从数学特色课程管窥加拿大BC省新课程改革
2020-02-28徐章韬
李 娜,李 波,徐章韬
从数学特色课程管窥加拿大BC省新课程改革
李 娜,李 波,徐章韬
(华中师范大学 数学与统计学学院,湖北 武汉 430079)
为了更好地理解中国三维课程目标和学科核心素养之间的关系,以加拿大BC省11和12年级的“计算机数学”为个案,解析了学生核心素养和学科核心素养如何体现在具体的学科课程中.BC省新课程框架合理处理了学生核心素养和学科核心素养的关系,落实了“培养有教养的公民”的教育目标.这可以为中国基础教育学科核心素养课程的开发与落实提供帮助,加强学科核心素养与学生核心素养培养的融合.
BC省新课程;核心素养;学科核心素养;计算机数学
1 引言
21世纪初的课程改革以三维课程目标为导向,对基础教育的课堂教学产生了很大的影响.最新推出的以学科核心素养为导向的课程改革,正在对基础教育课堂教学产生影响.以学科核心素养为基础的课程改革和以三维课程目标为导向的课程改革之间的关系应如何理解?中国基础教育改革之路应往何方?这些不仅是教育政策、课程标准的制定者要思考的问题,也是每一位关心基础教育改革的学者的责任.具体到数学课程,“四基”是中国特色数学教育体系的核心理念,主张重视数学基础知识、基本技能、基本思想和基本活动经验,进而谋求学生的全面发展[1].有研究认为,数学核心素养的发展是《普通高中数学课程标准(2017年版)》目标的集中体现,该目标的实现需要以“四基”为基础,“四能”为途径,“三会”为行为表现,形成“四基—四能—三会”这样一条培养学生核心素养的主线,将核心素养的培养真正落到实处[2].也有研究认为相关研究应当更深入地理解核心素养,应当更加重视如何能将这一思想落实于具体的学科中,数学核心素养要着重强调学生的数学思维培养[3].当今教育更强调“立德树人”是教育教学的根本使命,在具体的学科课程的教学中应能具体地表现出来.
数学课程是基础教育中最重要的课程之一,是理科课程的核心,也是训练文科学生思维的重要载体.课程材料应如何选择,如何落实课程标准的要求,课程标准应如何指导课堂教学是学科教育和教学中的根本性问题.随着比较数学教育的发展,中加两国的数学教育也逐渐成为比较研究的热点之一[4].2015年,加拿大BC省开始推出新课程,2019年扩展到11年级和12年级,提供了二百多门新课程,供不同师资水平、不同学习兴趣、不同文化背景、不同地区的学校选用.近距离实地了解BC省新课程改革的理念、实现方式、评价等许多理论上和实践上的方略是很有必要的.故以BC省11和12年级的一门十分有特色的数学课程“计算机数学”(Mathematics—Computer Science)为例,解析其背景、实施框架及对中国基础教育课程改革的启示.
2 BC省课程改革内容
虽然BC省拥有世界上最好的教育系统之一,但当今世界变化剧烈,为了保持高水平的成就,BC省决定对其教育系统进行改革.试图通过改革,让学生更加投入到学习中,获得成功所需的技能和各种能力,进而为社会培养有教养的公民(the educated citizen).要实现BC省的社会和经济目标,需要培养有教养的公民,他们必须具有批判性和创造性思维,并能适应变化[5].
在课程实施上,BC省开发了基于概念、能力驱动的课程体系(concept-based,competency-driven curriculum)[6].BC省认为,对于21世纪的学习有两个必不可少的元素,基于概念的学习和关注素养的发展.它们都能促进更深层次的、迁移性强的学习.这些方法相互补充,都指向学生的积极参与.通过“做”,而不是被动地“听”或者“读”,从而取得更好的学习效果.同时,基于概念的学习和指向素养的发展使学生投入到真实任务中.基于概念的学习关注核心概念、基本原则和原理,以这些为主线组织知识体系,并用之解决课程内外的问题.基于概念的课程主张在大概念(big ideas)之间建立关联.BC省课程标准在两个层次上重新定义了能力和素养,核心素养是跨课程发展的.课程能力在每个年级、每个学科课程中都有清晰的描述.在具体实施时要考虑课程的基本原理和目标.
以大概念为基础的BC省新课程标准有一个统一框架,既基于学科,又超越学科.在基于学科的部分,辨证地处理了知识和能力之间的关系.在超越学科的部分,辩证地处理了学科性与教育性之间的关系、成才与成人之间的关系.图1是“知道(know)—践行(do)—理解(understand)”框架,简称KDU框架[7].
这个框架是对所有学科都适用的框架.框架的表述方式为动宾结构,即:知道内容(know content),运用技能、策略与过程(apply with skills,strategies & process),理解大概念(understand big ideas).从知识掌握的层次水平来看,这与中国学者提出的学科核心素养的3个发展水平[8]——知识理解、知识迁移和知识创新有异曲同工之妙.BC省的课程标准没有明确地界定何为“知道”“践行”“理解”.但“知道”不应只是知道作为结果的知识,还应知道知识的发生、发展过程;在此基础上,能把知识技能化,即能做出来;在“践行”的基础之上发展理解.这里的理解应是一种深度理解.通过这种类比,可以体会标准的内在逻辑构架.
图1 加拿大BC省学科核心素养框架
3个圆形的交汇部分形成概念(concepts),表明这是一种基于概念的课程体系.它把知识、技能纳入到概念的范畴内,着重用关键概念、原理和一般性原则来组织知识,解决学科内和跨学科的问题.基于概念的课程有一些特点:建立在高阶学习标准和大概念的基础之上,允许对主题进行更深入的探索,以加深理解;通过发展概念性理解和技能,来代替对具体事实的研究;提供迁移学习的机会,提供彼此有关联的主题;强调大概念之间的联系.
这是BC省进行课程改革的大背景和愿景,愿景的具体实现通过整体的课程框架来推进.BC省新课改重新设计了K-12年级的所有课程,强调通过不同的学段、不同学科之间的有机配合,来共同达成学生核心素养.
3 BC省数学课程框架和内容
BC省的数学课程以培养计算能力(numeracy)为基础和导向,确保公民受过数学训练,并拥有数学思维习惯.养成数学思维习惯的学生能坚持不懈地运用数学来解决日常生活中的问题,认识到有多种解决问题的方法,在解决问题的方法上表现出对多样性的尊重,选择和使用适当的策略和工具,追求解决问题的准确性.
BC省的数学课程致力于发展对数学的深刻理解和直觉、逻辑推理、分析性思维和创造性思维.在整个K-12数学课程中,培养学生养成愿意尝试和进行基于逻辑的合理猜想的意愿.他们将经历学习的失败与成功,发展数学上的毅力、能力和自信.通过数学课程的学习,学生能对解决复杂问题所需的知识和能力有深入地了解;能用数学的方式进行推理,解决问题;具有财经知识,能做出合理的财务决策;使用灵活、有效和个性化的策略来分析和解决情境中日益复杂的问题;探索数学与其它认识方式之间的联系,例如第一民族的知识和其它世界观;培养毅力和信心,将数学思维应用于各种抽象和具体的情境;从数学角度审视和引导学生的世界观;发展抽象思维的能力,其中包括理解社会中全球问题所必须的批判性思维技能.
这里以BC省11和12年级开设的一门十分有特色的数学课程——“计算机数学”[9]为例来说明.这门课程富有时代气息,不仅有利于把握BC省的课程改革经验,也对中国的课程改革有重要借鉴意义.
3.1 “计算机数学”的内容维度
BC省的K-9年级数学课程内容包括数、计算、模式、几何与测量、数据和概率.高中阶段提供了种类丰富的数学内容供学生学习.比如10年级数学有数学基础和微积分初步(Foundations of Mathematics and Pre-calculus 10)、职场数学(Workplace Mathematics 10);11年级数学有计算机科学(Computer Science 11)、数学基础(Foundations of Mathema- tics 11)、数学史(History of Mathematics 11)、微积分初步(Pre-calculus 11)、职场数学(Workplace Mathematics 11);12年级的数学有学徒制数学(Apprenticeship Mathematics 12)、微积分(Calculus 12)、计算机科学(Computer Science 12)、数学基础(Foundations of Mathematics 12)、几何(Geometry 12)、微积分初步(Pre-Calculus 12)、统计(Statistics 12).每门数学的具体内容均是独立开展.例如,11年级和12年级“计算机数学”内容维度的表述如下(见表1).
表1 11年级和12年级的“计算机数学”中的内容
续表1 11年级和12年级的“计算机数学”中的内容
这些内容归纳起来是变量、数据类型、编程语句、算法、模型等几个方面.最终目的是为了用计算机解决数学问题,故首先用计算机能识别的方式重新定义变量及变量的组织方式、在内存中的贮存方式等.计算机丰富了人们对数据的认识.如,二维数组可以看作数学中的向量,多维数组可以看作数学中的矩阵等.
学科核心素养框架对内容的要求达到深度理解水平.能用多种观点看待内容,就是一种深度理解.内容是探究性学习的载体,是能力的基础.教材中的内容多是以陈述性的方式表达的.对陈述性知识需要进行多角度理解.但即使这样,也不一定能自动转化为程序性的操作性技能,这就需要关注课程能力.
3.2 “计算机数学”的课程能力
课程能力是学生随时间而发展起来的技能、策略和思考过程,反映了“知道—践行—理解”模型中的“践行”模块.课程能力建立在与学科相关的思维能力,沟通能力以及个人和社会能力的基础之上.不同学科,旨在培养不同的核心能力.例如,数学课程能力使用问题解决的框架组织(见表2).
表2 11年级和12年级的“计算机数学”中的课程能力
问题解决需要发展一些技能,这些技能具有如下特征:对学科或专业而言是独一无二的,支持学科中的学习,引导解决问题和思考,是专业人士在自己领域要“践行”的,是学生在自己的学科要“践行”的.技能、策略和思维过程是一些具体的手段,是一种工具性的操作.如,推理包括逻辑推理和数学运算,这是数学的两大基本手段;建模是沟通数学与现实世界的一种桥梁,为的是解决实际问题.借助这两种手段,在问题解决过程中,达到深度理解.通过沟通,借助表征,把自己的理解与他人分享.反思是成长阶梯,通过反思,把数学概念与计算机概念关联起来,发展计算思维.
计算思维具有很好的教育价值.《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》指出:计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法,在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动.具备计算思维的学生,在信息采集活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据;通过判断、分析与综合各种信息资源,运用合理的算法形成解决问题的方案;总结利用计算机解决问题的过程与方法,并迁移到与之相关的其它问题解决中[10].计算思维是用计算机的思维方式处理问题,涉及到数学抽象、数学建模、数据处理等多种数学核心素养.计算机与数学有着天然的关系,现在计算机的功能越来越强大,对算法的要求也越来越高,计算思维把算法与实现融通起来,将能使学生更好地适应未来的信息社会.
3.3 “计算机数学”的大概念
大概念是宽泛的和抽象的,是一些关键概念、原则和理论,用于组织某一领域内的知识.大概念对所学领域或其它学科领域都有重要意义,将许多重要的理解融为一个整体.大概念包括概念、原则和理论,它们是理解学科知识的关键,能帮助学生建构概念性框架或图式.它们有助于理解复杂度大的思想和信息,能迁移到其它学科领域,或其它学习领域.它们不是具体的事实性信息,也不是与大概念或原理相分离的、孤立的信息.它们指向深层次的理解,更加倾向于质疑与探究,并能迁移到其它情境之中.大概念对个体在某个领域的学习理解具有至关重要的作用.
表3 11年级和12年级的“计算机数学”中的大概念
一般而言,基本概念就是大概念,如方程、函数就是大概念,可以推而广之.方程就是一种平衡关系,函数就是一种因果关系.这些大概念可以发展成一种观念,迁移到不同的学科,真正做到融会贯通.通过分解将复杂问题简单化,不仅是适用于数学学科,也适用于其它学科,甚至可以用于人们的日常生活.比如,有条理有次序地做事,就是算法思想的一种体现,一张菜谱、一本操作说明书,就是一种广义上的算法.计算思维是与实证思维、逻辑思维并列的一种方式,具有强大的威力.在学习计算机数学的过程中,要基于计算机数学的学科特点发展核心素养,最终跨越学科或超越学科,形成计算的思想境界.
4 借鉴与启示
课程改革不仅要有先进的理念,更要能落地,能进入课堂,能把学科的核心素养转化成学生的核心素养.BC省的“计算机数学”把两者有机地融为一体的方式,对中国现阶段的基础教育课程改革具有借鉴和启示意义.
4.1 构建基于核心素养的整体性课程标准
应构建基于核心素养的整体性课程标准.整体性的课程标准把学生的成人与成材有机统一起来,把教书与育人统一起来.BC省的课程标准构建的模型很好地把几个方面统整起来了.BC省的课程模型的特点是,不同学段、不同科目的课程众星拱月般地“基于学科,超越学科”指向核心素养.核心素养是学生进行深度学习、终身学习所需的智力的、个人的、社会的和情感的能力的集合.学生在众多学科领域内习得课程能力的过程中,就在发展核心素养.核心素养是课程内容的重要组成部分.
核心素养通常是相互交织的,是所有学习的基础.即使数学核心素养也是始于家庭教育,不会随着学校教育终结而结束,而是在个人、社会、教育和工作场所中持续发展.BC省课程模型分两个层次.前一个层次是学科层,最终指向大概念,用大概念来统整具体的知识点和技能.在学科知识的教学过程中,以发展大概念为目标.基于前一层次,培养交流能力(分享与合作)、思维能力(创造性思维能力、批判与反思性思维能力)、个人与社会能力(个人意识和责任、积极的个人和文化认同、社会意识与责任感),从而发展良好的个性心理品质,塑造面向21世纪,对个人、对自己和对社会有用之人.同时这些人都珍视自己的文化,认同自己的文化.核心素养的设计脉络是:与他人好好相处——有能力——与自我、文化、环境友好相处.
核心素养是跨学科的,由分领域的学科核心素养孕育转化而来.核心素养具有目标性、导引性和抽象性,蕴含于学科之中.在习得学科知识、技能、方法和思想的过程,经心智磨砺和实践洗礼,逐步升华提炼而成.故在中小学教育中,不能脱离具体学科而空谈核心素养.由学科核心素养而发展学生核心素养的路径,类似“课程思政”的主张.如在学习计算机数学的过程中,要基于计算机数学的学科特点发展核心素养,最终跨越学科或超越学科,形成计算的思想境界.除此之外,还要具有伦理道德.例如,不能利用技术优势进行网络欺凌、网络欺诈,等等.
4.2 统整三维课程目标与学科核心素养
中国在21世纪初提出的三维课程目标与BC省的课程框架有类似之处,其划分维度可以重新审视.三维课程目标中,“知识与技能”属于同一层次,按信息加工理论,技能属于程序性知识,可操作可执行,能表现出来;而“过程与方法”与“知识”都是属于理解层面的元素,“知识”是结果性的,“过程与方法”是指知识获得过程中所要经历的种种思维碰撞、活动经验等.“情感、态度、价值观”指向情意系统,类同BC省核心素养的作用.
三维课程目标的立足点是教师的教,通过“过程与方法”的教学,使学生会学,从而学会“知识与技能”,发展学生的“情感、态度、价值观”,使学生乐学.三维课程目标还是以服务教师的教为初衷,不是具体的课堂教学目标.由于其融合了行为主义、认知主义和人本主义的学习理论,在一堂课中难以全面落实,又缺乏具体的学科教学案例作诠释和支撑,虽然对课程改革起到了巨大的推动作用,但还是引起了一线教师和理论工作者的质疑.2017版高中课程标准中提出的学科核心素养,其本质也脱胎于三维课程目标.数学思维素养(包括直观想象和数学抽象),数学方法素养(包括数学运算和逻辑推理)和数学工具素养(包括数据分析和数学建模),反映了从数学知识学习到数学应用的数学素养发展过程[11].根据BC省的课程框架,这些其实就是学科的大概念.这六大核心素养从一开始接触数学,直至以数学为职业时,都需要终身发展.从数学哲学的角度来说,这属于数学精神层面的东西,超越了具体的内容,具有包摄性.是知识学习的起点,也是知识学习的终点.
如果把课程目标的立足点变成以学生的学为主,中国的三维课程目标和学科核心素养,可以有机地统一起来.对学生而言,首先要理解,不仅要理解作为结果的知识,而且要理解知识的发生发展过程,理解知识产生过程中的种种困难以及获取知识的方法.即把“知识、过程与方法”统整起来.理解了知识就要学会运用,克服一线教师常说的“懂而不会”.真正理解了,就应能根据具体的情境,采用具体的措施,活学活用做出来.在理解、运用的过程中,融会贯通,发展大概念.知识的掌握是具体而情境化的,是基础和前提.但不想做具体而细致的工作,而只想发展能力,其实是割裂了知识与能力之间的辨证关系.因此,三维课程目标与学科核心素养统整之后的结果是:理解知识、方法与过程;运用知识,发展技能;内化学科核心素养.以“计算机数学”为例,仅仅是了解几个术语,而不清楚算法、算理,不能在计算机上实现出来,不能算真正掌握了学科核心素养.这就是俗语说的“是骡子是马,拉出来溜溜”,学科核心素养重在行为能力的表现.
4.3 打通“情感”“态度”“价值观”和学生发展核心 素养之间的通途
以核心素养为目标的课程改革正在从“三维目标”走向“核心素养”;从“知识本位”时代到“核心素养”时代[12].知识与技能、过程与方法,都能从新版课程标准倡导的学科核心素养模型中找到对应点,但是该模型并没有把“情感、态度、价值观”包含进去.研究认为,针对小学生而言,如果忽视了学生对数学的认知、情感和意志的培养,只强调与数学学科本质相关的关键能力,必定违背了小学生认知发展规律,从而无法实现课程目标的达成.故而,小学数学核心素养应包括功能素养和情意素养两大素养类型[13].成人是一个长期的过程,高中数学核心素养也应包括功能素养和情意素养两大类型.BC省的核心素养是指“学生发展的高阶认知、社会、情感方面的能力,并不局限于某一学科或某一目标任务”,是适用于特定情境的知识、技能和态度的综合,是一个横贯性、跨领域的概念.“跨学科、跨领域”的能力包括分享、合作的交流能力、创造性思维能力、批判和反思性思维能力等.
BC省的个人和社会能力维度与中国学生发展核心素养框架是类似的,但中国学生发展核心素养框架更为细密.“通过课程改革落实核心素养,通过教学实践落实核心素养,通过教育评价落实核心素养”是中国学生核心素养发展的3种方式[14].但从与BC省的核心素养框架进行对比及中国现阶段的教学实践来看,这3种方式并没有得到很好地落实.首先,学科核心素养和中国学生发展核心素养是两个分开的指导性文件,并没有很好地如BC省那样,把学科性与教育性融合为一体.其次,在实施过程中,一线教师更多地关注的是落实学科核心素养,而不是最终的学生发展核心素养,这可从公开发表的期刊上的诸多关于学科核心素养的文章中得知.以“计算机数学”为例,期望学生理解技术和生活之间的关系,技术是为了使人类更好地生活,而不是成为手中的“黑科技”.
基于以上分析,在“情感、态度、价值观”这一维度上,细化、简化中国学生发展核心素养的一些元素,使之成为学科课程目标的一部分,有利于一线教师的理解和落实.
4.4 基础教育要用富有时代气息的素材打“基础”
学科教育是学校教育中的一部分,要和通识教育、博雅教育、思政教育、心理教育、场域教育、家庭教育、社会教育等共同发力、形成合力,共同塑造人、培养人.因此,精心选择素材并编织成课程,完成学科教育所能支持的核心素养,而不是无限责任地给“学科教育”扩容加码,才是理性务实之道.
课程标准的制定应考虑连续性.理论需要批判,但不必推倒重来.三维课程目标和学科核心素养并没有本质上的冲突,学界有责任帮助一线教师厘清它们之间的关系,而不是追风做热点,把原来的理论弃之如敝履,误导一线教师的教学.用好的载体和素材编织课程是落实核心素养的重要举措.面对科技飞速发展的现代社会,BC省的数学课程选择值得关注.他们除了提供一些传统数学课程之外,还提供了职业教育所需要的数学课程,具有时代特色的计算机数学课程.“人工智能想要做得好,要靠数学问题尤其是算法的解决.”[15]BC省为应对迅速发展的人工智能和大数据技术而开设计算机数学很有远见卓识.
中国古算是算法体系,十分具有民族特色,应在信息技术背景下发扬光大.这是一种文化认同、文化自信的表现.计算机数学的实现需要计算机基础、数学基础知识,十分强调不同学科间的融合.这有助于学生理解分享与交流的重要性.不同学科的交融能产生新的学科分支,获得更大的力量.同样,人与人之间的分享与沟通,将会取长补短,每个人都受益.计算机数学旨在培养计算思维,这是一种不同于逻辑思维、实证思维的新型思维方式;学会计算思维是新时代提高学生创造性思维、批判反思性思维的一种十分有用的途径.学习计算思维,学会用计算机处理问题,涉及到个人与个人、个人与他人、个人与社会、个人与自然之间的许多伦理的、道德的、技术的问题,这也有助于发展学生的个人和社会能力.计算机数学是发展学科核心素养和学生核心素养的极好载体.数学是计算机之母,计算机的发展又给数学的发展带来新的机遇和挑战,用与时俱进的素材、载体武装学生,是基础教育的“基础”要义所在.
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Analysis of Curriculum Reform in Canadian British Columbia from the Characteristics of Mathematics Curriculum
LI Na, LI Bo, XU Zhang-tao
(School of Mathematics and Statistics, Central China Normal University, Hubei Wuhan 430079, China)
To know more about the relationship between three-dimension curriculum objectives and core competencies of subject, this study presented the computer-mathematics for grade 11 and 12 in Canadian British Columbia and aims to examine the relationship from an outside perspective. The new curriculum reform of BC in 2019 explained the relationship between core competencies of students and the subjects they would learn which aims to have well-educated citizens. Based on this analyzed result, curriculum materials should be selected and organized considerably by teachers, school leaders and policy makers. It was fundamental for making the competencies of subjects had close relation with the competencies needed by educated persons.
new curriculum in BC; core competencies; core competencies of subject; computer-mathematics
2020–01–12
湖北省教学研究项目——基于学科核心素养打造大学数学“金课”的实践与理论研究(201935);华中师范大学中央高校基本科研业务费——中俄师范生培养机制比较研究(教师教育专项CCNUTE2019-14B)
李娜(1986—),女,山东莒县人,讲师,博士,主要从事数学教育研究.徐章韬为本文通讯作者.
G434
A
1004–9894(2020)01–0012–06
李娜,李波,徐章韬.从数学特色课程管窥加拿大BC省新课程改革[J].数学教育学报,2020,29(1):12-17.
[责任编校:周学智、张楠]