从模式到意义:数学知识的教学价值

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  摘 要:数学教学以其显著的学科特征而独具魅力,以《植树问题》教学为例,尝试、分析如何更优质地体现教学的价值。本文分三个层次阐述:一是从三类模型入手,分析其思维价值,对解决问题和培养孩子的分析、想象、比较以及借助模型思考的能力起到了积极作用;二是针对其问题及问题解决中孩子的困惑和困难,从模型到应用,引发植树问题教学的变式与转化;三是让模型回归意义,“植树问题”的根基和归属是除法意义和除法运算。数学学习,不仅要善于提炼结构、建立模型、分类解答,还需能透过现象,看清本质,不只是做“加法”,更要寻找解决思路的意义归属。
  关键词:模式;意义;模型;思维价值;意义归属
  数学具有抽象性、逻辑性等特点,数学知识之间的联系非常丰富,同样的知识,从不同的角度思考、理解不同的关联、设定不同的序列、采用不同的方式,其教与学有着显著的差异,对知识的理解和应用区别很大。
  取向各异的理解、千差万别的思路、千变万化的教学,进而各不相同的效果,构成了数学教学的独特魅力,如何更优质地体现教学的价值,值得我们探索。
  下面以《植树问题》的教学为例,如何让数学知识体现更好的教学价值。
  一、从情境到模型:三类模型的思维价值
  “植树问题”是数学中一个经典的教学内容,具有突出典型性和广泛应用性。教学中一般通过对植树情境的比较分析,抽象概括“棵数和段数”的关系,构建三种不同数量关系的模型,建立解决此类问题的模式。
  教例1:
  出示问题:“在全长1500米的小路一边植树,每隔5米栽一棵,一共需要多少棵树苗?”
  师:我们一起来种一下(边画边说:先种一棵,画一段;再种一棵,又画一段……)
  师:有什么感觉?
  生:种不完,数据太大了。
  师:可以将数据变小,改为“在全长15米的小路一边植树”。
  (学生列式计算,画图验证。)
  生:15÷5=3(段),3 1=4(棵),或15÷5 1=4(棵)。
  师(画图时特意开头没种):15÷5=3(棵),可以吗?
  生:不同意,开头没种。
  师:开头没种是有“苦衷”的,遇到了一幢房子。
  生:那这样是可以的。
  师:还有其他种法吗?
  生:两头都不种,苦衷——两边都遇到房子。
  小结:3种情境,两端都种,只种一端,两端都不种。(完成板书,文字、图示、算式、关系式)
  两端都种:15÷5 1=4(棵),棵数=段数 1。
  只种一端:15÷5=3(棵),棵数=段数。
  两端都不种:15÷5-1=2(棵),棵数=段数-1。
  师:再看第一个问题。有几种情况?不知道“苦衷”在哪儿?(两端都种,只种一端,两端都不种)
  ……
  教师利用数形结合的方式,借助“一一对应”地画图,理解棵数与段数的关系,建立三种模型,渗透了数形结合、一一对应、模型思想等。
  学生在解决问题时首先应确认这是一个植树问题,明确“什么是树”“总长多少,间隔多少”,其次思考“属于哪种类型”,最后利用模型公式计算出结果,解决问题。
  有了三种基本模型,分析问题就有了依据,思考对策就有了路径,解答问题就有了方法。由此,在解决问题的过程中培养了孩子分析、想象、比较以及借助模型思考的能力。
  应该说,三种基本模型确实对解决问题、培养思维能力起到了作用,然而,其中也存在问题且问题明显。
  二、从模型到应用:问题解决的变式与转化
  在问题解决中,孩子有许多困惑:种树只有这三种情况吗?如果不止,为什么就只概括这三种模型?
  学生的学习困难也很明显:准确识别“树”;正确识别类型。为了解决这些问题,教师利用了变式练习和转化思想。
  教例2:
  就问题变化,安排如下题目:
  (1)在全长1500米的小路一边植树(两端都种),每隔5米栽一棵,一共需要多少棵树苗?
  (2)在全长1500米的小路一边植树(一端不种),每隔5米栽一棵,一共需要多少棵树苗?
  (3)在全长1500米的小路两边植树(两端不种),每隔5米栽一棵,一共需要多少棵树苗?”
  (4)在全长1500米的小路一边植树(两端都种,但有两个种树位置刚好遇到电线杆),每隔5米栽一棵,一共需要多少棵树苗?
  (5)在全长1000米的小路一边植树(一端不种),一共种了200棵树,相邻两棵树之间的距离是多少米?
  (6)在小路一边间隔5米种树,种了200棵树(两端不种),这条小路全长多少米?
  (7)两位工人要将一根10米长的木头锯成2米一段,需要锯几次?
  (8)淘气家住五楼,两层之间有20级台阶,淘气上楼回家要走多少级台阶?
  ……
  在分析这些变式练习时,将问题转化为与三种模型相应的结构,然后“对号入座”解决问题,确实是一个不错的办法。
  然而,问题依然存在。比如:在全长1000米的小路一边植树(两端都种),先每隔5米栽一棵杨树,再每隔10米栽一棵樟树。需要多少棵杨树?多少棵樟树?
  三、让模型回归意义:植树问题的本质意义
  我们不禁思考:数学知识的学习,不能只做“加法”,更重要的是建立知识间的有效“关联”。这种关联既能增强知识间的联系,加深理解,还能提高运用的灵活性。
  植树问题一定要作为一类独立问题来研究嗎?三种模型与孩子之前所学知识及认知结构有无联系?如有联系,如何更有效地建立这种关联,降低难度,提高融合?
  比较三种模型,我们可以发现,要解决棵数问题,首先要求出段数,然后利用对应关系调整棵数。   于是,我们思考“植树问题”的根基和归属:除法意义和除法运算。实际上,“植树问题”最基本的要素是“段数”,求段数的问题属于“一个数里面有几个几”的问题,是除法意义中的一种,也即“包含除”问题;确定棵数,需要根据生活现实进行“调商”。
  可以安排如下的解决问题序列:
  (1)求“段数”——根据除法的意义,就是求“几里面有几个几”。
  (2)求“点数”——点数是与段数客观对应的,线形“段数 1”,环形“等于段数”。
  (3)求“棵数”——树种在点上,几个点上种树就是几棵;或者减去不能种树的点,就可以得到能种的棵数。
  教例3:
  1. 欣赏算式:24÷5=4.8。
  师:用这个算式可以解决哪些问题?(可以编平均分、包含除等题)
  出示:(1)24千克大米,平均装在5个袋子里,每个袋子装多少?
  (2)24位同学租车到科技馆,每辆车坐4人,需要租几辆车?
  (3)24米布做服装,5米做一套,可以做几套?
  师:解决这三个问题,用同样的算式,得到同样的计算答案,为什么结果不同?
  生:算出结果,还要根据实际情况调整商。
  2. 出示算式:20÷5=4。
  师:结果是整数,还需要调商吗?
  生:应该不用了。
  3. 出示问题:在一条20米长小路的一边植树,每5米种一棵树。
  (先自己在纸上画一画。)
  师:20÷5=4,4表示什么?
  生:4表示段数。
  师:树种在哪儿?可以种几棵树?
  生:树种在每个“点”上,有4 1=5(点),可以种5棵树。
  师:点数一定比段数多1吗?
  生(先是犹豫):一定的。(段数 1=点数)
  师:这些“点”就代表种树的洞,有几个“点”就可以种几棵树。有5个点,一定是种了5棵树吗?
  生(犹豫):不一定吧!
  生:我知道,有两头都种、一头种一头不种、两头都不种。
  (学生上来摆出三种情况。)
  师:只有这三种情况吗?
  (生犹豫,师移动房子位置到不同的点,孩子感受到现实中的多种可能。)
  师:比较种5棵、4棵、3棵……各种情况,有什么相同的地方?又有什么不同?
  生:每种情况,其实算出的段数都是相同的,点数也相同,就是能种的棵数不同。
  师:虽说“树”种在“点”上,但“种的棵树”不一定就等于“点数”,因为有的“点”不能种树,需要根据实际情况调整。你现在认为,“植树问题”是研究什么的问题?
  生:段数、点数、棵数关系的问题。
  师:植树问题怎么解决?
  生:先计算出段数就知道点数了,再减去不能种树的点数,求出能种树的点数,就是棵数。
  试一试:同学们在一条全长100米的小路一边植树,每5米栽一棵(只种一端)梧桐树,一共要栽多少棵梧桐树?
  师:“只种一端”是什么意思?
  生:有一个点不能种树。
  (思考并解答,求“种几棵树”,就是求“有几个点种树”。)
  (变式:“100米”为“200米”“n米”;“只种一端”为“两端不种”“有5个点遇到电线杆”。)
  师:在生活中,你有看到过、听到过和植树问题相类似的情况吗?谁是树?谁是点?哪个是段?
  (出示生活中的图片:装路灯、摆花盆、设站点、敲钟点、借图书、爬楼梯、画停车线、……)
  师:“植树问题”一定是和植树有关的问题吗?
  生:不一定。可以看作和种树一样的情况。
  4. 拓展练习。
  (1)一条绳子长42米,每3米剪一段跳绳,可以剪几根?需要剪几次?
  (2)5,8,11,14,…,47,共有几个数?
  (3)5路公共汽车行驶路线全长12km,相邻两站之间的路程都是1km。一共设有多少个车站?(线形路线,环形路线)
  植树问题就是除法的应用问题,其基础在于根据除法意义算出“段数”,其关键在于明白树是种在“点”上的,其重点在于根据实际情况“调棵数”。它与之前的“调商”问题的不同之处在于,虽然根据除法意义算出的“段数”是整数,与“段数”对应的“点数”也是整数,但“棵数”与“点数”间的对应依然因实際情况有所差异。
  数学学习,善于提炼结构、建立模型、分类解答很重要,但更重要的是,还要能透过现象看清本质,不只是做“加法”,而是要寻找解决思路的意义归属。
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