学科核心素养是学科育人价值的集中体现.在试题命制中,选择合适的问题情境是考查数学学科核心素养的重要载体.情境与问题是多样的、多层次的.情境包括现实情境、数学情境、科学情境,每种情境可以分为熟悉的情境、关联的情境、综合的情境.问题是指在情境中提出的数学问题,从学生认识的角度可以分为简单的问题、较为复杂的问题、复杂的问题[1].情境与问题是联系在一起的,一个情境是否合适,并不仅仅取决于情境本身,而在于所提出的问题是否能够揭示数学的本质[2]. 为了适应高考从能力立意向素养导向的转变,笔者在2019年广州市越秀区高一数学调研测试中(考试范围是《数学1》(必修)与《数学4》(必修),考生有4757人)进行了基于学科核心素养的新情境试题命制尝试,积累了正反两方面的经验.下面是笔者在2019年广州市越秀区高一数学调研测试中所做的一些命题尝试与思考. 一、命制新定义情境试题,考查数学抽象核心素养 数学抽象是指通过对数量关系与空间形式的抽象,得到数学研究对象的素养.数学抽象核心素养在高中数学学业水平考试中的考查要求包括:能够在熟悉的情境中直接抽象出数学概念和规则,能够在特例的基础上归纳并形成简单的数学命题,能够模仿学过的数学方法解决简单问题,等等[1].在本次调研测试中,笔者创设新定义情境命制了如下一道试题: 试题1 若一系列函数的解析式相同,值域相同但定义域不同,则称这些函数为“孪生函数”,那么函数解析式为
,值域为{0,4,16}的“孪生函数”共有( ). A.4个 B.5个 C.8个 D.9个 本题改编自人教A版教材《数学1》(必修)第18页例2,主要考查新定义情境下对函数概念的理解.全区平均分为0.58分,难度为0.12.其中,全区有48%的考生选B,错将计算所得x值的个数作为“孪生函数”的个数,没有真正理解函数的概念. 高中的函数概念是一个由定义域、值域、对应关系三要素构成的一种特殊映射,当且仅当两个函数对应的三要素完全相同(或两个函数的图象完全重合)时,这两个函数才是同一函数.本题给出了函数解析式相同,值域相同但定义域不同的“孪生函数”新概念,实质考查的是学生在新定义情境下对函数三要素的理解.题目求的是函数解析式为
,值域为{0,4,16}的“孪生函数”个数,就是求函数解析式为
,值域为{0,4,16},但定义域不同的函数个数.用穷举法不难得出定义域分别为{1,3,5},{1,3,-3},{1,-1,5},{1,-1,-3},{1,3,-1,5},{1,3,-1,-3},{1,3,5,-3},{1,-1,5,-3},{1,3,-1,5,-3}的9个函数为所求的“孪生函数”,故选D.
二、命制新图形情境试题,考查直观想象核心素养 直观想象是指借助几何直观和空间想象感知事物的形态与变化,利用空间形式特别是图形,理解和解决数学问题的素养.直观想象核心素养在高中数学学业水平考试中的考查要求包括:能够在熟悉的情境中,体会图形与图形、图形与数量的关系;能够在熟悉的数学情境中,借助图形的性质和变换发现数学规律;能够通过图形直观认识数学问题;等等[1].在本次调研测试中笔者创设新图形情境命制了如下一道试题: 试题2 “无字证明”就是将数学命题用简单、有创意而且易于理解的几何图形呈现出来.请根据图1写出该图所验证的一个三角恒等变换公式:________.
本题改编自人教A版教材《数学4》(必修)第125页图3.1-2,主要考查对新图形情境下三角恒等变换公式的理解.本题是一道开放性问题,答案不唯一,既可填sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinββ,也可填cos(α+β)=cosαcosβ-sinαsinβ.全区平均分为1.32分,难度为0.26. 三角恒等变换公式的推导与理解是记忆三角恒等变换公式的基础,本题用几何图形的方式直观展示了公式sin(α+β)与cos(α+β)的验证过程,能有效促进学生对公式sin(α+β)与cos(α+β)的理解与记忆.但本题的答题情况并不理想,主要原因是学生对新图形情境不熟悉,不能有效抓住图形的结构特征并联系α+β的正弦或余弦公式进行推导验证.如果让学生默写公式sin(α+β)=sinαcosβ+cosαsinβ或cos(α+β)=cosαcosβ-sinαsinβ,或许绝大部分学生都可以过关,但在新图形情境下让学生来识别公式,结果却差强人意.这说明今后要加强数学公式的多元表征,包括符号表征、图形表征、文字表征、操作表征等,尝试用不同的方法、从不同角度来推导与理解公式,帮助学生建立数学公式与不同情境之间的多元联系. 作为变式练习,在教学中还可以提供图2~图4,让学生根据图形分别写出每个图形所验证的一个三角恒等变换公式.