在“做数学”中催化实践创新①

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  摘要:“做数学”是一种以“做”为支架的发现和提出问题、分析和解决问题的数学学习活动,其中既包含直观体验性的“做”,也包括有意识的“用”。“做数学”能够帮助学生透过实际现象看到数学本质,将实际问题抽象成数学问题,从而催化数学的实践创新。义务教育阶段的数学教学中,教师可以设计调查推断、测量计算、动手制作等类型的“做数学”主题活动,引导学生完成数学的实践创新。
  关键词:做数学;数学应用;数学调查;数学测量;数学制作
  数学的应用已经渗透到现代社会以及人们日常生活的各个方面。数学教学要帮助学生理解数学知识,掌握数学方法,更要引导学生在真实的情境中调用已有的知识和方法,从数学的视角发现和提出问题、分析和解决问题,完成数学的实践创新,从而积累丰富的数学活动经验,感悟数学与现实的关联,认识数学在社会生活诸多领域的作用(价值), 激发数学学习的兴趣与成就感,发展数学应用能力,提高实践创新能力。
  在这一过程中,如何“撩开”现实问题的“面纱”,抽取背后的数学模型是关键。而“做数学”是一种以“做”为支架的发现和提出问题、分析和解决问题的数学学习活动,其中既包含直观体验性的“做”,也包括有意识的“用”。因此,“做数学”能够帮助学生透过实际现象看到数学本质,将实际问题抽象成数学问题,从而催化数学的实践创新。
  义务教育阶段的数学教学中,教师可以设计多种类型的“做数学”主题活动,引导学生完成数学的实践创新。
  一、在调查推断类“做数学”活动中催化实践创新
  调查推断类“做数学”活动是指,针对某个具有现实意义的主题(问题), 选取一定的样本,收集有关的数据,通过数学推断得到相应的结果(结论)。它在解决现实问题时有着广泛的应用。
  例如,教学三年级的“长方形和正方形的面积计算”后,教师提出“学校实践基地菜园大白菜的产量是多少?” 这一实际问题,引导学生通过数学调查活动加以解决。
  教师带领学生来到学校实践基地的菜园,学生看到其中有3块并排的长方形菜地。教师先让学生小组讨论解决问题的方案,再让小组代表汇报讨论的结果。有小组代表说:”把地里的大白菜全部拔出来称一下。”有小组代表说:“只要拨出其中1棵大白菜,称出其质量,再数出大白菜的棵数,就行了。”还有小组代表说:“拔出几平方米地里的大白菜称一下,算出1平方米地里的大白菜产量,再测出这片菜地的面积,就可以算出大白菜的总产量了。”
  面对学生不同的想法,教师引导学生交流。考虑到工作量、破坏性以及一定程度的准确性,学生的方案趋于一致:第一步,圈出1平方米的菜地;第二步,拔出其中的大白菜;第三步,称出这些大白菜的质量;第四步,测量这片菜园的菜地有多少平方米;第五步,将1平方米菜地里大白菜的质量与这片菜园中菜地的面积数相乘,就可以估算出这片菜园大白菜的产量了。教师指出:这就是数学中的调查方法,即调查部分的情况,推测整体的情况。然后,引导学生设计出表1,用于记录。
  接着,教师让学生小组合作,各自圈出1平方米的菜地,拔出大白菜,称出质量,然后汇报。汇报时,学生发现每个小组称出的大白菜质量不一样。教师顺势引导:到底取哪个小组的数据来计算呢? 有的小组提出:取数据最大的好,可以使总产量高一些。有的小组提出:取数据最小的好,可以知道总产量最少是多少。还有的小组提出:取中间的数据好,这样结果与实际差得不多。最后, 大家一致认为:取平均数比较合理,这样结果比较准确。
  于是,教师又让学生小组合作,各自测量这片菜园中菜地的面积。有的小组发现,只要分别测出3块长方形菜地的长和宽,算出面积,然后相加,就能得到总面积了。也有的小组发现,每块长方形菜地的长相同,所以可以把3块长方形菜地整体看作一块菜地,就是一个大长方形,只要测出大长方形的长和宽,将宽减去长方形菜地之间的空隙,就能算出这片菜园中菜地的面积了。这样, 学生在无意间发现(创造)了四年级才会学到的乘法分配律。
  “学校实践基地菜园大白菜的产量是多少?” 这一实际问题贴近学生生活。教学中,教师引导学生联系已有知识和方法,打开思维视角,进行有条理、合逻辑的思考,最终选取一定的样本,展开调查推断活动,在应用数学知识和方法分析和解决实际问题的过程中尝试实践创新。
  二、在测量计算类“做数学”活动中催化实践创新
  测量计算类“做数学”活动是指,针对某个具043有现实意义的主题(问题), 确立具体的事物,量化有关的属性,通过数学计算得到相应的结果(结论)。它在解决现实问题时同样有着广泛的应用。
  例如,教学九年级的“图形的相似”和“锐角三角函数”后,教师提出“学校旗杆的高度是多少?” 这一实际问题,引导学生通过数学测量活动解决。期间,学生小组合作,经历了开题(查阅资料、设计方案)、做题(准备工具、实施测量)、结题(总结经验、吸取教训)、评价等过程。
  (1)开题。课前,学生小组合作,设计两套以上测量方案。课上,学生小组代表汇报测量方案。有的小组提出:测量旗杆顶部的仰角,借助锐角三角函数知识计算旗杆的高度。教师提醒学生选擇实用的测量仪器。有的小组提出:将平面镜置于平地上,人后退至能从镜中看到旗杆顶部的位置, 测量人与镜子、镜子与旗杆底部的距离,借助相似三角形知识计算旗杆的高度。教师提醒学生注意精确性。有的小组提出:在太阳光下,测量旗杆和人的影长,按照比例,利用人的身高计算旗杆的高度。教师提醒学生注意测量时间,以及旗杆和人的影长是同时测量还是先后测量好。还有小组提出:用照相机拍一张旗杆和人的合影,按照比例, 利用人的身高计算旗杆的高度。教师提醒学生注意人站的位置,以及与旗杆的位置关系。通过汇报与交流,学生清楚了测量细节及计算模型,完善了测量方案。然后,教师引导学生设计出表2,用于记录。
  (2)做题。教师安排特定时间, 带学生来到操场,让学生实施测量。期间,教师关注学生的态度,关注小组的分工合作,关注测量的过程、数据的记录以及误差的处理,提醒学生写好测量报告; 在学生遇到困难或出现问题时,启发学生寻找原因,探求办法。   (3)结题。课上, 教师遴选测量结果比较准确、测量过程完整清晰、误差处理比较合理、测量报告比较规范以及测量结果出现明显误差的小组,通过照片、模型、PPT 等形式汇报成功的经验和失败的教训。不管用什么方法,其结果与实际值相比都会有一定的误差,尤其是失败的方法。教师重点引导学生分析误差产生的原因。学生发现:自制的量角工具精确度不够高,测量用的皮尺、标杆不够长,步长测量长度,肉眼记录位置,影子没有全部落在一个平面上,用身高代替眼高等,都可能造成测量误差;甚至画图不够准确,也会造成计算误差。学生还对“用照相机拍出照片”的方法进行了反思,认为其原理是有问题的。
  (4)评价。课上, 教师引导学生评价活动的过程和结果。主要的评价点有:测量工具的合理性, 计算模型的有效性,测量结果的准确性,测量方法的创造性,减少误差的意识和做法,测量过程中工作的状态,测量过程中解决困难的机智,成果汇报、讨论中的表现等。
  在测量学校旗杆这一底部可及的物体高度的基础上,教师继续引导学生测量城市电视塔这一底部不可及的物体的高度。
  有的小组采用两次观察镜面的方法:如下页图2所示,先确定人眼距离地面的高度h,再在对准(经过)电视塔底部的直线上选取间隔一定距离
  “学校旗杆的高度是多少?” 这一实际问题贴近学生生活。教学中,教师引导学生联系已有知识和方法,打开思维视角,进行有条理、合逻辑的思考,最终确定适当的方案,展开测量计算活动, 应用数学知识和方法分析和解决实际问题。而“测量城市电视塔的高度”这一变式问题,更是促进了学生对刚刚获得活动经验的灵活迁移运用, 提升了学生的实践创新。特别值得一提的是,“结题”环节中成功经验和失败教训的总结,尤其是误差的分析,让学生充分内化了活动经验,感受到纸“上得来终觉浅,绝知此事要躬行”,真正理解了失“之毫厘,谬以千里”,深刻认识到在分析和解决问题的过程中,只有不断跨越障碍、克服困难,才能实现自我提升。
  三、在动手制作类“做数学”活动中催化实践创新
  动手制作类“做数学”活动是指,针对某个具有现实意义的主题(任务), 利用数学知识,探索制作方法并选择制作材料和工具,通过动手制作得到相应的作品(实物或图形)。它在完成现实任务时有着广泛的应用。
  例如,教学初中的“轴对称图形”和“中心对称图形”后,教师介绍:剪“纸是有悠久历史和深厚底蕴的民间艺术,深受人民喜爱。剪纸时,通常是将纸折叠剪出部分图案,展开得到完整图案。实际上,剪纸与数学有着密切的关系,是数学文化的重要组成部分。然”后,教师提出“剪纸得到图3—图5所示的图案”这一制作任务,引导学生利用数学知识完成。
  首先,教师引导学生分析得到:图3所示的图案是轴对称图形;图4所示的图案是轴对称图形,也是中心对称图形;图5所示的图形是中心对称图形。从而想到:可以先研究折纸与对称的关系,弄清怎样折叠可使展开后得到轴对称图形、中心对称图形;再利用这些方法,将纸折叠剪出部分图案,展开得到与之对称的其他部分图案。
  然后,教师让学生用长方形纸做试验。学生将长方形纸对折,用大头针随意扎出2个(或更多)孔,展开后发现:纸上有4个孔,这4个孔关于折痕轴对称(如下页图6)。学生又将长方形纸对折再对折,用大头针随意扎出2个(或更多)孔,展开后发现:纸上有8个孔,这8个孔关于折痕轴对称,关于折痕的交点中心对称(如下页图7)。怎样折叠可以扎出展开后仅具有中心对称关系的若干个孔呢? 学生犯难了。教师引导学生:两次互相垂直的对折可以得到绕折痕交点旋转180 度的关系,即中心对称的关系。学生多次尝试后发现:将长方形纸两端留出一部分,斜着对折再对折,在留出的这部分(只有两层纸)上用大头针随意扎出2 个(或更多)孔,展开后纸上有4个孔,这4个孔仅关于折痕的交点中心对称(如下页图8)。
  于是,教师让学生利用这些方法,剪纸得到相应的图案。学生将长方形纸对折,画出半个图3 所示的图案(如图9)并剪下,展开即得到完整的图3所示的图案。学生又将长方形纸对折再对折,画出四分之一个图4所示的图案(如图10)并剪下, 展开即得到完整的图4所示的图案。对于怎样得到图5所示的图案,学生感到要用图8所示的方法,但一时想不到具体怎么办。教师引导学生注意该图案中间有一个小正方形,而图8中的两条折痕是一个正方形的两条对角线。有学生想到: 如图11,在正方形纸片中间画一个小正方形,将正方形纸片沿虚线(两条弧线和小正方形上下两边, 关于正方形的中心成中心对称)剪开,再沿对角线对折两次,沿小正方形被剪开的边展开正方形的两层,画出半个图5所示的图案并剪下,展开即得到完整的图5所示的图案。
  “剪纸得到相应的图案”这一现实任务能够很好地激发学生的学习兴趣。教学中,教师引导学生分析图案的数学特征,操作发现折纸与对称的关系,归纳得到将纸折叠剪出部分图案后展开得到完整图案的方法,最终展开动手制作活动,应用数学知识和方法分析和完成实际任务。这样的活动对学生来说具有曲折性和创造性,既体现了数学的发现,又体现了数学的应用,能够提高学生的几何直观能力和逻辑推理能力。从中,学生还能感受到几何学的神奇以及对称图案的美,感受到数学的文化和魅力。
  參考文献:
  [1]董林伟,等.初中数学实验的理论与实践研究[M]. 南京:江苏凤凰科学技术出版社,2016.
  [2]董林伟.走向学科育人:“做数学”的时代建构与实践创新[J]. 教育发展研究,2021(8).
  (赵维坤,江苏省盐城市毓龙路实验学校原校长。特级教师,正高级教师。中国教育学会中学数学专业委员会理事、学术委员。苏科版初中数学教材核心编写人员。主持江苏省六大人才高峰项目1 项、江苏省基础教育前瞻性教学改革实验项目1 项、江苏省教育科学规划课题4项。获得国家教学成果奖(基础教育类)二等奖项目1项,江苏省教学成果奖(基础教育类)特等奖项目1项、2等奖项目1项。侯正永,江苏省南京市鼓楼区教育局副局长、鼓楼区教师发展中心主任。特级教师,正高级教师。江苏省“333”工程培养对象,江苏省基础教育先进个人。南京师范大学、江苏第二师范学院、南京晓庄学院特聘研究生导师。)
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