三議三上:從此案到彼案
小學(xué)數(shù)學(xué)規(guī)則的主要內(nèi)容為法則、定律、公式等。規(guī)則學(xué)習(xí)是小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的重要組成部分。以數(shù)學(xué)規(guī)則教學(xué)為主題,筆者所在學(xué)校的四數(shù)備課組進(jìn)行了三次主題沙龍。
在第一次沙龍中,備課組認(rèn)為規(guī)則教學(xué)的一般模式為“提供情境、形成猜想、進(jìn)行驗(yàn)證、形成規(guī)則、運(yùn)用規(guī)則”,即“觀察——猜想——驗(yàn)證——運(yùn)用”。隨后以“5的倍數(shù)的特征”為例進(jìn)行教學(xué)嘗試,通過觀察形成猜測(cè),并通過大量舉例得出結(jié)論。
在第二次沙龍中,備課組老師對(duì)于“小范圍觀察——形成猜想——大范圍驗(yàn)證——得出結(jié)論”充分給予認(rèn)可,但同時(shí)指出在舉例指導(dǎo)上教師缺位。在第二次嘗試中,“如何舉例驗(yàn)證”這一環(huán)節(jié),教師著力借助比較引導(dǎo)思考。“我更喜歡第二位同學(xué)的。因?yàn)樗e的例子有三位數(shù)、四位數(shù)、五位數(shù),類型不同,比較全面。而第一位同學(xué)都找三位數(shù),只能說明三位數(shù)中個(gè)位上是5或0的都是5的倍數(shù)?!边@樣的思辨規(guī)避了簡單應(yīng)用不完全歸納推理的弊端,體現(xiàn)了讓不完全歸納走向完全的雛形。
在第三次沙龍中,一位同學(xué)的提問引發(fā)了新的問題鏈。“我們舉的例子中有三位數(shù)、四位數(shù)、五位數(shù),我自己還計(jì)算了一個(gè)九位數(shù),都是成功的。但是如果計(jì)算器不能算出來的數(shù),是不是也符合這樣的猜想呢?”于是,我們開始了第三次教學(xué)嘗試,“從一位數(shù)到兩位數(shù)、三位數(shù)、四位數(shù)、五位數(shù)……甚至我們同學(xué)任意舉例的九位數(shù),我們舉了這么多例子有沒有不符合猜想的?”“到目前為止我們還只能說明九位數(shù)以內(nèi)的整數(shù)可以通過個(gè)位進(jìn)行判斷?!薄叭绻鞘粩?shù)、十一位數(shù)……不能借助計(jì)算器計(jì)算怎樣思考呢?”在不斷地追問與自問中,從感性的不完全歸納走向了理性的初步推理思辨。
三次沙龍,三次執(zhí)教,三次反思,從理解到建構(gòu),從建構(gòu)到重構(gòu),在教研中教師不斷豐富著對(duì)于規(guī)則教學(xué)的理解,也享受著“從此案到彼案”、“從此岸到彼岸”的研究的幸福。
三省三思:從此岸到彼岸
一、內(nèi)容解析:從字詞句段走向篇章體系
小學(xué)數(shù)學(xué)中的規(guī)則學(xué)習(xí)如散落的珍珠遍及小學(xué)教材的12冊(cè)。在規(guī)則教學(xué)過程中不能見木不見林。需要教師站在全局出發(fā),了解其內(nèi)容體系。確定每一單元、每一課時(shí)內(nèi)容的位置,了解其在知識(shí)體系中的價(jià)值與作用。
1.基于系統(tǒng)視野解讀文本
在小學(xué)數(shù)學(xué)的規(guī)則學(xué)習(xí)中,根據(jù)所學(xué)數(shù)學(xué)規(guī)則與原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中有關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)之間的關(guān)系,規(guī)則學(xué)習(xí)主要分為上位學(xué)習(xí)、下位學(xué)習(xí)和并列學(xué)習(xí)。
如果所學(xué)習(xí)的新知識(shí)在概括水平上高于原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中有關(guān)內(nèi)容,需要?dú)w納、綜合、概括成新的數(shù)學(xué)規(guī)則,那么這時(shí)的學(xué)習(xí)就是上位學(xué)習(xí)。上位學(xué)習(xí)須具備兩個(gè)條件:一是所學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)規(guī)則在概括層次上要高于原認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的已有知識(shí);二是原認(rèn)知結(jié)構(gòu)中要有可供歸納和概括的內(nèi)容。如:根據(jù)長方體的體積計(jì)算公式V=abh、正方體的體積計(jì)算公式V=a3、圓柱體的體積計(jì)算公式V=πr2h概括出統(tǒng)一的計(jì)算公式V=Sh。
如果所學(xué)習(xí)的新知識(shí)在概括水平上低于原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的知識(shí)水平,那么這時(shí)的學(xué)習(xí)就是下位學(xué)習(xí)。下位學(xué)習(xí)從其類型來分,又可以具體分為派生類屬學(xué)習(xí)和相關(guān)類屬學(xué)習(xí)。派生類屬學(xué)習(xí)是將要學(xué)習(xí)的新規(guī)則整合到原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的有關(guān)內(nèi)容中去,新規(guī)則對(duì)原有知識(shí)只起支持或證實(shí)的作用。如圓柱體的體積計(jì)算方法,借助于長方體的體積計(jì)算方法,通過把圓柱體轉(zhuǎn)化為近似的長方體,從而派生出圓柱體的計(jì)算公式V=Sh。相關(guān)類屬學(xué)習(xí)是指將要學(xué)習(xí)的新規(guī)則整合到原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的有關(guān)內(nèi)容中去,并使原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。如三角形面積計(jì)算公式雖然不能直接由平行四邊形面積計(jì)算公式派生出來,但是可以通過平移旋轉(zhuǎn)拼合轉(zhuǎn)化成平行四邊形,從而得出其面積計(jì)算公式s=ah÷2。
如果所學(xué)習(xí)的新知識(shí)僅僅是由原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行的合理聯(lián)系,借助類比進(jìn)行學(xué)習(xí),那么這時(shí)的學(xué)習(xí)就是并列學(xué)習(xí)。并列學(xué)習(xí)所采用的思維方法主要是類比,其關(guān)鍵在于尋找新規(guī)則與原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中有關(guān)法則、規(guī)律、性質(zhì)的聯(lián)系,在分析這種聯(lián)系的基礎(chǔ)上通過類比實(shí)現(xiàn)對(duì)新規(guī)則的理解和掌握。如分?jǐn)?shù)的基本性質(zhì)、比的基本性質(zhì)與除法中商不變性質(zhì),可以通過類比加以溝通,統(tǒng)一對(duì)“除數(shù)不能為0”“分母不能為0”“比的后項(xiàng)不能為0”的認(rèn)識(shí)。
2.基于兒童立場(chǎng)展開過程
(1)重要規(guī)則多次滲透
為適應(yīng)小學(xué)生認(rèn)知能力及認(rèn)知規(guī)律,小學(xué)數(shù)學(xué)中的重要規(guī)則,采用先滲透,再深化,逐步提高的分段編排方法。以蘇教版教材為例:乘法分配律就采用了多次呈現(xiàn)、豐富感知、逐步深化的滲透式編排方法(如下圖打勾部分所示)。
教材中相關(guān)內(nèi)容編排如下:
二年級(jí)上冊(cè)乘法口訣(一)想想做做
三年級(jí)下冊(cè) 《乘法》單元練習(xí)四P35
四年級(jí)下冊(cè) 《乘法》單元練習(xí)一P8
四年級(jí)下冊(cè) 《混合運(yùn)算》單元P36
四年級(jí)下冊(cè) 《運(yùn)算律》單元P54
(2)隱性規(guī)則多次感悟
根據(jù)兒童的認(rèn)知特點(diǎn),有些規(guī)則不形成命題的形式,而是通過習(xí)題給出?!半[規(guī)則”也是小學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)的重要組成部分。如減法、除法的運(yùn)算性質(zhì),教材中未給出結(jié)語,但要求學(xué)生會(huì)利用它簡化運(yùn)算。以蘇教版教材為例:一個(gè)數(shù)連續(xù)除以兩個(gè)不為0的數(shù),等于這個(gè)數(shù)除以這兩個(gè)除數(shù)的積。這條規(guī)則作為隱規(guī)則就多次在蘇教版教材中通過習(xí)題形式展現(xiàn)。通過觀察、計(jì)算、比較,感知規(guī)則,并進(jìn)而應(yīng)用規(guī)則。
教材中相關(guān)的內(nèi)容呈現(xiàn)如下:
三年級(jí)上冊(cè) 《除法》單元復(fù)習(xí)P12
三年級(jí)下冊(cè) 《除法》單元練習(xí)一P5
三年級(jí)下冊(cè) 《除法》單元復(fù)習(xí)P15
二、目標(biāo)解析:從知識(shí)技能走向過程方法
規(guī)則教學(xué)作為數(shù)學(xué)教學(xué)的重要組成部分,其目標(biāo)定位需要在整個(gè)數(shù)學(xué)教育的大目標(biāo)體系中尋求到其對(duì)應(yīng)元素。
1.目標(biāo)定位基于價(jià)值思考
對(duì)比各國的數(shù)學(xué)教育目標(biāo),可以發(fā)現(xiàn)相似度頗高,對(duì)于數(shù)學(xué)規(guī)則學(xué)習(xí)所承載的意義也有很多相通之處。
法國小學(xué)數(shù)學(xué)教育的目的在于培養(yǎng)推理能力和發(fā)展學(xué)生的抽象思維。教學(xué)指導(dǎo)中特別指出要注意培養(yǎng)學(xué)生的論證能力。美國的《中小學(xué)數(shù)學(xué)課程與評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)》指出應(yīng)當(dāng)集中精力學(xué)會(huì)將推理和證明作為理解數(shù)學(xué)的一部分,以便所有學(xué)生承認(rèn)推理和證明是數(shù)學(xué)的本質(zhì)和有力的部分;提出和考察數(shù)學(xué)猜想;發(fā)展和評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)爭論與證明;選擇和使用各種適當(dāng)?shù)耐评硇问胶妥C明方法。而我國的數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為:學(xué)生應(yīng)“在參與觀察、實(shí)驗(yàn)、猜想、證明、綜合實(shí)踐等數(shù)學(xué)活動(dòng)中,發(fā)展合情推理和演繹推理能力,清晰地表達(dá)自己的想法”。
2.目標(biāo)定位關(guān)注過程體驗(yàn)
規(guī)則的教學(xué),在小學(xué)中主要有兩種呈現(xiàn)方式。
(1)例證——規(guī)則學(xué)習(xí)。先呈現(xiàn)與數(shù)學(xué)規(guī)則有關(guān)的若干例證,再引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析,逐步概括出一般結(jié)論,從而獲得數(shù)學(xué)規(guī)則。教材大部分內(nèi)容都屬于例證——規(guī)則的學(xué)習(xí)。如:加法運(yùn)算律、乘法運(yùn)算律、長方形的面積公式、長方體的體積公式等都可以通過這種學(xué)習(xí)方式,通過歸納推理得到結(jié)論。
(2)規(guī)則——例證學(xué)習(xí)。就是指教師先向?qū)W生呈現(xiàn)某個(gè)規(guī)則,然后通過若干的實(shí)例來說明規(guī)則的一種教學(xué)模式。這種教學(xué)模式往往比較適用于規(guī)則的下位學(xué)習(xí)。其條件就是學(xué)生必須掌握構(gòu)建規(guī)則的必要概念。例如,在學(xué)習(xí)了長方形的面積計(jì)算規(guī)則(公式)后,學(xué)生可以利用已構(gòu)建的數(shù)學(xué)概念(正方形的特征以及正方形與長方形之間的關(guān)系等),直接獲得正方形的面積計(jì)算公式,然后再通過多個(gè)例證來進(jìn)行驗(yàn)證。
無論哪種學(xué)習(xí)模式,規(guī)則學(xué)習(xí)都是發(fā)現(xiàn)規(guī)則、確認(rèn)規(guī)則、運(yùn)用規(guī)則的全過程,并且在此過程中經(jīng)歷觀察、實(shí)驗(yàn)、猜想、證明等數(shù)學(xué)活動(dòng),發(fā)展合情推理能力和初步的演繹推理能力。正如史寧中教授在《<數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)>的若干思考》報(bào)告中所言:智慧并不表現(xiàn)在經(jīng)驗(yàn)的結(jié)果上,也不表現(xiàn)在思考的結(jié)果上,而表現(xiàn)在經(jīng)驗(yàn)的過程,表現(xiàn)在思考的過程。
三、策略解析:從生搬模式走向模型建構(gòu)
數(shù)學(xué)規(guī)則的建立是在教師引導(dǎo)下學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)數(shù)學(xué)規(guī)則的過程。作為數(shù)學(xué)模型的重要組成部分,規(guī)則教學(xué)具有模型教學(xué)的一般方式與特征。各個(gè)版本的教材均向?qū)W生提供了現(xiàn)實(shí)的、有趣的、富有挑戰(zhàn)性的數(shù)學(xué)規(guī)則學(xué)習(xí)內(nèi)容,這些內(nèi)容的呈現(xiàn)大多以“問題情景——建立模型——解釋模型——應(yīng)用拓展”的基本形式展開。
1.規(guī)則的引入:在觀察分析中建立猜想
小學(xué)數(shù)學(xué)中的法則、定律、公式等都是一個(gè)個(gè)數(shù)學(xué)模型,如何使學(xué)生通過建模形成數(shù)學(xué)模型?其中一條很重要的途徑就是把生活原型上升為數(shù)學(xué)模型。一般可以向?qū)W生提出一些供研究、探討的素材,并作必要的啟示引導(dǎo),讓學(xué)生在一定的情境中獨(dú)立進(jìn)行思考,通過運(yùn)算、觀察、分析、類比、歸納等步驟,自己抽取模型,建立猜想和形成規(guī)則。
(1)用觀察、實(shí)驗(yàn)的方法引入規(guī)則。教師提供材料,組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作,通過動(dòng)作思維去發(fā)現(xiàn)規(guī)則。如:長方形面積的計(jì)算,通過擺放小方塊,感受小方塊的個(gè)數(shù)與長和寬的關(guān)系,通過觀察發(fā)現(xiàn)其規(guī)律,從而提出猜想。
(2)用觀察、歸納的方法引入規(guī)則。如:前例中關(guān)于5的倍數(shù)的特征的學(xué)習(xí),通過枚舉100以內(nèi)的5的倍數(shù),進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)其特點(diǎn),形成猜想。
(3)由解決實(shí)際問題的需要引入規(guī)則。如:積的變化規(guī)律。教師通過呈現(xiàn)購物情境,一本筆記本3元,買5本這樣的筆記本需要多少元?買20本、50本呢?通過對(duì)算式的觀察形成猜想。
2.規(guī)則的確立:在合理驗(yàn)證中確認(rèn)模型
從數(shù)學(xué)教學(xué)的角度看,在規(guī)則的探索與理解過程中,蘊(yùn)含著豐富的教學(xué)價(jià)值,其模型建構(gòu)的過程是學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容之一,其規(guī)律的探索過程可以滲透基本的數(shù)學(xué)思想,能增加學(xué)生的有效體驗(yàn)。從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度看,學(xué)生對(duì)規(guī)則的探索與抽象的體驗(yàn)過程直接影響著他們能否有效建構(gòu)數(shù)學(xué)模型,在知識(shí)與應(yīng)用中架構(gòu)互通橋梁。
學(xué)生自主驗(yàn)證的過程是不斷豐富認(rèn)知的過程,是自我反省的過程,也是模型建立的過程。在此過程中,教師要摒棄走過場(chǎng)、純形式的觀點(diǎn),要綜合運(yùn)用多種論證方法,幫助學(xué)生從懵懂走向清晰。
(1)分類枚舉 合情推理
歸納推理是從特殊判斷到一般判斷的推理。歸納推理的一般步驟為:實(shí)驗(yàn)、觀察——概括、推廣——猜測(cè)一般性結(jié)論。歸納推理分為完全歸納和不完全歸納兩種。借助歸納推理可以培養(yǎng)學(xué)生“預(yù)測(cè)結(jié)果”和“探究成因”的能力。
完全歸納是根據(jù)某類事物的每一種特殊情況做出一般結(jié)論。體現(xiàn)在三角形的內(nèi)角和的探究中,教師可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)不同類別的三角形進(jìn)行研究,得出直角三角形的內(nèi)角和是180°,銳角三角形的內(nèi)角和是180°,鈍角三角形的內(nèi)角和是180°,從而得出任意三角形的內(nèi)角和是180°。通過分類例舉得出結(jié)論,從而形成清晰、完全、科學(xué)的數(shù)學(xué)認(rèn)知,提升對(duì)于三角形內(nèi)角和模型的認(rèn)知程度。
不完全歸納是僅根據(jù)某類事物中的部分情況具有某種屬性做出一般性結(jié)論。這在小學(xué)規(guī)則教學(xué)中更為常見。例如,2、3、5的倍數(shù)的特征、運(yùn)算定律、分?jǐn)?shù)的基本性質(zhì)等。一般先舉幾個(gè)例子,然后再得出一般結(jié)論。不完全歸納法,因其存在一定的局限性,因此在例證的選擇中需要作相關(guān)的指導(dǎo)。其基本要求是:(1)類型盡量多樣。例證的類別要盡可能地廣,每一個(gè)例證要能代表不同的情況。避免出現(xiàn)同一類型例證反復(fù)出現(xiàn)的情況。(2)考慮特殊情況。如:分?jǐn)?shù)的基本性質(zhì)、商不變的規(guī)律,都需要考慮到0這種特殊情況。否則,學(xué)生通過例證推理獲得的結(jié)論將不科學(xué)。(3)盡量尋找反例。運(yùn)用不完全歸納推理要防止出現(xiàn)只根據(jù)一部分對(duì)象的表面的、偶然的事實(shí),就輕率地推出全稱性的結(jié)論。
(2)理性分析 演繹推理
歸納推理是從特殊到一般的過程,而演繹則是從一般到特殊的過程,是根據(jù)一般結(jié)論推導(dǎo)出個(gè)別的特殊的事物性質(zhì)的推理方法。
數(shù)學(xué)推理的一個(gè)主要目標(biāo)是使學(xué)生的推理能力得到發(fā)展,并且在他們的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程中,在合適的地方,獲得構(gòu)造證明方法的工具,應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生仔細(xì)地思考,理解并能夠解釋。隨著學(xué)生對(duì)論證的方法越來越熟悉,其用數(shù)學(xué)語言來表達(dá)的能力也越來越得到提高。
在小學(xué)階段,大部分規(guī)則學(xué)習(xí)需要借助于歸納推理,而也有部分規(guī)則學(xué)習(xí)可以作為載體培養(yǎng)學(xué)生初步的演繹推理能力。如對(duì)5的倍數(shù)特征的不斷探究可以借助演繹推理進(jìn)行證明。同時(shí)在下位學(xué)習(xí)中也可初步滲透演繹推理的三段論的方法。如:正方體的體積計(jì)算公式是在長方體的體積計(jì)算公式基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)學(xué)習(xí)的,教師可以適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生初步運(yùn)用演繹推理進(jìn)行思考,因?yàn)殚L方體的體積=長×寬×高,而正方體是特殊的長方體,所以正方體的體積=長×寬×高=棱長×棱長×棱長=棱長3。
3.規(guī)則的運(yùn)用:在類比推理中拓展模型
一個(gè)完整的學(xué)習(xí)過程應(yīng)該是由興趣、知識(shí)、記憶、情感、感知、反省、行動(dòng)、平衡、攝動(dòng)、重建、遷移等組建而成的循環(huán)過程。體現(xiàn)在規(guī)則學(xué)習(xí)的模型運(yùn)用過程中,模型的運(yùn)用又催生著新的模型的產(chǎn)生。
(1)由“個(gè)體確認(rèn)”到“群體鏈接”
事實(shí)上,在規(guī)則的學(xué)習(xí)中,往往可以通過類比推理,提出新的猜想,從而拓展出新的模型。類比推理的一般步驟為:實(shí)驗(yàn)、比較——聯(lián)想、類推——猜測(cè)新的結(jié)論。
如在運(yùn)算律的教學(xué)中,根據(jù)加法交換律的模型可以構(gòu)建新的猜想:有沒有減法、乘法、除法交換律?學(xué)習(xí)了乘法分配律后,學(xué)生還可以建構(gòu)出乘法對(duì)多個(gè)加數(shù)的分配律。探索得出積的變化規(guī)律,即一個(gè)因數(shù)不變,另一個(gè)因數(shù)乘幾,所得的積等于原來的積乘幾后,也可以通過類比推理,形成系列新猜想。
由于類比推理所得的結(jié)論有或然性,它不能代替科學(xué)論證,所以在推出結(jié)論后,需要進(jìn)一步論證或在實(shí)踐中檢驗(yàn)。繼而進(jìn)入了新的猜想——驗(yàn)證——運(yùn)用的階段。
(2)由“部分突破”到“整體遷移”
在規(guī)則的教學(xué)中,教師可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)兩個(gè)事物在一系列屬性上的相似之點(diǎn),通過類比推理,從而作出另一個(gè)事物也具有同樣的其他屬性的結(jié)論。新規(guī)則的衍生實(shí)則體現(xiàn)的是大數(shù)學(xué)視野下學(xué)生整體數(shù)學(xué)認(rèn)知能力的提升。
如在圖形的面積、體積計(jì)算中,運(yùn)用類比推理進(jìn)行思考:圓可以分成一些相等的扇形,再拼成一個(gè)近似的長方形,從而導(dǎo)出圓面積計(jì)算公式;直圓柱的兩底面是半徑相等的圓,因此可以把圓柱底面分成一些相等的扇形,按底面扇形大小切開,再拼成一個(gè)近似的長方體,從而導(dǎo)出圓柱體體積計(jì)算公式。在類比推理中,新規(guī)則與原有規(guī)則通過自我加工、自我建構(gòu),納入到同一個(gè)認(rèn)知體系中,使認(rèn)知結(jié)構(gòu)更趨完善。
(3)由“正確掌握”到“靈活構(gòu)建”
學(xué)生能否正確地運(yùn)用所學(xué)的規(guī)則,除了能按規(guī)則正確進(jìn)行操作,對(duì)規(guī)則運(yùn)用條件的正確認(rèn)知也是一個(gè)重要的方面。因此,教師必須重視對(duì)學(xué)生進(jìn)行規(guī)則運(yùn)用條件認(rèn)知的訓(xùn)練。在“正確掌握”的基礎(chǔ)上,要進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用規(guī)則解決問題的能力。為此,應(yīng)著重訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用策略改造題目的能力,以及預(yù)見進(jìn)程合理抉擇的能力。“正確掌握”是“靈活構(gòu)建”的前提,“靈活構(gòu)建”是“正確掌握”的發(fā)展。
規(guī)則的學(xué)習(xí)過程,是一個(gè)不斷數(shù)學(xué)化的過程;而研究規(guī)則學(xué)習(xí)的過程,也是一個(gè)充滿思辨的過程。在此過程中,收獲的不僅是數(shù)學(xué)的知識(shí)技能與方法,更多的是一種數(shù)學(xué)研究意識(shí)與真正的數(shù)學(xué)研究能力。
(王嵐,常州市武進(jìn)區(qū)湖塘橋中心小學(xué),213161)