一、從人們?nèi)绾握J識數(shù)學的角度看
1 演繹推理,是從一般到特殊的推理,只要前提為真,符合邏輯規(guī)則,那么結論就可靠。它通常包括直接演繹(由一個前提直接推出結論)和間接演繹(由兩個或兩個以上前提推出結論)。
演繹推理具有“三段論”的形式,它是由大前提(一般的判斷)、小前提(特殊的判斷)、結論(最后的判斷)這三個判斷組成的。例如,一個數(shù)各位上的數(shù)的和是3的倍數(shù),這個數(shù)就是3的倍數(shù)(大前提);258各位上的數(shù)字和15是3的倍數(shù)(小前提);所以,258是3的倍數(shù)(結論)。
2 合情推理,是從特殊到一般的思想,通過研究一些具體、特殊的情況,達到認識一般規(guī)律的目的,它是人們認識未知的一種重要思想。歸納推理就是一種從特殊到一般的推理,它是一種合情推理,是在觀察分析問題的幾個簡單、特殊情況,從中總結規(guī)律,發(fā)現(xiàn)一般問題的解答的思想方法。
例如,六年級下冊第94頁第3題,(1)多邊形內(nèi)角和與它的邊數(shù)有什么關系?(2)一個九邊形的內(nèi)角和是多少度?通過學生思考三角形、四邊形、五邊形、六邊形的內(nèi)角和,由三角形內(nèi)角和是180°×(3—2),四邊形內(nèi)角和是180°×(4—2),五邊形內(nèi)角和是180°×(5—2),從中發(fā)現(xiàn)多邊形內(nèi)角和與它邊數(shù)的關系,推出規(guī)律:內(nèi)角和的度數(shù)=180°×(邊數(shù)—2)。這是一種不完全歸納推理,不完全歸納推理是在研究某個事物或現(xiàn)象的某些特殊情況所得到的共同屬性的基礎上,對這一事物或現(xiàn)象作出一般結論的。不完全歸納推理所得到的結論可能是正確的,也可能是錯誤的。例如,由4是偶數(shù),4也是合數(shù);6是偶數(shù),6也是合數(shù);8是偶數(shù),8也是合數(shù);推得一切偶數(shù)都是合數(shù),這個結論就不正確。雖然不完全歸納推理得到的結論可能正確也可能錯誤,但是它能幫助人們迅速地去發(fā)現(xiàn)事物的規(guī)律,提供研究的線索和方向。
有時在解決問題中,從特殊到一般和從一般到特殊這兩種思想方法需要結合使用。
例如,3586除以5的余數(shù)是多少?如果你一心一意想把586個3連乘,企圖得到它們的積,再把積除以5求余數(shù),盡管你的整數(shù)乘法基本功很好,也是難以求得答案的,因為這是一個天文數(shù)字。正確的思考方法是:1.先把問題一般化:問3n(n表示自然數(shù))除以5的余數(shù)是什么?如果能夠解答這個一般問題,那么當n=586時,便是本題的答案。2.使用歸納法,從n=1,2,3,……入手,探求一般問題的結論。當,n=1時,31=3,除以5的余數(shù)是3;當n=2時,32=9,除以5的余數(shù)是4;當n=3時,33=27,除以5的余數(shù)是2;當n=4時,34=81,除以5的余數(shù)是1;當n=5時,35=243,除以5的余數(shù)是3;當n=6時,36=729,除以5的余數(shù)是4……從上面可以看出,當,n從1開始按順序取值時,3n除以5的余數(shù)依次以3、4、2、1周期反復出現(xiàn)。這就是上述一般問題的解答。3.使用演繹法,從一般規(guī)律求當n=586時本題的解答,因為586被4除余2,所以3586除以5的余數(shù)是4。
3 類比思想,從特殊到特殊的思想。人們研究魚為什么在水中能自由浮沉,設計發(fā)明了潛水艇;從雞蛋殼的結構,發(fā)明了薄殼建筑等,這些都是人類模仿生物特性創(chuàng)造發(fā)明的成果,使用的思想方法就是類比思想。
類比思想是小學數(shù)學常用到的思維方法。例如,由整數(shù)的運算定律遷移到小數(shù)、分數(shù)的運算定律,解決問題中數(shù)量關系相近的問題的類比等。小學數(shù)學中的類比推理除了能有效地促進知識的遷移,還能進一步加強新舊知識間的聯(lián)系,引導學生從知識點形成知識鏈,并進一步形成知識面,完成知識的系統(tǒng)化。例如,整數(shù)四則運算與小數(shù)四則運算的類比,還能幫助學生有效地掌握運算法則。
類比推理并不是論證,由類比推理所引出的結論并不一定是正確的,例如由“a×3=b×3,則a=b”;類比推出“a×0=b×0,則a=b”,后者就不一定正確,但是類比思想在科學假設中常常能起到很大的作用。
二、從數(shù)學間的區(qū)別和轉化的角度看
1 分類的思想。分類是一種重要的數(shù)學思想,分類思想是根據(jù)對象本質(zhì)屬性的共同點和差異點,將屬性對象按一定的秩序區(qū)分為不同種類的思想,它以比較為基礎,能夠揭示數(shù)學對象之間的聯(lián)系與區(qū)別,有助于更準確完整地認識事物。學習數(shù)學的過程中經(jīng)常會遇到分類問題,如數(shù)的分類(整數(shù)、小數(shù)、分數(shù):奇數(shù)、偶數(shù);質(zhì)數(shù)、合數(shù)、1等)、圖形的分類(角的分類、三角形的分類等)。在研究數(shù)學問題中,常常需要通過分類討論解決問題,分類的過程就是對事物共性的抽象過程。教學活動中,要使學生逐步體會為什么要分類,如何分類,如何確定分類的標準,在教學中滲透分類思想時,應讓學生了解分類標準是多樣的,不同的分類標準會有不同的分類結果。例如,《三角形的分類》一課。制定教學目標時,一方面要求讓學生牢固掌握三角形角的特征,另一方面還應重點讓學生去感悟抽象或分類的數(shù)學思想。教學的具體實施,更要時刻圍繞著這樣的目標去展開。比如,當學生不能正確分類時,可以引導學生去觀察角的特征,使分類得以進行:當學生出現(xiàn)將三角形按角分成直角三角形和沒有直角的三角形(斜三角形)兩類或直角三角形、鈍角三角形、銳角三角形三類時,則可以引導學生去對比其中的聯(lián)系,使學生認識鈍角三角形、銳角三角形都是在斜三角形基礎上的細化分類,都完全符合概念分類的原則,都完整地展現(xiàn)了分類的結果。這樣不僅直觀體現(xiàn)了分類的思想,還能夠有效地支撐學生進一步明確概念之間的邏輯關系。
學會分類,可以有助于學習新的數(shù)學知識,有助于分析和解決數(shù)學問題。例如,等腰三角形中有一個角是80°,它的另外兩個角分別是多少度?就要將問題分兩類未思考:①當頂角為80°時,另外兩個角分別為50°,50°。(②當?shù)捉菫?0°時,另外兩個角分別為80°,20°。
2 化歸的思想。在許多情況中,我們遇到的數(shù)學問題所蘊含的模式難以檢索到相關的數(shù)學知識,就常常需要將原有的數(shù)學問題進行一定的轉化,這在數(shù)學上稱為化歸,化歸也是普遍使用的一種數(shù)學思想。其基本思想就是:把甲問題的求解,化歸為乙問題的求解,然后通過乙問題的解反向去獲得甲問題的解。其基本方法是:在考察待解決的問題時,能意識到與對象有內(nèi)在聯(lián)系的其他諸多對象,將原對象化歸為一個較為熟悉的另一個對象,最終達到對原問題的解答。
化歸思想作為最基本的數(shù)學思想之一,在學習數(shù)學和解決數(shù)學問題的過程中無所不在。例如,六年級上冊的“雞兔同籠”的教學。由于“雞兔同籠”問題解決的特殊性,許多問題都可以化歸為“雞兔同籠”問題。人教版教材“做一做”和練習中安排了類似的一些習題,讓學生拓寬對“雞兔同籠”問題的認識,讓學生進一步體會到這類問題在日常生活中的應用。同時這些問題通過轉化,都可以將其歸結為已經(jīng)解決的“雞兔同籠”問題類型,從而進一步求解,這就是化歸。
在計算以及解決問題時,有時就需要把條件進行變更、化歸,使原問題變更為一個更容易解決的問題。例如,解決問題,某紡織廠甲、乙兩個車間去年共織布520千米,今年共織布680千米,其中甲車間比去年增產(chǎn)48%,乙車間比去年增產(chǎn)20%。今年甲、乙兩個車間各織布多少千米?這道題中兩個百分率所表示的單位1不同,難以下手進行直接轉化。但我們可以將原問題進行非等價變形,使它變成一個比較簡單的問題,某紡織廠甲、乙兩個車間去年共織布520千米,今年甲、乙兩個車間都比去年增產(chǎn)20%。今年共織布多少千米?先解化歸后的問題,今年共織布520×(1+20%)=624(千米)?,F(xiàn)在將結果與原問題進行比較,發(fā)現(xiàn)比原問題中少織布680—624=56(千米)。而這56千米的差是由于甲車間增產(chǎn)的48%變?yōu)?0%所致,所以甲車間今年的織布數(shù)為56÷(48%—20%)×(148%)=296(千米),乙車間今年織布數(shù)為680—296=384(千米)。非等價變形指化歸前后兩個問題并不等價。但是,當解決了化歸問題之后,就能為解決問題提供解題線索和程序。解題思路是:假設兩個車間多織的百分率相同一找出織布千米數(shù)的差與對應百分數(shù)的差一求出對應百分數(shù)所在單位1的千米數(shù)。
盡管化歸方法在具體運用過程中有各種形式,但它的目標都指向一個,即使原問題化歸為一個容易解決的問題,而化歸后的問題解答目標又盡可能接近原問題解答的目標,這就是化歸法的本質(zhì)所在。
基本思想這一層面是數(shù)學思想的最高以及最核心的層面。處于下一層次的還有與具體內(nèi)容緊密結合的具體思想,如:數(shù)形結合思想、符號思想、方程思想、代換思想、對應思想(含量量對應、量率對應、數(shù)形對應、函數(shù)對應)、結構思想、模型思想、極限思想、統(tǒng)計思想、集合思想和數(shù)學美(對稱與和諧、簡單與明快、嚴謹與統(tǒng)一、奇異與突變)的思想等,以及數(shù)學思想之下統(tǒng)領的一些具體的方法。
(作者單位:福建省福州市鼓樓區(qū)教師進修學校本專輯責任編輯:辛銘 王彬)