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        在體驗中探尋 在嘗試中思考
        ——有關(guān)“一筆畫”的教學(xué)設(shè)計

        2016-08-05 08:45:52汪松浩
        湖南教育 2016年21期
        關(guān)鍵詞:繩頭繩子筆畫

        汪松浩

        在體驗中探尋在嘗試中思考
        ——有關(guān)“一筆畫”的教學(xué)設(shè)計

        汪松浩

        “一筆畫”這個經(jīng)典的數(shù)學(xué)素材源于數(shù)學(xué)家歐拉提出的“七橋問題”。從數(shù)學(xué)教學(xué)素材的開發(fā)角度來看,“一筆畫”一直是小學(xué)數(shù)學(xué)課堂中用以引導(dǎo)孩子發(fā)現(xiàn)規(guī)律的上佳素材。常見的課堂探索方法是,引導(dǎo)孩子研究一定數(shù)量的圖形,并對其中的奇點(diǎn)與偶點(diǎn)個數(shù)進(jìn)行觀察與統(tǒng)計,通過列表發(fā)現(xiàn)一筆畫的規(guī)律:奇點(diǎn)個數(shù)是0或2時,這個圖形是能夠一筆畫的。然后就是對這個規(guī)律的運(yùn)用,對各種難度的圖形能否一筆畫進(jìn)行判斷甚至嘗試畫出。這一類設(shè)計無疑是參考了歐拉研究該問題時的數(shù)學(xué)方法,但是很難回答這樣幾個問題:

        1.孩子是如何將研究的對象自主確定到奇點(diǎn)、偶點(diǎn)上的?

        2.獲取一筆畫蘊(yùn)含的數(shù)學(xué)規(guī)律之后,用于進(jìn)行判斷或繪畫,對思維訓(xùn)練究竟有多大的意義?

        3.規(guī)律雖然找到,為何這么奇怪偏偏是“0”或“2”個奇點(diǎn)數(shù)?背后的數(shù)理是什么?

        由此看來,這一類設(shè)計雖然精彩,但顯然對訓(xùn)練孩子的數(shù)學(xué)思維在若干細(xì)節(jié)上尚未得到落實(shí),孩子在訓(xùn)練過程中的探索還算不上是真探索。訓(xùn)練素材要落實(shí)其訓(xùn)練意義,必須是從孩子的原生認(rèn)識出發(fā),選擇適合孩子的認(rèn)知方式,通過一個重過程、輕結(jié)果的探索過程來實(shí)現(xiàn)。正是基于以上考量,筆者將“一筆畫”引入了小學(xué)二年級的課堂,通過低學(xué)段孩子在課堂中的表現(xiàn),反思利用這類素材訓(xùn)練學(xué)生思維究竟該如何細(xì)化,才能真正發(fā)揮出其應(yīng)有的作用,使思維訓(xùn)練落到實(shí)處。

        【教學(xué)過程】

        一、“一筆畫”初步認(rèn)知

        教師徒手在黑板上畫了一幅“一筆畫”圖案(圖1),然后提問:你看到了什么?你們發(fā)現(xiàn)這幅圖的畫法有什么特別之處嗎?你知道“一筆畫”有什么要求嗎?

        學(xué)生回答后,教師讓學(xué)生自由創(chuàng)作,初次體驗一筆畫。教師收集部分優(yōu)秀作品進(jìn)行展示、點(diǎn)評。

        接著教師出示圖2,讓學(xué)生嘗試一筆畫。學(xué)生嘗試之后,發(fā)現(xiàn)這個圖形不能一筆畫。教師提問:究竟什么樣的圖形能一筆畫?(板書課題:一筆畫)

        圖1

        圖2

        設(shè)計意圖:教者以畫開課,以“繪”相承,意在調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及參與熱情。在此基礎(chǔ)上出示圖2,讓學(xué)生從動手繪圖的體驗轉(zhuǎn)向數(shù)學(xué)規(guī)律的探索,進(jìn)而明確本堂課的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

        二、“一筆畫”規(guī)律探索

        1.體驗像一根繩子一樣的一筆畫

        教師手繪一組圖形(如圖3所示)。

        圖3

        學(xué)生一眼看出能一筆畫,還說出:不但能畫,而且都有兩種畫法,不僅可以從這端畫到那一端,也可以從那端畫到這一端。

        教師要求學(xué)生討論兩個問題:

        (1)這樣的簡單圖形一筆能畫是顯而易見的,那圖形能不能一筆畫一定與什么無關(guān)?

        教師通過將線條畫得更長或擦掉一小節(jié),或是將一部分改畫得歪斜一點(diǎn),并在展示臺放大(縮小)圖形,讓孩子體會這些變化都不會改變這個圖形關(guān)于一筆畫的相關(guān)性質(zhì)。(板書:有關(guān),無關(guān))

        (2)手拿學(xué)生的鞋帶,提問:借助這根鞋帶,你能解釋這些圖形都有兩種畫法背后的理由嗎?

        引導(dǎo)孩子用繩子類比一筆畫,一根繩子有兩個繩頭,所以有兩種畫法?;蛘哒f無論怎么畫都必須以某個繩頭為起點(diǎn),不能從繩子的中間畫起。(板書:繩頭)

        設(shè)計意圖:通過具體的圖形或?qū)嵨铮瑤椭鷮W(xué)生在體驗中思考,體會在對規(guī)律的探索中什么是相關(guān)因素,什么是無關(guān)因素。尤其是借用鞋帶幫助孩子理解一筆畫,給了學(xué)生思維的“拐杖”。

        2.尋找繩頭

        教師手繪第二組圖形(如圖4所示),提問:孩子們,你們能找到這一組圖形的繩頭,并且成功地將它們一筆畫成嗎?

        圖4

        學(xué)生進(jìn)行嘗試與體驗。接著教師讓學(xué)生挑戰(zhàn)第三組圖形(如圖5所示),提問:孩子們,你們覺得一筆畫能否成功,最關(guān)鍵的是什么?(板書:關(guān)鍵,尋找繩頭)

        圖5

        3.什么樣的點(diǎn)才是繩頭呢?

        教師提出體驗要求:孩子們,我們已經(jīng)找到了畫一筆畫的關(guān)鍵是尋找繩頭?,F(xiàn)在老師畫一個一筆畫圖形,請仔細(xì)觀察繩子不斷變長的時候,繩頭所在的點(diǎn)會有什么變化。

        教師演示(如圖6所示)。

        圖6

        學(xué)生討論并回答:繩頭在三岔路口,其他點(diǎn)是十字路口或者拐彎路口。

        教師追問:繩頭一定是在三岔路口嗎?還有別的情形嗎?

        教師在原圖上繼續(xù)畫(如圖7所示),帶孩子體會“奇點(diǎn)”與“偶點(diǎn)”之間的轉(zhuǎn)化。

        圖7

        引導(dǎo)孩子體會點(diǎn)周圍相連的線條數(shù)量,由“三岔路口”提升認(rèn)識到“單岔路口”,再總結(jié)到“單點(diǎn)”。(板書:單點(diǎn))

        教師繼續(xù)追問:繩頭有可能藏起來嗎?這個時候又是什么情形呢?

        教師將剛才的圖形完成首尾相連的狀態(tài)(如圖8所示),讓孩子在體驗中提升認(rèn)識:能一筆畫的圖形有一類是能找到2個單點(diǎn),還有一類是沒有單點(diǎn)。

        圖8

        教師再次拿出鞋帶做道具,提問:你們知道繩頭哪去了嗎?你能用鞋帶說明嗎?

        帶孩子體驗兩個繩頭相接的情況,體會單點(diǎn)是如何消失的,以及在這種情況下的起點(diǎn)和終點(diǎn),即從任意一個點(diǎn)開始都可以一筆畫成。

        設(shè)計意圖:繼續(xù)借助有梯度的畫圖體驗,讓孩子在畫圖的過程中體會什么是關(guān)鍵因素,關(guān)鍵因素具有什么特征,在不斷升級的體驗中,提升對問題的認(rèn)識,形成準(zhǔn)確的概念。

        三、“一筆畫”游戲大挑戰(zhàn)

        教師展示網(wǎng)絡(luò)游戲“一筆畫”,請孩子上臺挑戰(zhàn)。學(xué)生相繼上臺挑戰(zhàn)“一筆畫”。

        四、課堂小結(jié)及作業(yè)

        教師引導(dǎo)學(xué)生回顧這節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容,然后布置作業(yè):請你畫一個有而且只有3個單點(diǎn)的圖形。如果你認(rèn)為不能畫出,請說出理由。如果你認(rèn)為能畫出,請?zhí)峁┊嫼玫膱D形。

        設(shè)計意圖:作業(yè)的設(shè)計意圖是引導(dǎo)學(xué)生從另一個角度反思剛才研究的問題,達(dá)到對新知的更深刻、全面的認(rèn)識。孩子對數(shù)理關(guān)系的理解是有孩子的視角和方式的,必須要尊重這種狀態(tài),才能領(lǐng)著孩子進(jìn)入到數(shù)學(xué)的花園,體會到數(shù)學(xué)的美與趣味。

        (作者單位:湖南一師一附?。?/p>

        點(diǎn)評:“一筆畫”是一個叫圖論的數(shù)學(xué)分支中的問題。圖論以圖為研究對象。當(dāng)然,由數(shù)學(xué)的抽象性不難知道,這里的圖不是通常意義上(比如美術(shù)、工程等)的圖,而是一個抽象的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。圖中有兩種對象,一個叫點(diǎn),代表事物,一個叫邊,代表事物之間的聯(lián)系。這個數(shù)學(xué)分支起源于一個類似游戲的問題,即哥尼斯堡七橋問題:一個散步者怎樣才能夠一次不重復(fù)地走遍如圖9所示的七座橋?這個問題可以抽象成能否一筆畫成如圖10所示的圖形,即所謂一筆畫問題。歐拉漂亮而徹底地解決了這個問題。

        圖9

        圖10

        歐拉的結(jié)論是:一個圖(嚴(yán)格地說,應(yīng)該說一個連通圖)能一筆畫成的充分必要條件是:這個圖有0個或2個奇點(diǎn)。結(jié)論如此簡潔,以至于問題的各種復(fù)雜性立刻煙消云散,一個圖能否一筆畫成幾乎是顯而易見的。

        拿一筆畫來教學(xué),通常有兩個價值追求:一是培養(yǎng)學(xué)生的抽象能力,主要關(guān)注從“能否不重復(fù)地走完七座橋”到“能否一筆畫一個圖”的轉(zhuǎn)化;二是培養(yǎng)學(xué)生歸納概括的能力,主要關(guān)注如何得出一個連通圖能否一筆畫成的判斷方法。

        汪老師的課另辟蹊徑,創(chuàng)造性地提出了“一根繩子一樣的一筆畫”,“尋找繩頭”。這種思路的重要價值在于,它解決了一個問題:如何將能否一筆畫的問題與圖中點(diǎn)上的連線的奇偶性聯(lián)系起來。事實(shí)上,這個問題的解決是非常困難的。天才如歐拉才有可能把這兩個看起來無關(guān)的問題聯(lián)系起來。這個問題也是很重要的,尤其是對于低年級的孩子而言。因為他們基本無法體會將“能否不重復(fù)地走完七座橋”抽象成“能否一筆畫一個圖”的過程及其意義,也難以完成對一筆畫充要條件的歸納。若不解決這個問題,剩下能做的就只有教結(jié)論然后鞏固結(jié)論了,而這里的結(jié)論本身恰恰是很簡單且教育價值有限的。

        “一根繩子一樣的一筆畫”“尋找繩頭”,這些是很高明的處理手段。對低年級的學(xué)生而言,點(diǎn)、線、奇、偶之類稍顯抽象,難以調(diào)動他們已有的經(jīng)驗,而繩子、繩頭及其個數(shù)則直觀,也與他們的某些生活經(jīng)驗相關(guān)。另外,若細(xì)想一下,一個圖能否一筆畫,不就是看它能否拉直成一根繩子嗎?如何拉直呢?不就是尋找繩頭(即確定從哪下手)嗎?

        這種手段其實(shí)也暗合了歐拉最原始的思考方式。歐拉在1736年提交給彼得堡科學(xué)院一篇題為“問題解決與位置幾何”的論文(漢譯可見姜伯駒先生《一筆畫和郵遞路線問題》一書),就是解決七橋問題的。在歐拉的論文中并沒有畫出我們通常見到的圖10,而是畫出了下面的圖(圖11、圖12)。在這兩幅圖中,我們不難發(fā)現(xiàn)繩子的影子。

        圖11

        圖12

        (長沙市教育科學(xué)研究院張新春)

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