(廣西師范學(xué)院數(shù)學(xué)與統(tǒng)計科學(xué)學(xué)院)
大家都說,數(shù)學(xué)是一個“解題大國”,我們的解題研究,堪稱數(shù)學(xué)解題研究的世界之最.而我們通常所說的“解題方法”,也會被分成不同的層次.
(1)具有創(chuàng)立學(xué)科功能的方法.例如,公理化方法、集合論方法、坐標(biāo)方法、向量方法等.在具體解題中,具有統(tǒng)帥全局的作用.
(2)體現(xiàn)一般思維規(guī)律的方法.例如,觀察、試驗、比較、分類、猜想、類比、聯(lián)想、歸納、演繹、分析、綜合等.在具體解題中,有通理通法、適應(yīng)面廣的特征,常用于解題思路的探求.
(3)具體進(jìn)行論證演算的方法.這又可以依其適應(yīng)面分為兩個層次,第一層次是適應(yīng)面較廣的求解方法.例如,消元法、換元法、降次法、待定系數(shù)法、反證法、同一法、數(shù)學(xué)歸納法(及遞推法)、坐標(biāo)法、三角法、數(shù)形結(jié)合法、構(gòu)造法、配方法等;第二層次是適應(yīng)面較窄的求解技巧.例如,因式分解法,以及因式分解中的裂項法,函數(shù)作圖中的描點法,三角函數(shù)作圖中的五點法,幾何證明中的截長補(bǔ)短法、補(bǔ)形法,數(shù)列求和中的拆項相消法等,不一而足.
可見,加減消元法是一種數(shù)學(xué)問題解決過程中具有較廣適應(yīng)面的具體論證演算方法.作為一種解法教學(xué),它是一種操作技能的教學(xué),也是一種步驟教學(xué).因此,步驟順序正確性和操作熟練性,是衡量其成效的兩個指標(biāo).其教學(xué)需要過程與結(jié)果并重.而學(xué)生學(xué)習(xí)本課以后要能根據(jù)方程的具體形式選擇適當(dāng)?shù)慕夥?,正確解二元一次方程組.從教學(xué)目標(biāo)與重點的確定上看,執(zhí)教教師對此課的定位是非常準(zhǔn)確的.
執(zhí)教教師的教學(xué)內(nèi)容選自人教版《義務(wù)教育教科書·數(shù)學(xué)》七年級下冊第八章第二節(jié),學(xué)生此前學(xué)習(xí)了代入消元法.本課的加減消元法是消元思想下的第二種具體方法.因此,兼顧學(xué)生已有知識經(jīng)驗進(jìn)行對比教學(xué)是必不可少的.當(dāng)然,執(zhí)教教師通過系統(tǒng)地把加減消元法與代入消元法進(jìn)行對比教學(xué),通過用不同方法解同一個方程組對不同的解法進(jìn)行比較,以及在最后的小結(jié)部分給出了綜合概括的加減消元法和代入法的框圖等,將處于統(tǒng)攝地位的消元思想滲透得更為深刻,從而提升了本課的思想性.
但是,我們還需要注意,為何教材中非要規(guī)定在滿足兩個二元一次方程中同一個未知數(shù)的系數(shù)相反或相等的條件下應(yīng)用加減消元法呢?
順著這樣的思路,我們需要對執(zhí)教教師的這節(jié)課進(jìn)行進(jìn)一步的思考.我們可以從本課加減消元法與上一節(jié)代入消元法學(xué)習(xí)的差異處進(jìn)行思考.
作為一種數(shù)學(xué)操作方法,其學(xué)習(xí)必然少不了這樣的教學(xué)環(huán)節(jié):原理解釋、步驟概括—形成操作程序—應(yīng)用與操練所學(xué)方法.代入法消元的本質(zhì)是等量代換,而加減消元的本質(zhì)是等式的性質(zhì)與恒等式運(yùn)算,然后才能代入消元或直接消元.因而,加減消元法需要在滿足“兩個二元一次方程中同一個未知數(shù)的系數(shù)相反或相等”的條件下才能直接套用.因此,事先必須進(jìn)行系數(shù)化同,即把方程轉(zhuǎn)化為有一個未知數(shù)系數(shù)的絕對值相等的建構(gòu)性的操作(需要從無到有的進(jìn)行創(chuàng)造),思維鏈更長,導(dǎo)致難度增加.此外,式的運(yùn)算本就是初中生學(xué)習(xí)的難點.
加減消元法學(xué)習(xí)相比于代入消元法的學(xué)習(xí)可能存在大一些的思維難關(guān).對此,我們其實可以換個角度來思考:如果不限定非要在滿足“兩個二元一次方程中同一個未知數(shù)的系數(shù)相反或相等”的條件下應(yīng)用加減消元法,那么,我們可以用兩個方程直接加減一次或多次的方法解方程組嗎?也就是說,用加減消元法解方程組,一定要先進(jìn)行系數(shù)化同嗎?這樣限定加減消元法的應(yīng)用條件,目的是什么?
由此,我們可以看到,本課的教學(xué)中潛藏著某些“道法”,是我們需要去品味的.
其實,執(zhí)教教師的這一節(jié)課,體現(xiàn)了其在本課處理上的如下一些“道法自然”之處,品來有如行云流水.
從兩個方程中同一個未知數(shù)系數(shù)相等或相反到?jīng)]有同一個未知數(shù)系數(shù)相等或相反;從直接加減消元到先系數(shù)同化再加減消元.整節(jié)課主線清晰,各環(huán)節(jié)銜接自然.
注重對學(xué)生活動的設(shè)計,采取了用問題引導(dǎo)學(xué)習(xí)的方式,讓學(xué)生帶著問題展開探究活動.教師適時點撥,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入思考、及時概括.
例如,對于思考1的變式解法(加減消元法),執(zhí)教教師先分析思路,用豎式把兩個等式(方程)的運(yùn)算直觀展示出來,然后再板書方程組的求解過程.這個過程中的設(shè)問,都是針對關(guān)鍵點進(jìn)行的,非常到位.執(zhí)教教師從這里就開始鋪墊“根據(jù)方程的具體形式選擇不同的解法”的意識了,在思考2中仍在繼續(xù)鋪墊,使得結(jié)論呼之欲出.這樣的教學(xué)層次鮮明、鋪墊到位.
對思考1與思考2的解方程組后的概括總結(jié),針對加減消元法的前提條件,以及某一個未知數(shù)系數(shù)化同的過程,有效突破難點,并且逐級概括方法步驟.這樣的過程,使得教學(xué)輕快、簡明、高效.
在整節(jié)課的教學(xué)過程中,執(zhí)教教師把學(xué)生置于答疑、概括的思維當(dāng)中,通過做比較、選擇(尋找最簡便的做法),來發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性,實現(xiàn)學(xué)生對加減消元法的進(jìn)一步認(rèn)識.然后執(zhí)教教師帶領(lǐng)學(xué)生對運(yùn)用加減消元法解二元一次方程組的一般步驟進(jìn)行歸納和概括.最終得到運(yùn)用加減消元法解二元一次方程組的完整步驟流程圖(如圖1).
圖1
小結(jié)部分,執(zhí)教教師把所有的消元法(含代入法和加減法)都匯列到了一個流程圖中(如圖2),再次強(qiáng)調(diào)新學(xué)知識與已有知識(不同的消元法)的聯(lián)系,有助于學(xué)生建構(gòu)良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu).總結(jié)的過程,是進(jìn)一步的提升.至此,此節(jié)課的教學(xué)又提升到了一個新的高度.
圖2
數(shù)學(xué)有兩個側(cè)面,由歐幾里得方法提出來的數(shù)學(xué)看起來像是一門系統(tǒng)的演繹科學(xué),但是創(chuàng)造過程中的數(shù)學(xué)看起來卻像是一門實驗性的歸納科學(xué).執(zhí)教教師的逐步歸納,以及用不同方法解二元一次方程組的綜合歸納,讓學(xué)生充分體驗了歸納創(chuàng)立模式的過程,突顯了其教學(xué)的過程性取向.
從這些過程的落實來看,執(zhí)教教師的教學(xué)能夠做到細(xì)細(xì)鋪墊、逐步強(qiáng)化和精細(xì)化,教學(xué)活動層次豐富有致,自然而有水到渠成的效果.可以說,課上到這里,有如行云流水,活動進(jìn)程自然而又順暢.
事實上,加減消元法作為一種方法、工具性的內(nèi)容的教學(xué),它是解決問題的模式與實施程序,是學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容,學(xué)生能夠建構(gòu)起這個解法程序模式,是教學(xué)任務(wù)完成的標(biāo)志.顯然,在本節(jié)課中,執(zhí)教教師層層遞進(jìn)、逐步歸納概括的教學(xué)流程,就能夠很好地帶領(lǐng)學(xué)生構(gòu)建如圖2所示的流程圖中的方法模式,這樣的教學(xué)更富有高度.
而課堂上所使用的流程圖,尤其最后一個“集大成”的流程圖,直觀、簡明,成就了本節(jié)課的高潮.在帶領(lǐng)學(xué)生逐步建構(gòu)這個一元二次方程組解法程序模型的過程中,流程圖突出了各步驟的正確順序,利于學(xué)生熟悉和掌握,對于確保學(xué)生解方程組步驟、順序正確,操作熟練,高效達(dá)成教學(xué)目標(biāo),有著很好的促進(jìn)作用.而在對流程圖逐步完善和拓展的過程中,則融合了對本課方程組解法的創(chuàng)立過程與解法流程的表達(dá),充分落實了本課的過程教學(xué)和結(jié)果教學(xué)目標(biāo).
思考1利用課件逐步演示,直觀對照講解步驟,明了簡約.在思考1的變式解法(加減消元法)部分,執(zhí)教教師先帶領(lǐng)學(xué)生分析解題思路,用豎式把兩個等式(方程)的運(yùn)算直觀展示出來,然后再板書方程組的解答過程.在思考2中,執(zhí)教教師則結(jié)合課件、板書同思考1一樣進(jìn)行處理.
從這些過程看來,執(zhí)教教師所用的課件,都能與學(xué)生實時的認(rèn)知進(jìn)程密切配合,這樣的課件是有靈魂的課件.
事實上,執(zhí)教教師的這節(jié)課通過逐步概括出用加減消元法解方程組,以及消元思想在解方程組中的體現(xiàn)(如圖2),給我們揭示了這樣的結(jié)論:當(dāng)我們限定了系數(shù)化同這個條件(它已經(jīng)被封裝進(jìn)了流程圖中成為一個節(jié)點)后,其實就是把對兩個方程進(jìn)行預(yù)處理的過程“封裝”成了一個應(yīng)用加減消元法的條件(環(huán)節(jié)),從而使得用加減消元法解方程組的過程模式(預(yù)處理方程—兩個方程整體相加減一次—代入消元……)得到更為簡約的刻畫和描述,也便于突出運(yùn)用加減消元解二元一次方程組的思維主線.概括講,就是為了簡化解法程序模型的建構(gòu),提高學(xué)習(xí)效率.至此我們也就明白了為何要限定系數(shù)化同這個條件了.而執(zhí)教教師這樣的教學(xué)組織,也確實體現(xiàn)了在課堂教學(xué)中如何兼顧知識結(jié)果(加減消元法的程序步驟的掌握)的教學(xué)與過程(概括形成加減消元法程序步驟的過程)的教學(xué),以及如何突出消元法思想主線且同時保證學(xué)習(xí)效率,實乃一節(jié)有深意的課.
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