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【關(guān)鍵詞】幾何直觀;學(xué)生;數(shù)學(xué)思考
【作者簡(jiǎn)介】嚴(yán)育洪,江蘇省特級(jí)教師,江蘇省教育廳小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)科領(lǐng)軍人物,江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)工程”學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人,無錫市有突出貢獻(xiàn)中青年專家,無錫市教育專家委員會(huì)委員,無錫市錫山教師進(jìn)修學(xué)校培訓(xùn)部副主任。曾發(fā)表多篇教育論文,出版多本教育專著,其專著入選教育部基礎(chǔ)教育課程教材發(fā)展中心中小學(xué)圖書館(室)推薦書目,并被評(píng)為年度無錫市第十屆哲學(xué)社會(huì)科學(xué)優(yōu)秀成果,并被引出到馬來西亞出版發(fā)行。曾參加“國(guó)標(biāo)本”蘇教版小學(xué)數(shù)學(xué)教材編寫,近百次赴全國(guó)各地講學(xué);楊佳玲,江蘇省常熟市張橋中心小學(xué)數(shù)學(xué)教師,曾獲常熟市把握學(xué)科能力競(jìng)賽一等獎(jiǎng),輔導(dǎo)學(xué)生撰寫的多篇數(shù)學(xué)小論文分別獲市一、二等獎(jiǎng)。主要研究方向:中年級(jí)數(shù)學(xué)教學(xué)。
幾何直觀是《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011版)》(以下簡(jiǎn)稱“課標(biāo)”)提出的十大核心概念之一。“課標(biāo)”指出:“幾何直觀主要是指利用圖形描述和分析問題。借助幾何直觀可以把復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題變得簡(jiǎn)明、形象,有助于探索解決問題的思路,預(yù)測(cè)結(jié)果。幾何直觀可以幫助學(xué)生直觀地理解數(shù)學(xué),在整個(gè)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程中都發(fā)揮著重要作用。”據(jù)此,我們不難發(fā)現(xiàn),幾何直觀不僅指直接觀察,更重要的是依托圖形進(jìn)行深入思考與分析,打開思維,找到方法,解決實(shí)際問題。
阿蒂亞說過:“幾何直觀是領(lǐng)悟數(shù)學(xué)最有效的渠道。” 數(shù)學(xué)知識(shí)的抽象表達(dá),學(xué)生理解起來有難度,要把握其本質(zhì)更是難上加難。借助幾何直觀,將抽象的數(shù)學(xué)語言與直觀的圖形巧妙對(duì)接,有助于學(xué)生直觀地理解數(shù)學(xué),把握數(shù)學(xué)知識(shí)本質(zhì),促進(jìn)學(xué)生的數(shù)學(xué)思考,找出解決問題的思維突破口。
在整個(gè)基礎(chǔ)教育階段數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程中,幾何直觀發(fā)揮著重要作用。教師應(yīng)有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的幾何直觀能力,讓幾何直觀成為一種意識(shí)、能力、思維方式。根據(jù)平時(shí)教學(xué)實(shí)踐,筆者認(rèn)為,要實(shí)現(xiàn)讓幾何直觀促進(jìn)學(xué)生的數(shù)學(xué)思考的目標(biāo),可以從以下三方面著手。
一、注重培養(yǎng)學(xué)生的幾何直觀意識(shí)
意識(shí)的培養(yǎng)取決于價(jià)值的認(rèn)同,因此,幾何直觀意識(shí)培養(yǎng)的首要任務(wù)就是教師在日常教學(xué)中要積極引導(dǎo),讓學(xué)生充分體驗(yàn)幾何直觀的作用和價(jià)值。
1. 溝通數(shù)學(xué)知識(shí)與幾何圖形的聯(lián)系,在知識(shí)學(xué)習(xí)中體會(huì)價(jià)值。
小學(xué)生的思維以形象思維為主,在他們的眼中,抽象、嚴(yán)謹(jǐn)、概括的數(shù)學(xué)知識(shí)可能是枯燥而難懂的。借助幾何直觀,可以將抽象的概念、算理、法則等變得形象而生動(dòng),這不僅能降低學(xué)生理解數(shù)學(xué)知識(shí)的難度,而且有助于學(xué)生把握數(shù)學(xué)知識(shí)的本質(zhì)。
【案例1】 蘇教版教材三年級(jí)上冊(cè)《倍的認(rèn)識(shí)》一課中,教師讓學(xué)生用黑白圓片代替物品創(chuàng)造一幅“2倍”關(guān)系圖。學(xué)生作品紛呈,展示出了3的2倍、5的2倍、10的2倍……教師提問:“像這樣表示‘2倍’的關(guān)系圖,可以畫出多少呢?”學(xué)生回答:“很多很多,無數(shù)。”教師追問:“能不能想個(gè)辦法把這么多的圖用一個(gè)圖表示出來呢?”有學(xué)生指出,可以用線段圖表示,接著在師生對(duì)話中完成了線段圖(如圖1)。教師又問:“在這個(gè)框里可以填哪些數(shù)?”學(xué)生回答:“什么數(shù)都可以。”
在教學(xué)本環(huán)節(jié)之前,學(xué)生從大量的例證中感知了“倍”的概念本質(zhì)。讓學(xué)生利用黑白圓片創(chuàng)造“2倍”關(guān)系圖,一方面,可加深學(xué)生對(duì)概念的理解;另一方面,在此基礎(chǔ)上,借助線段圖表征概念,摒棄了所有非本質(zhì)屬性,有助于促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的準(zhǔn)確理解,提升了學(xué)生對(duì)“倍”的認(rèn)識(shí)。
幾何直觀不僅是溝通學(xué)生形象思維與抽象數(shù)學(xué)概念的橋梁,也是學(xué)生發(fā)現(xiàn)算法、理解算理的突破口。小學(xué)數(shù)學(xué)計(jì)算教學(xué)常常借助幾何直觀進(jìn)行,以圖為載體,可以將算理有形地顯示出來,有利于學(xué)生感知與理解算理。
【案例2】 蘇教版教材三年級(jí)上冊(cè)《同分母分?jǐn)?shù)的加法和減法》一課中,教師先讓學(xué)生根據(jù)例題列出算式(如圖2),再引導(dǎo)讓學(xué)生借助長(zhǎng)方形涂一涂、想一想、算一算。根據(jù)提示,學(xué)生紛紛將長(zhǎng)方形的涂上紅色,長(zhǎng)方形的涂上綠色(如圖2)。在學(xué)生獨(dú)立思考、組內(nèi)討論有結(jié)果后,教師提問:“你的計(jì)算結(jié)果是多少?”學(xué)生說是。教師追問:“你是怎么想的?”有學(xué)生說:“看出來的,圖上一共涂了。”有學(xué)生說:“紅色部分有5個(gè),綠色部分有2個(gè)5+2=7,一共7個(gè) 。”結(jié)合圖示,教師指出: 表示5個(gè)表示2個(gè),一共涂了7個(gè)。
教師接著引導(dǎo)學(xué)生觀察得數(shù)的分子和分母與兩個(gè)加數(shù)的分子和分母各有什么關(guān)系,學(xué)生一下子就發(fā)現(xiàn)了同分母分?jǐn)?shù)的加法的算法,即分母不變,分子相加。
雖然教材沒有給出計(jì)算法則,但借助直觀圖形,教師適時(shí)引導(dǎo)點(diǎn)撥,學(xué)生就能自己總結(jié)算法、理解算理,并能有條理地表達(dá)計(jì)算思路。“形”與“算式”結(jié)合起來,讓學(xué)生明晰抽象的算理,觀察發(fā)現(xiàn)出算法。可見,利用圖形直觀讓學(xué)生明白、理解抽象的算理是行之有效的手段。
2.借助幾何圖形描述和解決問題,在應(yīng)用中體會(huì)價(jià)值。
讓學(xué)生體會(huì)幾何直觀的作用,最為直接的方式就是讓學(xué)生應(yīng)用幾何直觀。在教學(xué)中遇到可以利用圖形來描述的問題,教師可以不必急于給出解決問題的方法,而是鼓勵(lì)學(xué)生借助直觀圖形分析思考問題,幫助學(xué)生不斷積累思考的經(jīng)驗(yàn),理解幾何直觀的價(jià)值與作用。
【案例3】 蘇教版教材三年級(jí)上冊(cè)有這樣一道練習(xí)題(如圖3):
日常教學(xué)中,教師通常引導(dǎo)學(xué)生先根據(jù)“跳繩的人數(shù)是打乒乓球的3倍”求出跳繩人數(shù),再根據(jù)“拍球的人數(shù)是跳繩的2倍”計(jì)算出拍球的人數(shù)。基于學(xué)生對(duì)條形圖的認(rèn)識(shí)與理解,筆者認(rèn)為,在講解這題時(shí)不妨引入直觀圖示(如圖4)。借助直觀圖形,學(xué)生對(duì)這題中數(shù)量間的關(guān)系會(huì)有更為深入的認(rèn)識(shí),能進(jìn)一步打開學(xué)生的思維。觀察圖示,學(xué)生不僅能看出打乒乓球的人數(shù)與跳繩人數(shù)、跳繩人數(shù)與拍球人數(shù)之間的倍數(shù)關(guān)系,還能看出拍球人數(shù)是打乒乓球人數(shù)的6倍,從而找到不同解題方法。有了這樣的體會(huì),教師時(shí)時(shí)引導(dǎo)學(xué)生回顧解題過程,說說體會(huì)和收獲,有助于加深學(xué)生對(duì)幾何直觀的體驗(yàn),體會(huì)價(jià)值。
二、注重培養(yǎng)學(xué)生畫圖表征問題的能力
學(xué)生對(duì)圖形的感悟是一個(gè)長(zhǎng)期的、循序漸進(jìn)的培養(yǎng)過程,畫圖表征問題的能力也不是一蹴而就的。為此,蘇教版教材為學(xué)生搭建了許多圖示平臺(tái),各個(gè)年級(jí)教材中都有出現(xiàn)。在日常教學(xué)中,教師應(yīng)注重結(jié)合相關(guān)內(nèi)容,循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生畫圖表征問題的能力。
一、二年級(jí)學(xué)生以動(dòng)作思維和形象思維為主,數(shù)學(xué)學(xué)多要依靠實(shí)物、圖片等載體,通過看一看、擺一擺、分一分等活動(dòng)才能領(lǐng)會(huì)、掌握。因而,在日常教學(xué)中,教師要適當(dāng)進(jìn)行抽象和提煉,由實(shí)物直觀向圖形直觀過渡,讓學(xué)生多接觸直觀圖,為學(xué)習(xí)畫圖表征問題積累經(jīng)驗(yàn)。
例如,《5的乘法口訣》一課中的“想想做做4”(如圖5),創(chuàng)設(shè)了青蛙和兔子跳格子的情景,引導(dǎo)學(xué)生在數(shù)軸上分別表示出5個(gè)3相加的和,5個(gè)4相加的和,并寫出相應(yīng)的乘法算式。這樣的活動(dòng),既加深了學(xué)生對(duì)乘法口訣含義的理解,又讓學(xué)生初步體會(huì)了畫圖描述問題的方法。
教材還編排了許多圖示題(如圖6),教師可以結(jié)合這些題目,培養(yǎng)學(xué)生看圖理解題意、讀圖分析數(shù)量關(guān)系的能力,在解決問題的過程中,不斷積累讀圖分析的能力,感悟直觀圖示是表征問題的一種常用方法。
運(yùn)用線段圖或示意圖直觀地表示抽象的數(shù)學(xué)問題是利用圖形直觀描述問題最直接的方式。蘇教版教材將有關(guān)線段圖、示意圖的內(nèi)容安排在三、四年級(jí),一方面是因?yàn)閷W(xué)生具備了一定的幾何知識(shí)基礎(chǔ),另一方面是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容越來越抽象,更需要幾何直觀提供支撐。自三年級(jí)(上)開始,結(jié)合解決問題的策略教學(xué),學(xué)生開始系統(tǒng)地學(xué)習(xí)畫線段圖。
伴隨題目抽象程度與難度的不斷提升,在“讀題――補(bǔ)圖――畫圖――讀圖”的過程中,學(xué)生的數(shù)形轉(zhuǎn)換能力不斷提升,畫圖表征問題的水平不斷提高。有了畫線段圖表征問題的基礎(chǔ),四(下)解決問題的策略,例如,教學(xué)用畫示意圖的策略解決有關(guān)面積計(jì)算的實(shí)際問題,從一維圖示向二維圖示過渡,學(xué)生的畫圖能力有了階段性提升。
在之后的教學(xué)中,一方面要結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容和實(shí)際問題,繼續(xù)訓(xùn)練學(xué)生畫圖表征問題的能力;另一方面要注重在回顧反思中內(nèi)化這一策略,讓畫圖成為學(xué)生的自覺行為。
三、注重培養(yǎng)學(xué)生借助圖形思考問題的能力
華羅庚說:“數(shù)以形而直觀,形以數(shù)而入微。”數(shù)形結(jié)合是一種重要的解決問題的方法。根據(jù)小學(xué)生的思維特征,借助幾何直觀解決實(shí)際問題,化抽象為直觀,便于學(xué)生理解題意,分析數(shù)量關(guān)系,找到解題的突破口。因而,教師在教學(xué)中不僅要培養(yǎng)學(xué)生讀圖、畫圖的能力,更要培養(yǎng)學(xué)生借助幾何直觀思考分析問題的能力。
【案例4】 蘇教版教材五年級(jí)下冊(cè)《解決問題的策略》單元例2,要求計(jì)算。按學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn),他們通常會(huì)采用先通分,再計(jì)算的方法。顯然,對(duì)于這一題來說,通分的方法不算繁瑣,但如果題目改變?yōu)椋ǚ值姆椒ň妥兊寐闊R蚨滩膶⒈绢}安排在轉(zhuǎn)換策略的教學(xué)單元,旨在利用幾何直觀幫助學(xué)生打開思維,創(chuàng)造性地解決問題。教材首先引導(dǎo)學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)“”這一算式的特點(diǎn),這些分?jǐn)?shù)每一個(gè)都是前一個(gè)的一半,進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生把正方形看作單位“1”,再將算式中的加數(shù)填入圖中相應(yīng)位置(如圖7)。巧妙地借助幾何直觀,將算式與圖形聯(lián)系起來,學(xué)生就比較容易發(fā)現(xiàn):最后分出的圖形與剩下的圖形相等。復(fù)雜的計(jì)算問題轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算問題,加法計(jì)算轉(zhuǎn)化為減法計(jì)算:。有了這樣的體會(huì)與感悟,解決類似的問題也就有了方法。
在日常教學(xué)過程中,我們還發(fā)現(xiàn),幾何直觀不僅是解題的突破口,還是打開學(xué)生思維之門的金鑰匙,借助直觀圖示能發(fā)現(xiàn)不同解題方法。
【案例5】 蘇教版教材四年級(jí)下冊(cè)《解決問題的策略》單元有這樣一道“練一練”:小營(yíng)村原來有一個(gè)寬20米的長(zhǎng)方形魚池。因擴(kuò)建公路,魚池的寬減少了5米,這樣魚池的面積就減少了150平方米。現(xiàn)在魚池的面積是多少平方米?(先在圖中畫出減少的部分,再解答)(如圖8)
如果沒有直觀圖形,對(duì)于小學(xué)生而言,發(fā)現(xiàn)其中的數(shù)量關(guān)系難度很大。畫出示意圖之后,學(xué)生不僅理清了解題思路,還找到了多種解題方法。
在交流中,可以了解到方法1與方法2的解題關(guān)鍵是發(fā)現(xiàn)分割前后長(zhǎng)方形的長(zhǎng)不變,方法3的關(guān)鍵是發(fā)現(xiàn)原來長(zhǎng)方形的寬與減少的長(zhǎng)方形的寬呈倍數(shù)關(guān)系,那么分割前后,3個(gè)長(zhǎng)方形的面積也成倍數(shù)關(guān)系。如果沒有幾何直觀的支撐,分割前后3個(gè)長(zhǎng)方形邊長(zhǎng)與面積的對(duì)應(yīng)關(guān)系是很難被學(xué)生發(fā)現(xiàn)的。
幾何直觀是“用圖說話”,是形象思維與抽象思維的結(jié)合,是一種洞察數(shù)學(xué)知識(shí)本質(zhì)的重要方式。在日常教學(xué)中,作為一線教師,應(yīng)充分挖掘素材,直觀地反映和揭示數(shù)學(xué)本質(zhì),幫助學(xué)生理解掌握數(shù)學(xué)知識(shí),感悟數(shù)學(xué)思想。
幾何直觀還是一種創(chuàng)造性思維和重要的數(shù)學(xué)思想方法,在學(xué)生解決問題的過程中有著不可替代的作用。為此,我們要為學(xué)生提供積累幾何直觀經(jīng)驗(yàn)的時(shí)間與空間,提升其幾何直觀能力,讓幾何直觀促進(jìn)學(xué)生的數(shù)學(xué)思考。
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