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方程式的代數表徵和幾何表徵之引入順序與意義連結 美國 MiC 的教材內容重視學生在真實生活情境中解決問題的能力,在情境

在內容編排架構的呈現上,基於不同的數學教育理念,兩個版本在知識內容的 安排各異,「情境數學」以獨立成冊的方式,依著逐步加深的連續篇幅,介紹「線 性方程式」(Linear Equation)的內容,相關知識的鋪陳一氣呵成,學習的主題

明確易於貫通。而「部編數學」則將相關的內容散布在二章中,包含了第三章

「二元一次聯立方程式」下的第一節『二元一次方程式的列式』和第四章『函 數與直角座標』的第四節『二元一次方程式的圖形』中,從第一個學習主題—

二元一次方程式的列式到最後一個學習主題---二元一次方程式的圖形,期間穿 插了許多其它的主題,使得前後兩個重要的學習主題間隔時間長達六個星期,

易造成學習主題模糊,不利於「方程式」和「直線」知識的連貫和統整。

(一)、 MiC 的線性方程式內容知識具連貫性,代數意義和幾何意涵的形塑一 氣呵成

在知識鋪陳的脈絡上,「情境數學」採取「代數、幾何交錯運用」的安排方 式,利用學生的先備知識以能進行測量並將結果記錄成表格,由最基本的操作 ---記錄表格內容,記錄問題情境中兩類資料量的變化,藉著將資料列表化的過 程,訓練學生觀察出當其中一個資料量產生變化時,另一個資料量亦隨之變化,

進階到轉譯資料成另一種型態---圖表,藉著將表單中的資料轉繪,觀察出圖表 呈現出某種趨勢的規律性,很自然地將幾何表徵的認識連結到代數方程式的理 解。例如:

Paul 觀察並記錄剪完頭髮後,接下來生長的情形,他每隔一星期測量一次頭髮的 長度,並將結果記錄下來,表格欄位為記錄的星期數和長度。

時間(月) 1 2 3 4 5 6 長度(公分) 2 3.5 5 6.5

問題 1.Paul 剛剪完頭髮時的長度有多長?

問題 2.五個月後,Paul 的頭髮有多長?為什麼很容易算出來?

問題 3.如果成長的速度不變,期間不去剪髮,那麼一年後,Paul 的頭髮有多長?

問題 4.如果在某個時間點,Paul 的頭髮有 10 公分長,試問一個月後,Paul 的頭 髮有多長?

問題 5.如果知道 Paul 現在頭髮的長度(Current),你可以依據它找出將來頭髮的 長度(Next),試列出一個關於 Current 和 Next 的關係式?

問題 6.如果 Paul 一年內不去剪髮,試劃出一個圖形表示出 Paul 頭髮長度的情形,

並描述這個圖形的形狀?

Paul 的朋友 Sonya 的頭髮在一年內長了 14.4 公分,它可以下列的式子來表示:

Next = Current + 14.4 或 Next = Current + 1.2 問題 7.請說明每一個式子所表示的意義

問題 8.如果 Sonya 每兩個月會出剪一次頭髮,試劃出 Sonya 一年內頭髮長度的可 能情形,並說明你劃的圖形?

如果 L = 2 +1.5T 可以表示出 Paul 的頭髮成長的情形,那麼

問題 9.想一想,字母 L 和字母 T 分別代表什麼意義呢?數字 2 和 1.5 又分別代表 什麼意義呢?

問題 10.Sonya 的頭髮長度為 20 公分,而且以每個月 1.4 公分的固定速度成長,

試寫出一個包含 L 和 T 的關係式

由上述可知,「情境數學」的方程式知識鋪陳是以記錄資料、轉譯成另一種表徵 ---圖表、形成資料的對應圖形為直線,學生先察覺方程式的幾何現象,再以代 數推論的方式,推知兩類資料量間的關係為二元一次方程式的代數形式,最後 再連結方程式和直線的等價關係,整體而言,MiC 在編排邏輯上服膺由半具體 的表徵再深化到抽象的代數表徵,由簡入繁的想法,較能成功地連結方程式的 幾何意涵。

(二)、 部編版數學的方程式內容先代數後幾何,透過函數連結代數和幾何意 義,不易理解

在「部編數學」的課程編排上,係採「代數」為主「幾何」為輔,直接延 續第一冊一元一次方程式的學習,藉著學生對於一元一次代數式的知識基模,

類比到對二元一次代數式的學習上,待學生能掌握二元一次代數式的列式與意 義後,再進行相關程序性運算規則。在相同的想法下,教材也藉著學生對於一 元一次方程式的理解,類比到對二元一次方程式的意涵的理解,如方程式的解,

教材也呈現出解的多種表徵方式,如列表、數對等。在二個星期的二元一次方 程式學習課程後,直接延伸到二元一次聯立方程式的學習,完整的學習了二元 一次聯立方程式的列式、解的意義、代入消去法和加減消去法解聯立方程式,

最後應用二元一次聯立方程式解應用問題,將一次方程式的代數內涵做全面的 鋪陳。至於二元一次方程式在幾何圖形上的發展,教材則獨立專章安排在一個 月後的「函數」的相關課程中(第四章第四節),「部編版數學」的編輯者先發展 出一次函數的圖形是直線的課程後,才透過代數法則,將二元一次方程式改寫 成一次函數,據此視二元一次方程式的圖形即為該二元一次方程式改寫成的一 次函數的圖形,而一次函數的圖形為一直線,故二元一次方程式的圖形為一直 線。因此在學習二元一次方程式的圖形之前,必須先學習「函數」、「直角座標」、

「函數與圖形」等相關章節的內容。筆者認為,將直線圖形以獨立章節出現,

讓學生能完整學習各種型態的直線所對應的各種方程式,但直線圖形在解應用 問題中應有的功能與角色卻未能貫穿,是個缺點,此外「部編版數學」透過直 線方程式和函數關係的代數轉換,進而推論出二元一次直線方程式和一次函數 的圖形成等價關係來進行直線方程式的繪製,是否適當,也尚待教學成效或深 入的研究加以實證。

小結

從二元一次方程式到直線圖形的關聯模式來說,「情境數學」明顯較「部編 數學」來得流暢自然,但在「部編版數學」則是各種直線圖形和其所對應的方 程式學習上,一氣呵成地完整呈現,顯出其知識的精準度。最後在問題解決過 程中,在方程式代數和幾何意義連結的強度而言,「情境數學」則優於「部編版 數學」。

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