作为符合数学知识结构要求的中学数学课程就必须具有一定的系统性和逻辑严密性。 （四）突出数学思想和数学方法 现代数学进行着不同领域的思想、方法的相互渗透。
许多曾经认为没有任何共同之处的数学分支，现在已建立在共同的统一的思想基础上了。 数学思想和方法把数学科学联结成一个统一的有结构的整体。所以，我们应该体现突出数学思想和数学方法。 《实验教材》以“反璞归真”的指导思想来满足数学学科发展的要求。
三、教育、心理学发展对数学课程的要求 教育、心理学的发展，对教学规律和学生的心理规律有了更深入的认识。数学课程的设计要符合学生认知发展的规律。认知发展，要经历多种水平，多种阶段。认知的发展呈现一定的规律。
基于这些规律，要求数学课程具有： （一）可接受性 教学内容、方法都要适合学生的认知发展水平。获得新的数学知识的过程，主要依赖于数学认知结构中原有的适当概念，通过新旧知识的相互作用，使新旧意义同化，从而形成更为高度同化的数学认知结构的过程，它包括输入、同化、操作三个阶段。
因此，作为数学课程内容要同学生已有的数学基础有密切联系。其抽象性与概括性不能过低或过高，要处于同级发展水平。这样才能使数学课程内容被学生理解，被他们接受，才能产生新旧知识有意义的同化作用，改造和分化出新的数学认知结构。
（二）直观性 皮亚杰的认知发展阶段的理论认为，中学生的认知发展水平已由具体运算进入了抽象运算阶段，但是即使他们在整体上认知水平已经达到了抽象运算的水平，在每个新数学概念的学习过程中仍然要经历从具体到抽象的转化，他们在学习新的数学概念时仍采用具体或直观的方式去探索新概念。
因此，数学课程应向学生提供丰富的直观背景材料。不拘泥于抽象的形式，着重于向学生提示抽象概念的来龙去脉和其本质。也就是要“反璞归真”。 （三）启发性 苏联心理学家维果斯基认为儿童心理机能“最近发展区”的水平。
表现为发展程序尚未成熟，正处于形成状态。儿童还不能独立地解决一定的靠智力解决的任务，但只要有一定的帮助和自己的努力，就有可能完成任务。数学课程的启发性就在于激发、诱导那些正待成熟的心理机能的发展，不断地使“最近发展区”的矛盾得到转化，而进入更高一级的数学认知水平。
要使数学课程真正具有启发性，需要克服两种偏向：第一，内容过于简单，缺乏思考余地。没有挑战性，不能激发学生思维，甚至不能满足学生学习愿望。第二，内容过于复杂、抽象。超过了学生数学认知结构中“最近发展区”的水平，学生将会由于不能理解它，产生畏惧心理，最后厌恶学习数学。
布鲁纳曾指出，向成长中的儿童提出难题，激励他们向下一阶段发展，这样的努力是值得的。在这种思想的指导下，他的数学课程采用螺旋式上升的原则，这是课程内容启发性的体现。 《实验教材》用“顺理成章、深入浅出”的指导思想来体现以上诸要求。
四、三方面需求的和谐统一 上面分别考查了三个方面对数学课程提出的要求，这些要求有时互为前题，互相补充，而有时却是彼此矛盾的。这导致了数学课程设计的复杂性和艰巨性。如何才能使这三方面的要求和谐统一呢？从《实验教材》11年的实验中形成了16字指导数学课程设计的思想，比较恰当的统一了以上三方面的需求。
这16字的指导思想是“精简实用、反璞归真、顺理成章、深入浅出”。 思想，它恰当地表现了理论和实际的正确关系。由实际到理论，就是由繁精简，把实际中多样的事物、现象，经过分析、综合，归纳出简单而又具有普遍性的道理，这就是理论。
而只有精而简的理论才能用来“以简驭繁”。所以“精简实用”在科学上的意义就是要寻求真正具有普遍性、简明扼要的理论。要做到精简，必须抓住重点。教材中普遍实用的最基础部分，那些具有普遍意义的通性、通法就是重点。
中学数学课程内容应是代数、几何、分析和概率这四科的基础部分恰当配合的整体，这样做既可满足社会的需要、数学知识结构的要求，又可满足可接受性的要求。其中普遍实用的最基础部分是代数中的数系，最普遍有用的是数系的运算律（“数系通性”）；解代数方程；多项式运算；待定系数法。
几何中的重要内容是教导学生研习演绎法，要点在于让学生逐步体会空间基本性质的本质与用法。平行四边形定理、相似三角形定理、勾股定理可以说是欧氏平面几何的三大支柱，它们也就是把空间结构全面代数化的理论基础。
用向量把几何学全面代数化，讲向量身体、解析几何及其原理，这些就是几何课的重点。分析的重要内容除函数、极限、连续等分析学的基本概念之外，变化率是要紧的概念。分析中最基本的方法是逼近法。 “反璞归真”就是着重于教学生以基础数学的本质，而不拘泥于抽象的形式。
初等代数最基本的思想、最重要的本质就是那些非常简单的数的运算律，它们是整个代数学的根本所在。把它形式化，也就是多项式的运算和理论。传统的代数教学从多项式的形式理论开始，学生不解其义，感到枯燥。
《实验教材》反璞归真，先讲代数的基本原理就是灵活运用运算律，首先用以解决一次方程的实际问题，学生自然地觉得应该有一个多项式理论，然后再讲多项式，这样学生易于理解多项式的来源与本质。“这就是反璞归真”的一个实例。
基本的数学思想与数学方法是基础数学的本质，突出其教学是把知识教学与能力训练统一起来的重要一环。把知识看作一个过程，弄清它的来龙去脉，掌握思想脉络，学生的数学才能才发展起来，要学生“会学”数学，就必须让学生掌握基本的数学思想和方法，会“数学地”提出问题，思考问题、解决问题。
《实验教材》一开始就突出了用符号（字母）表示数的基本思想和方法。 集合的思考方法，在几何和代数中都十分重视。经常训练学生从考虑具体的数学对象到考虑对象的集合，进而考虑分类等问题。 函数的思考方法，考虑对应，考虑运动的变化、相依关系，由研究状态过渡到研究过程。
分解和组合的方法。对数学问题的分析与综合、转化、推广与限定（一般化与特殊化）、类比、递推、归纳等基本的数学思想与方法都分别得到强调。 “顺理成间”就是要从历史发展程序和认识规律出发，“顺理成间”地设计数学课程。
数学是一种演绎体系，有时甚至本末倒置。这正是数学本身的要求和学生心理发展的要求相矛盾的所在。正确处理这个矛盾，使这两方面的要求和谐统一，课程设计就既不能违背逻辑次序。更要符合认识程序。因此，要参照数学发展历史，用数学概念的逐步进化演变过程作为明镜，用基础数学的层次与脉络作为依据来设计数学课程。
数学的历史发展经历过若干重要转折。学生的认识过程和数学的历史发展过程（人类认识数学的过程）有一致性。数学教材的设计要着力于采取措施引导学生合乎规律地实现那些重大转折，使学生的数学学习顺理成章地由一个高度发展到另一个新的高度。
在基础数学范围内，主要经历过五个大的转折。 由算术到代数是一个重大的转折。实现这个转折，重要的是要向学生讲清代数的基本精神是灵活运用运算律谋求问题的统一解法。由实验几何到论证几何是第二个重大转折。
要对空间的基本概念与基本性质加以系统的观察、分析与实验，建立“空间通性”的一个明确体系，达到“探源、奠基与启蒙”三个目的，然后引进集合术语并以集合作工具，讲清一些基本逻辑关系、推理格式，再转入欧几里得推理几何。
第三个转折是从定性几何到定量几何，即从综合几何到解析几何。要对几何问题谋求统一解法，出路在代数化，首先要把一个基本几何量代数化，就得到向量的概念，然后运用欧氏空间特有的平移、相似与勾股定理等基本性质引起向量的加法、倍积与内积这三种向量运算。
这样就把窨的结构转化为向量和向量运算。这样就把空间的结构转化为向量和向量运算这种代数体系，因而空间的基本性质也就转化成向量运算的运算律。换句话说，向量的运算律也就是代数化的几何公理。这样就实现定性几何到定量几何的转折。
向量是这个转折的枢纽。第四个转折是从常量数学到变量数学，这在概念和方法论方面都有相当大幅度的飞跃，需要早作准备。初中二年级已引入三角函数的初步概念，初三正式研究各种函数，到高一、高二的代数与解析几何中，就逐步讲座到连续性、实数完备性、切线等概念。
数列、逼近的思想也早有渗透，到高三进一步突出逼近法研究极限、连续、微分、积分等变量数学问题。第五个转折是由确定性数学到随机性数学。在代数之后引起概率论初步历史发展的规律，又突出了几个转折关头，缩短了认识过程。
有利于学生掌握数学思想发展的脉络，提高数学教学的思想性。 “深入浅出”就是要学到应有的深度，才能浅出。许多事物和现象表面上各不相连，但是把它们提高到适当的高度来看，这些事物和现象就会有一种统一的理论串连其间。
因此，如果没有掌握到这种枢纽性的理论，就无法回头用理论来统一一系列繁复多样的实际。所以数学课程的设计要用学生易于接受的形式引导学生去掌握枢纽性的理论。“占领制高点”，才能居高临下，一目了然。把数学课程搞得浅薄，砍掉具有枢纽地位的基础理论，把数学课程变成一本支离破碎的流水帐，一来难懂，二来无用，所以深入浅出的要点在于教好那些具有枢纽地位的基础理论。
《实验教材》的实验证明，16监察院指导思想恰当地处理了理论和实际的关系，数学科学与数学学科的关系，数学知识教学与数学能力培养的关系，数学课程完整性与发展性的关系等，充分满足了三方面的要求，五个转折都顺利地实现了。
《实验教材》内容多、要求高、负担重，有待进一步精简。 《实验教材》的实验研究取得了效果和经验。但是数学课程发展的规律、指导发展的理论尚待探索和逐步建立，尚需使用历史分析的方法，比较研究和实验研究的多种方法，研究古、今、中、外的数学课程，从中探索出规律，建立数学课程发展的系统理论，以指导今后的数学课程改革和设计的实践。
再谈面向新世纪的数学课程 丁尔升（北京师范大学数学系 100875） 义务教育的新数学课程和教材从去年下半年开始已在全国普遍实施和使用。义务教育的数学课程有一个基本精神，就是要从应试教育转到素质教育，这个转变涉及到教育思想、教育目标、教学目的、教学内容、教学方法和手段等各个方面。
要实现这些转变，绝不是编辑出版几套新材料就完事的，何况新教材也只是一个阶段性成果，随着对新世纪挑战的认识的提高还会有新的改革。所以实施义务教育的新数学课程是一个长期、艰巨的改革过程。今天我不打算全面阐述这个过程，也是我力所不及的，我只想提供一点“参考消息”，看看国外一些人是如何议论迎接新世纪挑战问题的。
我想综合一些研究成果或有倾向性的预测，描述一下面向新世纪的数学课程。 1、条件的重大变化 我们从分析影响数学课程变革的条件的重大变化开始。 首先，数学的社会需要有很大改变。随着经济适应信息时代的需要，每个部门的工作人员——从饭店服务员到秘书，从汽车修理工到旅游代理人——都必须懂得计算机控制过程。
现在大多数职业都要求从业人员具有分析能力而不单纯是机械的操作技能，所以绝大多数学生需要更多的数学能力作为普通职业的准备。同样，在每天的报纸和公众的政策讨论中都广泛使用图表、统计数据。为了更有效地参加社会生活不能不要求普通公民具有更高标准的数量意识，市场经济需要人们掌握更多有用的数学。
随着承包制、股份制、租凭制的进一步推行，市场经济的逐步完善，无论是城市还是广大农村，生产者也将成为经营者，因而，成本、利润、投入、产出、贷款、效益、股份、市场预测、风险评估等一系列经济词汇频繁使用，买与卖、存款与保险、股票与俩券……几乎每天都会碰到。
相应地，与这些经济活动相关的数学，如比和比例、利息与利率、统计与概率、运筹与优化以及系统分析一决策……就应成为中小学 要学的数学了。 科学技术的迅速发展，特别是信息时代的到来，要求人们具有更高的数学修养，现代高技术越来越表现为一种数学技术。
高科技的发展、应用，把现代数学以技术化的方式迅速辐射到人们日常生活的各个领域，智能机器人、办公自动化以及计算机储蓄、售货和个人胸等电子产业将高速发展，到下个世纪，理个普通老百姓要是“计算机盲”，将会像现在的文盲一样不适应现代生活学语言。
各种图统计图表，数学符号向各行各业普通老百姓传递着大量信息。 其次，数学及其应用有很大变化。最近二三十年数学的性质及其应用的途径发生了巨大变化。不仅发现了许多新的数学领域而且应用数学的问题类型以空前的速度增长了。
当然，最显著的是计算机的发展和计算机应用的爆炸性的增长。这些计算机应用的绝大多数都要求发展新的数学，在计算机出现以前不可能在这些领域应用的数学，虽不显著，但同样重要的是在用广泛应用性的统一概念联系起来的几个主要数学分支中产生的大量思想财富。
学生必须学习在这些应用中使用的数学以便掌握数学的威力去解决实际问题。 数学的发展使人们对“数学是什么”的认识有变化。数学是一门科学。观察、实验、发现、猜想等数学的实践部分和任何自然科学是一样多的。
尝试和错误、假说和调研，以及度量和分类是数学家常用的部分技巧，学校应当教。实验室作业和实习作业对于理解数学是什么及其如何使用不但是适宜 而且是必需的。在数学实验室里计算器和计算机是必需的工具。
实际数据（科学实、人口统计、民意测验等的数据），观察和度量的对象（骰子、方块、球）是作图工具（尺子、细绳、量角器、胶泥、坐标纸）都是必需的。 像生物是有机体的科学，物理是物和能的科学一样，数学是模式的科学。
这种表述至少可以回朔到笛卡儿，他把数学称作“序的科学”，后来物理学家斯梯文·温伯格（Steven Weinberg）用它去解释数学预测自然的神奇能力时作了改进。类似地把数学看成“模式与关系”的科学，形成了在《美国大众科学》(Science for All Americans)中表述数学的基础。
通过它们的所有表现形式——数、数据、形、序、甚至模式本身来划分、解释和描述模式，数学确信科学家遇到的任何模式都可以在某处解释为数学实践的组成部分。 模式在数学的每个方面都是明显的。学生学到算术如何依靠数的规则性；他们能够看到乘法表中的次序，而且惊奇素数模式中的无次序。
多面体的几何展示了规则性，在自然和建筑中它经常出现。甚至统计这门研究是无序的学科，也依靠把模式展示成估价不确定性的码尺。 数学也是一种交流形式，它是自然语言的补充，所以数学不仅是一门科学，而且数学也是一种语言。
不仅是自然所说的语言，而且也是商业、贸易的合适语言。 数学科学现在是自然科学、社会科学和行为科学的基础。由于计算机和世界范围的数字式交流的支持，商业和工业都越业越依靠不仅是传统的而且是现代数学的分析方法。
数学可以作商业和科学的语言准确地是因为数学是描述模式的语言。用它的符号和句法、词汇和成语，数学语言是交流关系和模式的通用工具。它是一种每个人都必须学习使用的语言。 如果说数学是询问者，他鞭策学生弄清他们做什么才是合理的、有目的的，使学生确信他们能够捍卫自己的结论。
（未完，待续）。收起
