以几何直观内化运算规律

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  摘要:教学《乘法分配律》一课,利用几何直观,带领学生不断辨析乘法分配律的本质意义,抽丝剥茧,理解并内化运算规律。教学中,有匹配问题情境的直观呈现,让学生在“形”中提升对“数”的认识;有凸显数学本质的动态呈现,让学生对“合着算”和“分开算”算式的结构特征与内在联系印刻入心;有发展模型意识的抽象呈现,让学生经历富有层次的表征过程后,顺理成章地用语言、文字和符号归纳总结乘法分配律。
  关键词:几何直观;乘法分配律;问题情境;数学本质;模型意识
  “乘法分配律”是苏教版小学数学四年级下册的内容,教学目标为:(1)在解决实际问题的过程中通过观察、类比、猜想、举例、验证、归纳等数学活动发现、概括、理解乘法分配律;(2)在具身体验中感悟探索规律的一般过程,培养模型思想,發展抽象思维,积累建模经验;(3)感悟数形结合的数学思想,体验乘法分配律的价值,提高学习数学的兴趣,体验学习数学的成就感。其中,教学重点是乘法分配律和数形结合思想,教学难点是探索规律的一般过程。《乘法分配律》一课教学,可以利用几何直观,引导学生主动参与,不断辨析乘法分配律的本质意义,抽丝剥茧,理解并内化运算规律。具体教学过程与评析如下:
  一、教学过程
  (一)在解决实际问题中初步感知规律
  1.购买运动服问题。
  师今天我们来学习乘法分配律。(出示下页图1)我们先来解决一个问题:学校有10名同学参加趣味运动会,需要订购统一的运动服,一共多少元?你从中知道了哪些信息?
  生一件上衣60元,一条裤子40元,买10套,求一共多少元。
  师请同学们在本子上列出综合算式并计算。
  (学生计算。)
  生(60+40)×10=1000(元)。我是先算出一套运动服多少元,再乘10套。
  师(出示图2)我们可以把一个三角形看作一件上衣,一个正方形看成一条裤子。他是先把一件上衣和一条裤子合着算的。
  生60×10+40×10=1000(元)。我是先分别求出10件上衣的价格和10条裤子的价格,再相加。
  师(出示图3)也就是先分开算,再加起来。
  师仔细观察这两个算式,其解题思路不同,运算顺序也不同,但我们发现,结果却是——一样的。[板书:(60+40)×10=60×10+40×10]我们可以画上等号,把它们连接起来。
  2.啦啦队人数问题。
  师再来看第二个问题。(出示图4)啦啦队分成了红、蓝两队,从图中你知道了哪些信息?
  生红队一行有4人,蓝队一行有5人,都各有3行。
  师(出示图5)用这样的点子图表示,理解吗?一共有多少个队员,可以怎么列式?
  生(4+5)×3。
  生4×3+5×3。
  师这两个算式分别在算什么?
  生第一个算式是先算一行有多少个队员,再乘3行。
  生第二个算式是把红队的人数和蓝队的人数分开算。
  师(出示图6)这两个算式相等吗?为什么?
  生相等。我算出结果都是27。
  生(4+5)×3可以看成9个3;4×3+5×3表示4个3与5个3的和,也是9个3。
  师[板书:(4+5)×3=4×3+5×3]计算也好,乘法的意义也好,都能够说明这两个算式是相等的。(出示图7)如果再增加三行,现在可以列成哪两个算式,它们相等吗?
  生相等。都解决同一个问题,也都表示9个6。
  [教师板书:(4+5)×6=4×6+5×6。]
  3.发现规律特征。
  师(指板书)我们得到了这样3个等式。请同学们仔细观察,比一比,你有什么发现?
  生每组两个算式计算结果都相同。
  生每组两个算式中的三个数都相同。
  生每组算式都是乘了一个相同的数。
  生左边都是先算两个数的和再相乘,右边都是两个数分别与一个数相乘再相加。
  生左边都是合着算的,右边都是分开算的。
  (教师板书:合着算,分开算。)
  [评析:课始,教师带领学生在解决实际问题中,初步感知乘法分配律在生活中的原型。同时,利用数形结合来对算式进行阐释,使学生理解既可以合着算,又可以分开算,在多维角度中对得到的三组等式进行意义解读。然后,教师放手让学生通过观察、比较,逐步发现三组等式的共性特征。在全班交流中,教师引导学生提炼出原型的特征,加深对原型的本质认识。]
  (二)在仿写建模中稳步表征规律
  师通过横着和竖着观察和比较,我们发现了这些等式的特点。那是不是具有这些特点的两个算式都相等呢?
  生我觉得都相等。
  生我觉得不一定相等。
  师到底谁的猜想是对的呢?我们需要进行验证,可以怎么验证?
  生举更多的例子。
  师拿出学习单,想一想、算一算,各自列出具有这些特点的一组算式。
  (学生交流展示。)
  生(3+8)×9=3×9+8×9。
  生(12+30)×78=12×78+30×78。
  师我们来看这两位同学的举例,符合我们发现的这些特点吗?等式成立吗?怎么证明成立的?有写到等式不成立的吗?
  生没有。
  师[板书:(7+0)×8=7×8+0×8]老师也写了一个。你们瞧,等式成立吗?
  生等式成立。
  师如果时间允许的话,我们还能再举更多的算式,举得完吗?
  生举不完。
  师那你能用一个等式表示出这个规律吗?
  生(a+b)×c=a×c+b×c。   师用字母式将发现的规律表达了出来,很好!
  [评析:在发现三组原型本质特征的基础上,教师引导学生猜想:是否具有这些特征的两个算式都相等?学生在尝试举例中,发现结果都相等。教师适时补充含0的一组算式,充分暴露学生理解的盲区,帮助学生形成更完整的认知。学生由之前学习运算律的经验,自然而然想到可以用字母式来表示乘法分配律。]
  (三)在动态验证中内化规律
  师其实啊,我们发现的这个规律早就潜伏在以前的学习中了!(出示下页图8、图9)一起看看。
  师(出示图10)拼成的大长方形面积可以怎么求?
  (学生分别介绍合着算和分开算两种方法,教师同步展示课件,最终画面如图11所示。)
  师老师给这个长方形施个魔法,让它动起来。(在“几何画板”软件中演示,呈现图12-图14)使第一个数动起来,符合吗?
  生符合。
  师(在“几何画板”软件中演示,呈现图15-图17)第二个数变动,现在呢?(在“几何画板”软件中演示,呈现图18-图20)使宽变化,现在这两个算式相等吗?(在“几何画板”软件中演示,呈现下页图21-图23)使这三个数同时变化,算式相等吗?
  生相等,求的都是大长方形的面积。
  师在这里,第一个数可以是什么?第二个、第三个数呢?(出示图24)如果这三个数变成a、b、c,两个算式还相等吗?
  生相等。
  师(出示图25)这就是乘法分配率。
  师(小结)不管这三个数怎么变,等式都成立。在求拼成后大长方形的面积时,这两种方法间的关系也符合我们发现的规律:(a+b)×c=a×c+b×c。
  [评析:在学生用字母表征出乘法分配律之后,教师没有急着揭示概念,而是带领学生一起回忆,唤醒学生的旧知,与本节课学习的新知串联。这既是对之前碎片化学习的聚合,也是对新知的一种补充与验证。运用“几何画板”软件,在长方形面积的动态变化中,引导学生充分理解和思考,在几何直观中逐步抽象出乘法分配律。]
  (四)在练习巩固中应用规律
  师(出示练习,如下)请同学们完成如下练习。
  1.填一填。
  (1)(42+35)×2=42×□+35×□;
  (2)15×26+15×14 = □○(□○□);
  (3)(30+x)×y=□○□○□○□。
  2.判一判:下面的等式成立吗?
  (1)(28+72)×7=28×7+72×7;
  (2)40×25+4×25=40×(25+4);
  (3)74×(99+1)=74×99+1。
  (学生完成后展示交流答案。)
  师等号两边的算式不相等时,怎么改能使两边相等?如果让你计算,你会选等式的哪一边?为什么?
  ……
  [评析:这里设计的练习,既尊重教材又超出教材,即对静态的习题进行动态的操作,提高练习的趣味性。第二题除了基于乘法分配律判断和改正等式,还引导学生思考规律的价值,为以后学习简便计算做铺垫。]
  (五)在总结回顾中掌握探索规律的方法
  师让我们一起来回顾一下今天的学习过程。我们是怎么一步一步概括出乘法分配律的?
  生我们在解决实际问题中得到了三个等式,再通过观察、比较、猜想、验证,最终概括出乘法分配律。
  师看来,大家都收获满满。(出示下页图26)瞧,运算律小火车也收获了新成员呢。今天,我们通过数形结合学习了乘法分配率。那如果再增加一个小长方形,大长方形面积是多少呢?合着算和分开算又会得到两个什么样的算式呢?它们之间又有什么关系呢?同学们可以运用今天研究乘法分配律的方法继续探究。
  [评析:弗赖登塔尔指出:“反思是数学思维活动的核心和动力。”课尾,教师及时指导学生回顾反思,帮助他们梳理学习过程,提炼规律发现的一般过程;并且带领学生整理已经学习的运算律,丰富知识网络,帮助学生形成整体思维。最后,教师抛出一个问题,鼓励学生利用今天的所学进行更深入的研究,培养学生的应用意识,帮助学生巩固学到的探索规律的方法。]
  二、教学总评
  (一)匹配问题情境的直观呈现
  本节课,虽然需要对算式進行观察,但教师没有生硬地提供脱离实际意义的式子,而是创设了丰富的现实情境。无论购买运动服还是队形的排列,都是学生非常熟悉的生活情境,能够助力他们理解算式表示的实际意义,从而更好地认识和比较“合着算”和“分开算”。每一个问题情境,都有匹配的几何直观呈现,让学生在“形”中提升对“数”的认识。
  (二)凸显数学本质的动态呈现
  深度学习与浅层学习不同,是一种基于理解的学习,重在经历学习的过程。绝大部分学生通过计算,知道了“合着算”和“分开算”结果相等,两个算式可以用等号连接。而很少有学生会想到运用乘法的意义——几个几,来解释为什么相等。这种现象,也反映出之前的学习更关注结果而不是过程。于是,教师从情境图抽象到点子图,帮助学生在数一数的过程中感悟“合着算”和“分开算”背后的意义,丰富学生的多元表征经验。同时,利用“几何画板”软件,研究求大长方形面积的两种不同算法的关系。在动态呈现中,学生对乘法分配律的本质特征有了充分的直观感受,对“合着算”和“分开算”算式的结构特征与内在联系印刻入心。
  (三)发展模型意识的层次呈现
  学习从模仿开始。学生在解决“购买服装”“队形排列”问题的过程中,充分感知了乘法分配律的结构特征。紧接着,学生通过仔细观察、比较,逐步发现了这些算式的特点。教师在学生回答时相机框一框、画一画、圈一圈,使乘法分配律的表象跃然于黑板上,同时也清晰地投射在学生的头脑中。在这之后的仿写建模中,学生举出了很多例子来验证,教师还举例“(7+0)×8=7×8+0×8”这类等式,探讨其是否符合乘法分配律,直逼学生的认知盲区。学生经历富有层次的表征过程后,用语言、文字和符号归纳总结乘法分配律也就顺理成章,从而在内化运算规律的同时还有效发展了模型意识。
  参考文献:
  [1] 王茜,周卫东.“乘法分配律”教学实录与评析[J].小学数学教育,2021(11).
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