例谈数学问题解决的过程训练

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  数学教育在于使学生在学习的过程中形成良好的数学素养,并能借助这些素养,来解决他们在生活和工作中遇到的数学问题,也就是要让学生运用“数学化”的思维习惯去描述、分析、解决问题。教师在具体的教学中,应收集并提供一些源于实际的学科知识素材,创设一定的问题的情境,引导学生以数学的眼光,从现实生活中发现问题和提出问题,并探索出解问题的有效方法和策略,这样才能真正体现出数学的价值。
  对学生数学问题解决能力的培养不是一蹴而就的,而是一个循序渐进的过程。依据学生解决问题的过程来进行分解或整合训练,是较为有效的训练方式。布朗斯福特和斯特恩的五步问题解决过程包括:问题识别、问题表征、策略选择、策略应用、结果评价:而著名心理学家斯腾伯格提出的问题解决过程包括六个步骤:问题的确认、问题的定义、问题解决策略的形成、问题的表征、资源的分配以及监控和评估。笔者认为,小学生问题解决的过程可以具体表达为这几步:数学问题的识别、信息的收集和整理、解决方法和策略的寻找、解决过程的正确表达、解决问题的反思和评价。
  笔者在对本市的一些小学数学教学质量调研中发现,由于教师只是笼统地关注了题目是否做对,而没有在教学中对解决问题的过程进行比较细致的专项训练,使得学生解决实际问题的能力提高不快。事实上,教师在教学过程中,特别是在解决实际问题的教学中,要根据不同年段教材的特点,根据不同发展时期学生认知的规律,有意识地对学生进行单项或综合训练,从而真正提高学生解决实际问题的能力。
  
  一、数学问题的识别
  
  数学问题的识别是指学生能透过具体情景。意识到自己正面临着一个数学问题。只有意识到数学问题的存在、是什么数学问题,才有可能去着手解决问题,这是解决问题的起点,也是解决问题的一个十分重要的步骤。同时,我们还要对数学问题进行必要的识别,识别出各类问题的特征,为后续解决问题作好最初的准备。
  例1 体育运动中心新建一个长方形的游泳池,游泳池的长50米,宽20米,深1.8米。问:(1)这个游泳池的占地面积是多少?(2)如果给游泳池内壁贴边长为4分米的瓷砖,大约需要多少块?(3)小明测了一下,水面距池口有20厘米,池中大约放了多少水?(六年级)
  从题目来看,除了第一个问题是具体的数学问题外,后面两个问题都是生活问题,这就要求学生会用数学的眼光来分析,善于将生活问题转化为数学问题。第二个问题实际上和求长方体的表面积有关,因为贴瓷砖的是游泳池,所以根据生活常识可以知道,所贴的应该是这个长方体除了上面以外的五个面:第三个问题与求长方体的体积有关。只有正确识别了问题,才能合理思考和解答。
  问题意识不仅体现了个体思维品质的活跃性和深刻性,也反映了思维的独立性和创造性。强烈的问题意识,作为思维的动力,可以促使学生去发现问题并解决问题,乃至进行新的发现与创新。
  在数学教学过程中,教师要针对学生的问题意识进行经常性的训练,促使学生用数学的眼光来看待生活中的一些问题和现象,同时能将很多生活中的实际问题“翻译”成数学问题。
  
  二、信息的收集和整理
  
  当学生一旦意识到需要解决的问题后,首先要知道拥有哪些信息,再根据问题来分析哪些是解决问题的有效信息。实际上,学生收集信息和整理信息的过程。也就是学生思考问题、分析问题的过程。教师要有意识地让学生找找问题中哪些是相关联的数量,想想这些相关联的数量可以解决什么问题,或者根据问题思考,运用哪些相关联的数量可以解答这个问题。
  数学信息收集和整理的过程也是学生思考、整理、加工、排除干扰因素的过程。学生通过分析、综合、判断、推理等,可以为有序地解决问题做好充分的准备。
  例2 小亮每天的生活很有规律。左图是他每天上床睡觉和起床的时间。他每天大约有几分之几的时间处于睡眠状态?(五年级)
  从文字叙述中,只能看见需要解决的问题,而看不见解决问题应该具备的条件,但从配套的图中可以发现,小亮每天睡觉的时间是晚上九时到次日早晨六时,利用这一条件可以解决小亮睡眠的时间。题目中虽然没有说明一天有24时,但这一条件学生根据生活经验应该知道。这样,通过对题中相关信息的收集和整理,通过利用日常生活的经验,来完善解决问题所需要的相关条件,问题就迎刃而解了。
  教师要引导学生根据数学问题来确定需要哪些信息。数学信息收集的途径很多,可以通过从文字叙述中来收集,可以从配套图例中来寻找,可以从题中提供的图表中摘录,也可以借助生活经验来补充,等等。
  例3 从甲地到乙地,上坡路占2/7,平坦路占4/7,其余的是下坡路。一辆汽车在甲乙两地往返一次,共行下坡路42千米。甲乙两地的路程是多少千米?(六年级)
  题中已经知道下坡路在往返的过程中一共行了42千米,要求甲乙两地的路程,可以利用已知的路程和它所对应的分率来解答。画出简易草图,我们很容易看出,汽车从甲地到乙地时,下坡路行了1/7,返回时,原来的上坡路就是下坡路,也就是返回时下坡路行了2/7,这样,通过对信息的整理,很容易就找到了对应关系,问题的解答就容易了。
  教师要引导学生掌握科学的整理方法,让学生能根据具体的问题选择不同整理信息的方法(如:摘录条件,给条件排序,列表,画草图或线段图,等等),并在整理信息的同时分析数量之间的关系。
  
  三、解决方法和策略的寻找
  
  问题解决的方法和策略是多种多样的。不同的问题,会因为问题的内容和性质的不同,出现不同的方法和策略;同一个问题,也会因为学生知识背景的不同、智能发展的差异,出现各种不同的解决问题的方法和策略。为此,教师要引导学生根据具体的问题进行全面分析,只有把握了具体情景中的问题,才能选择合理的、优化的解决问题的方法和策略。
  例4 旅行社有甲、乙两种面包车,甲车可乘12人,每辆租金为120元;乙车可乘18人,每辆租金160元。旅行团有58人,怎样租车最省钱?(四年级)
  了解了这道题的信息后,我们发现,依靠日常的数量之间的关系很难解决,必须进行分析,来确定解决问题的方法。要使得用的钱最省,无非要考虑两个因素:一是要尽可能租单价低的车辆,二是要尽可能使每辆车坐最多的人。从这两点深入研究,我们可以知道,乙车的单价比较便宜,所以应尽可能租用乙车,根据总人数是58人。可以知道乙最多租4辆,这样的话,共需160×4=640元;如果租3辆乙车,余下的人数还需1辆甲车,共需160×3 120=600元;如果乙车租2辆,余下的人数还要租2辆甲车,共需160×2 120×2=560元:如果乙车租1辆,余下的人数还要租4辆甲车,共需160 120×4=640元;如果全租甲车,则 需要5辆甲车,共需120×5=600元。因此,租2辆甲车和2辆乙车最省钱。
  从这道题的思考过程来看,我们首先要确定解答问题的方向和突破口,确定从哪里人手最容易把握,然后在一定的范围内进行列举,再对各种方案进行比较,筛选出比较好的解决问题的方案。
  教师在实际教学中要给学生渗透一些数学思想,如:符号思想、化归思想、对应思想、模型思想、转换思想等等;同时也要教给学生一些数学方法,如:观察与实验、演绎与归纳、比较与分类、分析与综合、抽象与概括、类比与映射、猜想与联想等等。鼓励学生从多角度分析、思考问题,寻找不同的解题方法和策略,从而提高学生解决问题的能力。
  
  四、解决过程的正确表达
  
  数学课程标准在“解决问题”教学目标中强调:要让学生“能表达解决问题的过程。并尝试解释所得的结果”。德国也在数学教学的分类学习目标中提出:“运用数学方法表述某些客观环境现象的能力,即认识、发现客观外界中事物的数学关系。并用数学语言表述这种关系。”由此可见,能用简单的数学语言有层次地表达思考问题的过程与结果,是培养学生解决问题能力的一个重要方面。
  很多学生在数学解题时,解题格式不规范,很少有必要的文字说明,或对出现的数学量符号不作交代,等等,都会导致解题过程思路混乱和错误。为此,教师要有意识地引导学生学会用简明、准确的数学语言来表述有关数学问题。
  例5 下表的粗线框中两个数的和是3。在表中移动这个框。可以使每次框出的两个数的和各不相同。
  (1)一共可以得到多少个不同的和?
  (2)如果每次框出3个数,一共可以得到多少个不同的和?
  (3)如果每次框出4个数、5个数呢?再试着框一框。看看分别能得到多少个不同的和?
  (4)你能发现什么规律?(五年级)
  十个数,每次框出2个数从左往右依次移动粗线框,可以移动8次,得到(8 1)个不同的和。
  十个数。每次框出3个数从左往右依次移动粗线框,可以移动7次,得到(7 1)个不同的和。
  十个数,每次框出4个数从左往右依次移动粗线框,可以移动6次,得到(6 1)个不同的和。
  用文字表达的话,既烦琐也不能很快看出规律。如果用表格来表达的话,通过比较能很快发现规律。
  在解答问题的过程中,有时不是都能用算式等来表示出问题思考的过程和结果的,有时也可能需要借助列表、画图、列举、文字叙述等方式来表达的,只要能够清晰、有序,只要有利于分析、解释,就是合理的表达。
  
  五、解决问题的反思和评价
  
  解决问题的反思和评价作为解决问题过程的一个重要组成部分,是学生对解决问题的过程和结果的把握和关注,能确保解决问题的过程的合理、有效。只有具备了解决问题的反思和评价能力,学生才能及时发现和纠正错误或偏差,才能确保成功解决问题。
  例6 陈师傅要把长18厘米,宽13厘米,高6厘米的长方体木块锯成棱长3厘米的正方体木块。他能锯多少块这样的正方体? (六年级)
  从题目看,要求大长方体可以分割成多少个小正方体,学生一般采用的方法是用大体积除以小体积。可以这样算:
  18×13×6÷(3×3×3)=52(个)
  如果这样计算,所得到的结果是不正确的。因为宽边是13厘米,不能整除,也就是余下的部分只能浪费,所以用求大体积里面包含几个小体积的方法,得不到正确的答案。解题时如果发现前面所确定的解题思路不当或者不简便,应及时修正,以减少解题过程中的失误,使问题得到顺利解决。
  考虑到如果要分割则必须整除,那么可以思考每条棱可以分割成几个3厘米,再求可以分割成多少个小体积。列式解答为:
  18÷3=6(个)
  13÷3=4(个)……1(厘米)
  6÷3=2(个)
  6×4×2=48(个)
  如果仅仅考虑解法的话。两种方法都是解决这类问题的方法,很难说哪种方法更好。为此,教师要引导学生在选择一种解法时,还可以考虑一下另一种解法,用另一种方法来检验解答问题的准确性。发现两种解答结果出现不同时,一定要反思解答过程是否忽略了生活实际和其他因素,通过不断调整自己的思路,使问题得到正确解答。
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