AP 数学玲琅满目差在哪?怎么选?

2022 五月中Collegeboard 宣布要开设AP Precaclulus 以来,网路上的讨论可说是炸了锅。
其中Reddit的讨论串更是几乎一面倒的批评。到底AP Precalculus 是什么?跟一般的Precalculus 有什么差别?对于亚洲的学生又有什么影响?

首先,我们要先了解美国学制下的数学课程。传统来说,高中四年的九年级会上Geometry, 十年级会上Algebra 2,想念科学的人十一年级必选Precalculus,以便衔接12 年级的AP Calculus (AB 或BC,视学校)。如果不是理工走向的,可能11 年级还是选Precalculus,但12 年级选AP Statistics。想要走商科优秀12 年级学生,除了统计之外,亦会同时选微积分AB。

但近年来美国学生的数学水准开始下降,很多学生到了11 年级才修完Algebra 2,这样来不及上AP Calculus。通常这些学生大学入学后,数学程度无法达标但又需要修微积分,故诸多大学开始开设所谓的College Algebra 先修课程,让这些学生能有可以上微积分的基础。就课纲来说,College Algebra 与Precalculus 的内容算是大同小异:不外乎是各种函数的运算以及应用。

我们可以从CollegeBoard 建议的课程安排中一窥端倪:

CollegeBoard 给的建议– 三大方向
1.Algebra 2 -> (AP) Precalculus -> AP Calculus AB/BC/Statistics

这种顺序是传统的理工科学生的并经之路,唯一的差别是现在学生可以选择上常规或AP Precalculus,其中差异本文后段会阐明。

2. Algebra 2 -> AP Statistics -> AP Calculus AB/BC/Precalculus

这种顺序安排的弱点是学生上Calculus 会很辛苦,因为没有Precalculus 基础,但优点是可以上AP 统计,或许对商科学生会有吸引力。

3. Algebra 2 -> AP Calculus AB -> AP Calculus BC

这种安排不建议,从Algebra 跳Calculus AB 的鸿沟太大,而从Calculus AB 跳到BC 的差异又太小,因为课纲内容有六成重复。

那么AP Precalculus 的定位到底是什么

AP Precalculus 可视为可抵免College Algebra 的课程,而对于想要攻读理工科系的学生,反正都要上Precalculus,现在名称多了AP,GPA 又可以获得加乘,何乐而不为? 

魔鬼藏在细节里
(免责声明:各校Precalculus 的课纲不同,本文参考的是Collegeboard 发布的建议AP Precalculus 课纲为基准,不代表各校的AP Precalculus 课程内容)

打开AP Precalculus 在官网上的简介,我们可以看到总共有四大主题: 函数、指数对数、三角函数、矩阵向量。亮点是矩阵向量不考,只考前三大单元。这对学生来说要准备的内容变少了。

以下是一门传统扎实的Precalculus 与AP Precalculus 的课纲比较:

PRECALCULUS AP PRECALCULUS
A. Polynomial and Rational Functions A. Polynomial and Rational Functions
B. Exponential and Logarithmic Functions B. Exponential and Logarithmic Functions
C. Trigonometric and Polar Functions C. Trigonometric and Polar Functions
D. Applications of Trigonometry  
E. Sequences and Series  
F. Conic Sections  
G. Vectors, Matrices, Parametric Equations G. Vectors, Matrices, Parametric Equations (不考)
H. Probability  
I. Limits*  

可以看到AP Precalculus 的课纲被删的剩的只剩骨架。虽然官方课纲建议为4 大单元,但实际只考了前三单元。我们来看看少了这些单元有什么影响:

D. 三角函数之应用: 这单元传统来说学的是求任何三角形之边、角、与面积,并透过棣美弗公式求出复数的根。

应用: 工程之计画设计、测量等。尤拉公式更是大二工程数学的必要知识。

E. 数列与级数: AP Calculus AB 与BC 的分水岭之一(BC 考,AB 不考)。如果没有学过数列与级数,在AP Calculus BC 碰到泰勒级数的时候可能会难上手。学过无穷级数之后,极限和定积分的概念也比较好吸收。

F. 圆锥曲线:桥梁钢缆力学之设计、卫星轨道等都会用到。

G. 向量、矩阵、参数方程式:物理中力学完全可用向量计算、亦可用参数方程式来表示和计算,此外电脑科学的计算原理则离不开矩阵。

8. 机率: 离散数学的基础,会在电脑科学学科中被运用。

9. 极限:不是每个Precalculus 课程都会讲到极限,较严谨的课程会先讲一部份。

由上可见,AP Precalculus 课纲欠缺的都是进阶工程科学所需要的基础。尽管这些科目等学生上大学之后也会学到,但是若能在高中有完善的准备则是更好。对于理工导向的学生,短期内(指成绩单成绩,AP 分数、SAT 分数) 没有显著的影响,但是以长久、完整、以及良好的科学素养的前提下,其实AP Precalculus 的课纲严重不足。

➤对于亚洲学生的影响:
学校的常规课程应该几乎要教到AP Precalculus 的内容。学生可能觉得会有困难的是应用题、模型题、以及变动率的题型,所以还是需要课程来精准地准备和熟悉题型。如果要走理工科,建议去考五月的AP 考试,让自己的AP 成绩单多一个五分。

如果要学science, its very likely that you will have to learn all of the topics anyway. Since the test only tests a fraction of what you have to learn anyway, why not take the course/test and score an easy AP on your transcript and a handsome 5 on your AP scores?

AP Calculus AB/BC 的差别
不管11 年级选了什么科目,如果12 年级要确定上AP Calculus 的话,选AB 还是BC 也是一门学问。简短来说,AB 是大学第一学期的微积分,BC 是大学第一跟第二学期的微积分。所以回到文章之前说的,不建议修完AB 之后再上BC 的原因是因为重复度太高。

AP Calculus AB (12th grade)(大学一年级上学期微积分) AP Calculus BC (12th grade)(大学一年级下学期微积分)
1. Limits and Continuity
2. Differentiation and Applications
3. Integration and Applications
4. Differential Equations
  5. Parametric Equations, Polar coordinates, vector valued functions
  6. Sequences and Series

就课纲来说,AB 较简单。 AB 把大学一学期的课程稀释为一高中学年,而BC 的学生比较辛苦,进度就会真的比照大学的进度。除了第五单元的向量与参数函数、与第六章的数列与级数之外(这些AP Precalc 都不考喔),在重叠的一二三四章内BC 会学得比较深,比较难,如: 部分积分、弧长、表面积、柱状壳法、罗必达法则等,反三角函数替代法。

就AP 考试成绩分布来说,AP Calculus BC 平均会有四成的人获得五分。平均来说,只要答题正确率达到六成,即可获得5 分的考试分数。

➤总结
就平均来说,学生AP Calculus BC 要轻松得分, Precalculus 的函数、指数对数、及三角函数要学的炉火纯青。三角函数尤其是许多学生的罩门(对IB 的学生也是,尤其IB AA HL 教得更深),三角函数通常会横跨三个章节(基础、分析、应用),里面的众多公式不及备载,光记得就很吃力了,更何况是轻松运用。好的Precalculus 老师可以提点学生这些公式的规律,让公式变得有逻辑,记一条等于记三条,更能事半功倍轻松掌握。

同时,不管是学校进度考试或是AP 考试前,学生也需要考前的统整与复习,以及有系统地抓出弱点。 AP Precalculus 的学科本身不艰涩,但是要如何不是透过大量背诵(经验证明通常硬背出来的只有短期效果,学生也无法应用于没见过的题型)则是一门学问。 AP Precalculus 的决胜点是如何花最少的力气,将观念融会贯通并能举一反三,同时难的也是需要高度自律和精准练习,毕竟练的多不如练的巧。

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