臺灣100專案介紹
林子翔/臺南市東原國中教師

函數圖形與類手遊APP的連結


利用最新的數位繪圖工具,結合教育部生生用平板計畫,將國中數學課程中二元一次方程式、二次函數等課程導入遊戲,讓學生藉由闖關的方式,具體了解各種方程式在坐標平面上的走向。包含二元一次方程式的傾斜度、高度,二次函數的頂點、開口方向、開口寬窄,以及範圍在圖上所代表的意義。藉以深化學生對平面坐標系的了解,提升學生對於代數與平面幾何的連結性。熟練此技巧的同學還可透過學習遷移,強化他在理化課、地理課、公民課程之理解能力。

專案具體內容:

我從事數學教育工作已經 16 年,從第一年踏入國中校園就在偏鄉服務,後來雖然有調動,但一樣在偏鄉國中任教。

在國中教書最特別的地方是,學生的學力總是後落都會區好一段距離,這其實就是我們常聽到的城鄉差距。而數學科和英語科的城鄉差距又比其他科更嚴重。因此,我從任教第一年就在想這件事該怎麼解決?

事實上,在我考上正式教師的那年,面試我的教授就問過我這個問題,當時我的回答很天真,我說我會幫他們做課後輔導,換個方式說,其實就是幫學生免費補習。我不知道教授們怎麼評價我這樣的說法,我只知道後來我錄取了,正式進入國中服務。

而國中課程中,有一段我認為極其重要,會直接影響其他學科的表現,也會直接影響高中數學能否學好的部份,就是直角坐標平面。更明確地說,是各種方程式在坐標平面上,會形成什麼樣的圖形,以及圖形上的點各代表著什麼意義。

其實方程式本身是很枯燥的東西,他出現的方式往往就是像 3x-5y=11 這樣的模式,對於不懂數學的人來說,這些數字和代號對他來說是一點感覺也沒有,更不用說這個方程式如何在生活中幫我們解決什麼問題。學習枯燥的東西,也是個枯燥的過程,對吧?

前年我在一場臺南市數學輔導團的研習課程中,聽臺上的老師介紹 Desmos 這個工具給我們,我一看就知道這是個很棒的東西!它完全幫我把枯燥的方程式活化成有趣的遊戲,連我自己都玩得不亦樂乎!

Desmos 是個網站,而開發這個網站的公司也有開發 APP,免費供使用者下載。簡單說,它就是一個完整的「繪圖計算機」,我們學過的所有方程式,不管是直線方程式、二次函數、三次函數、四次函數、三角函數、圓方程式、心臟線、螺線、楕圓方程式、雙曲線方程式等等,它都能馬上幫我畫好,完全縮減了我畫圖的時間,但以上功能,其實只對喜歡數學的人有用,對不喜歡數學的人來說,還是一樣很無感,學生會跟我說:「老師,我把方程式寫上去了,Desmos也把圖畫好了,然後呢?」

所以,遊戲的出現,就是個很好的橋樑,有誰不愛玩遊戲呢?

前年介紹這個遊戲給我的老師,也同時介紹了遊戲化的方式給我,我把這個遊戲叫做「點點撞星星」,顧名思義,就是要學生們設計方程式,讓點點可以撞到星星的意思,而學生們的樂趣也就在這裡!

一開始,學生們會亂寫方程式,完全沒有章法,這時我會走到他旁邊去,跟他講「傾斜度」的概念,這個概念其實就是斜率,可惜 108 新課綱裡已經移除斜率這個內容,但我發現適時導入這個概念,對他們來說幫助很大!

當我發現已經有很多學生卡住玩不下去時,我就會問學生們:「很苦惱嗎?你有沒有發現,方程式怎麼改,都沒達到你想要的結果呢?只要3分鐘,聽老師講3分鐘,你馬上就會知道該怎麼改了!」

這時是學生的求知慾最高的時候,這 3 分鐘的教學成效遠大於教3節課的例題和習作!

我只需要告訴學生幾件事:
1.想畫一條直線,一定需要 2 個點。
2.兩個點一高一低,高的往下畫,畫出一條直線。低的往左或往右畫,要碰到剛才那條直線。你就會畫出一個三角形。
3.傾斜度的意思是,上升的高度除以水平移動的長度。傾斜度很大,代表在同一段水平移動的距離裡,他的高度變高很多,像個懸崖峭壁;傾斜度很小,代表在同一段水平移動的距離裡,他的高度變高很少,簡直像個平原。
4.請先告訴我,你想畫的是傾斜度很大的線,還是傾斜度很小的線呢?

講完以上的內容,他們就會開始思考該怎麼設計方程式中 y=ax 中的 a 該怎麼寫了,但他們其實還不知道方程式為什麼要這樣寫,a 到底代表了什麼?所以一定會有人提出以下問題:「老師,為什麼一定要用 y=ax 的方式來寫方程式?我明明就看過課本寫 3x-5y=11 的寫法,還有像 x=6y-4、(x+3y)/5=3/2 等等很酷很炫的方程式,只是我都不知道那是什麼東西~~」,全班哄堂。

這時我會給他大大的掌聲:「你問的很好,這個問題才是我們這堂課的重點」,然後我會把 3x-5y=11 畫在 Desmos 上,然後問同學們,按照老師剛才教的傾斜度,你們覺得這條線的傾斜度應該是多少,有一半的同學能說出 3/5 這個答案,然後你看看 3x-5y=11 這個方程式,哪裡有寫到 3/5 這個數字?大家都會說沒有,但有人會說:「感覺有,但又不知道藏在哪裡…」這時,我用七年級教過的移項法則,把 3x 搬個家,等號兩邊同時除以 (-5),同學們就會看到 3/5 出現了,而這時的方程式,就是 y=ax 這類的格式,只是後面多了個不知道要幹麻的數字。而我待會會告訴你,後面那個數字是用來幹麻的。

看到這邊,如果你也是位懂數學的人,應該已經看出我的套路了。事實上,在真的讓他們進行這個遊戲之前,我是有做個前置動作的,我設計了以下幾條方程式,讓他們練習「輸入方程式」到 Desmos 裡。

這裡有個小插曲,有位同學數學很不好,基本上根本沒信心能學好這種xyz的數學課程,所以在我把講義發給她時她立馬舉手:「老師,我可以去找王○○請他教我怎麼寫嗎?」我說:「你自己先試試看 3分鐘,3 分鐘後你真的寫不出來的話再去問王○○」結果 3 分鐘後她完全沒離開座位,畫得很盡興。10 分鐘後,居然是全班第一個畫完的人。

我設計好的方程式在圖例裡,他們大約花 10~15 分鐘能把這些方程式全部輸入到 Desmos 裡,並且可以看出這些線條所構成的圖案,是隻小狐狸的頭。小狐狸的頭也在圖例裡。

這個小狐狸的圖案裡有2條線,我故意設計成 y=-x+2 和 y=-x-2,這時我把這兩條線以外的所有方程式全部隱藏起來,只留下 y=-x+2 和 y=-x-2 這兩條,問學生們:「你們覺得這兩條線有什麼不一樣?」有人說一上一下,有人說兩條平行,我順勢問:「如果我這時畫一條 y=-x+5,你們覺得第 3 條應該會出現在哪裡?」大家都跟我說:「會在 y=-x+2 的上面」。這個動作我至少在兩個不同的班級做過,得到的都是一樣的答案,代表我的誘導成功了,學生們已經發現 y=ax+b 後面的數字代表什麼意義了,會直接把整個方程式往上或往下移動。

至此,引導學生學會 y=ax+b 中 a 與 b 各代表什麼意義的工作,已經大功告成了!可以放心地讓他們玩點點撞星星了!



成果與效益:

經過以上的教學方式後,我發現學生對於二元一次方程式的興趣變高了,因為他們已經能從枯燥的方程式裡對應方程式的圖形走向,這對將來學習二次函數會有很大的幫助!

我在做完這個單元的教學之後,用教育會考曾經出現的類似型題給他們寫,想測試學生們有沒有抓到這個教學法的精髓。那個題目的設計邏輯大概是這樣:給定一個一元一次方程式,然後有4種不同的圖形走法在(A)(B)(C)(D)四個選項裡,選項裡完全沒有標示任何坐標點。

這樣的考題明顯就是在測試學生有沒有對二元一次方程式有足夠的【感覺】,如果是被傳統教法定型的孩子,勢必要慢慢來,才可以把圖形概略畫出來。當然這樣的方法也能答題,而且也沒有答錯的風險,但一來速度較慢,二來這表示學生對二元一次方程式並沒有足夠的判讀能力。

為什麼我需要強調判讀能力呢?這其實跟 108 新課綱裡強調的素養有直接關係,我們身為教育工作者,並不是只要教學生解題而已,還希望他們對方程式有一定的敏感度。數學是科學之母,我們要學生學數學,其實是希望他們把所學用來解讀將來會遇到的很多圖表。包括一般的統計圖表、經濟學的供給與需求等,數學提供的其實是一個【模型】,用來解讀各種現象,所以如果解讀能力不足,那對於現象的理解與判斷,肯定也會出問題。

例如,國中自然領域裡,八年級下學期理化的部份會教到摩擦力,在說明摩擦力的變化時,就會用到 y=ax 裡的 a。

在社會領域裡,九年級上學期公民的部份會教到供給與需求的曲線,y=ax 裡的 a,代表的就是需求(或是供給)的變化量,或者說是變化的劇烈程度。

以上這些相關領域的知識其實都是很顯易見的,如果把這個單元融會貫通,那解讀的結果肯定是更具科學力的!

因此,能夠找到這樣的工具來幫助他們理解方程式,是我在教學工作中很重要的一項突破!我非常想把這樣的方法推廣給數學老師們!


影響力與擴散性:

如上所述,我們期待這樣的教學方法所能產生的影響,就是增強學生對方程式的【理解、分析與判讀能力】。

這其實是滿抽象的說法,具體來說,就是學生可以藉由這樣的教學方式,了解方程式中每個參數所代表的意義,將來在看一些科普文章的時候,就可以用同樣的數學語言,去理解作者所要傳達的內容,而且能夠縮短他解讀圖表的時間,又能提升精確度!


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