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        培養(yǎng)“推理意識(shí)”:小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的新要求

        2021-09-23 14:22:47張昆
        關(guān)鍵詞:小學(xué)數(shù)學(xué)

        張昆

        摘要:“推理意識(shí)”就是在判斷一個(gè)命題的真假時(shí)會(huì)自覺(jué)或者不自覺(jué)地使用的一種心理傾向性,它是推理能力的基礎(chǔ)。義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂的預(yù)審稿在已有“推理能力”的情況下新增“推理意識(shí)”,是為了凸顯推理能力的心理來(lái)源,細(xì)化推理的心理傾向性的萌生過(guò)程和推理能力的培養(yǎng)路徑。培養(yǎng)學(xué)生的“推理意識(shí)”,主要依托小學(xué)數(shù)學(xué)課程內(nèi)容完成。教師要充分利用小學(xué)“數(shù)與代數(shù)”內(nèi)容的算法(計(jì)算)與思辨(推理)“二重性”,發(fā)掘其中蘊(yùn)含的培養(yǎng)學(xué)生“推理意識(shí)”乃至“推理能力”的因素。

        關(guān)鍵詞:推理意識(shí);小學(xué)數(shù)學(xué);數(shù)與代數(shù);算法;思辨

        2021年3月,義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂的預(yù)審稿(以下簡(jiǎn)稱“預(yù)審稿”),結(jié)合《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》提出的6個(gè)數(shù)學(xué)核心素養(yǎng),基于《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)(2011年版)》提出的10個(gè)“核心詞”,抽繹出15個(gè)數(shù)學(xué)核心素養(yǎng),作為課程目標(biāo)。其中,除在“數(shù)感”的基礎(chǔ)上新增“量感”,在“符號(hào)意識(shí)”的基礎(chǔ)上新增“抽象能力”,還將3個(gè)“核心詞”演化為3對(duì)(6個(gè))數(shù)學(xué)核心素養(yǎng),即將“推理能力”演化為“推理意識(shí)”和“推理能力”,將“數(shù)據(jù)分析觀念”演化為“數(shù)據(jù)意識(shí)”和“數(shù)據(jù)觀念”,將“模型思想”演化為“模型意識(shí)”和“模型觀念”。本文重點(diǎn)探討“推理意識(shí)”及其培養(yǎng)。

        一、“推理意識(shí)”的內(nèi)涵

        《現(xiàn)代漢語(yǔ)詞典(第7版)》將“推理”解釋為“邏輯學(xué)指思維的基本形式之一,是由一個(gè)或幾個(gè)已知的判斷(前提)推出新判斷(結(jié)論)的過(guò)程”。這里,“已知的判斷(前提)”指的是已知的定義、公理、定理等真命題,而“新判斷(結(jié)論)”也應(yīng)該是真命題,只不過(guò)在沒(méi)有經(jīng)過(guò)由“已知的判斷(前提)”的推證,無(wú)法確定其真假。此外,相對(duì)而言,意識(shí)主要是指基于經(jīng)驗(yàn)的感悟,而能力(觀念)主要是指基于概念的理解——當(dāng)然,意識(shí)與能力(觀念)之間不存在絕對(duì)的界線,意識(shí)會(huì)不自覺(jué)地過(guò)渡到能力,而能力是建立在意識(shí)的基礎(chǔ)上的。因此,所謂“推理意識(shí)”,就是在判斷一個(gè)命題的真假時(shí)會(huì)自覺(jué)或者不自覺(jué)地使用的一種心理傾向性。

        預(yù)審稿指出:“推理意識(shí)主要是指對(duì)邏輯推理過(guò)程及其意義的初步感悟。知道可以從一些事實(shí)和命題出發(fā),依據(jù)規(guī)則推出其他命題。能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的歸納或者類比,猜想或者發(fā)現(xiàn)一些初步的結(jié)論;通過(guò)法則運(yùn)用,體驗(yàn)數(shù)學(xué)從一般到特殊的論證過(guò)程;對(duì)自己及他人的問(wèn)題解決過(guò)程給出合理解釋。推理意識(shí)有助于養(yǎng)成講道理、有條理的思維習(xí)慣,增強(qiáng)交流能力,是形成推理能力的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)?!?/p>

        二、新增“推理意識(shí)”的意圖:為初中階段培養(yǎng)“推理能力”做好鋪墊

        既然“推理能力”是建立在“推理意識(shí)”的基礎(chǔ)上的,而“推理意識(shí)”會(huì)不自覺(jué)地過(guò)渡到“推理能力”,那么,預(yù)審稿為什么要在已有“推理能力”的情況下新增“推理意識(shí)”?其意圖在于,凸顯推理能力的心理來(lái)源,細(xì)化推理的心理傾向性的萌生過(guò)程和推理能力的培養(yǎng)路徑。作為一種工具性中介,推理意識(shí)最終服務(wù)于培養(yǎng)推理能力的課程目標(biāo),同時(shí)體現(xiàn)了“螺旋上升”的課程理念。

        因此,預(yù)審稿進(jìn)一步指出:培養(yǎng)學(xué)生的“推理意識(shí)”,主要依托小學(xué)數(shù)學(xué)課程內(nèi)容(多為算術(shù)計(jì)算性知識(shí))完成;相應(yīng)地,培養(yǎng)學(xué)生的“推理能力”,主要依托初中數(shù)學(xué)課程內(nèi)容(多為平面幾何推理論證性知識(shí))完成。由此,試圖改變主要依靠初中平面幾何知識(shí)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生“推理能力”的“一步到位”的現(xiàn)狀,引導(dǎo)一線教師開(kāi)拓利用小學(xué)算術(shù)乃至代數(shù)知識(shí)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的“推理意識(shí)”,進(jìn)而更好地(逐步地、充分地)培養(yǎng)學(xué)生的“推理能力”。

        三、培養(yǎng)“推理意識(shí)”的方法:利用“數(shù)與代數(shù)”內(nèi)容的“二重性”

        如何在小學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生的“推理意識(shí)”?首先需要選擇合適的課程內(nèi)容(教學(xué)資源)。

        過(guò)去,一些教師習(xí)慣性地認(rèn)為,小學(xué)的算術(shù)乃至代數(shù)知識(shí)偏向于計(jì)算,不適合培養(yǎng)學(xué)生的“推理意識(shí)”乃至“推理能力”。這種觀點(diǎn)是不正確的。

        實(shí)際上,著名數(shù)學(xué)教育家弗賴登塔爾曾經(jīng)揭示“算法數(shù)學(xué)”與“思辨數(shù)學(xué)”的聯(lián)系與區(qū)別,指出:很多數(shù)學(xué)問(wèn)題(知識(shí))既可以通過(guò)計(jì)算解決(得到),也可以通過(guò)推理(當(dāng)然免不了一些必要的計(jì)算)解決(得到)。史寧中教授也曾強(qiáng)調(diào),小學(xué)階段的很多“數(shù)與代數(shù)”知識(shí)和問(wèn)題都存在“二重性”:既可以培養(yǎng)學(xué)生的“運(yùn)算能力”,也可以培養(yǎng)學(xué)生的“推理意識(shí)”和“推理能力”。

        因此,教師要充分利用這些內(nèi)容的“二重性”,發(fā)掘其中蘊(yùn)含的培養(yǎng)學(xué)生“推理意識(shí)”乃至“推理能力”的因素,做好培養(yǎng)學(xué)生的“運(yùn)算能力”與“推理意識(shí)”乃至“推理能力”的平衡,發(fā)揮這些內(nèi)容的教學(xué)價(jià)值。這樣,也有助于教師理解“有了直接計(jì)算的方程方法,為什么還要教費(fèi)力思考的算術(shù)方法”和“有了直接計(jì)算的解析幾何方法,為什么還要教費(fèi)力思考的平面幾何方法”——因?yàn)樗鼈兲N(yùn)含著不同的教學(xué)價(jià)值。

        例如,有教師在一節(jié)五年級(jí)的數(shù)學(xué)復(fù)習(xí)課上,通過(guò)四道“數(shù)與代數(shù)”例題的思辨(算術(shù))解法,嘗試培養(yǎng)學(xué)生的“推理意識(shí)”乃至“推理能力”。教學(xué)過(guò)程及簡(jiǎn)要說(shuō)明如下:

        (教師出示例1。)

        例1 兩個(gè)同學(xué)的錢都以元為最小單位,且至少有1元。他們準(zhǔn)備各買一個(gè)數(shù)字計(jì)算器。當(dāng)他們知道計(jì)算器的價(jià)格時(shí),第一個(gè)同學(xué)發(fā)現(xiàn)自己缺35元,第二個(gè)同學(xué)發(fā)現(xiàn)自己缺2元。于是,兩個(gè)同學(xué)決定將兩人的錢合在一起買一個(gè)計(jì)算器,可惜所帶的錢依然不夠。問(wèn):計(jì)算器的價(jià)格是多少??jī)扇烁鲙Я硕嗌馘X?

        師 如何解答這個(gè)問(wèn)題?

        (學(xué)生沉默。)

        師 計(jì)算器的價(jià)格是不是可以用35+2=37(元)來(lái)計(jì)算呢?

        生 顯然不是。因?yàn)檫@是兩個(gè)同學(xué)買一個(gè)計(jì)算器各自所缺的錢數(shù),所以不是計(jì)算器的價(jià)格。

        師 仔細(xì)觀察題中的兩個(gè)數(shù)據(jù)“35”與“2”,探討其內(nèi)涵:第一個(gè)同學(xué)缺35元,距離買一個(gè)計(jì)算器的錢數(shù)很遠(yuǎn);而第二個(gè)同學(xué)只缺2元,距離買一個(gè)計(jì)算器的錢數(shù)就很近了。這兩個(gè)條件給了我們什么啟示呢?

        生 我產(chǎn)生了一種想法:假如第一個(gè)同學(xué)帶了2元,將其借給第二個(gè)同學(xué),此時(shí),第二個(gè)同學(xué)就可以買一個(gè)計(jì)算器了,所以,第一個(gè)同學(xué)帶了不到2元。加上第一個(gè)同學(xué)至少有1元錢的條件,可以判斷第一個(gè)同學(xué)只有1元錢。

        師 他產(chǎn)生了獨(dú)到的想法,其實(shí)使用了一種從已知到未知的判斷,也就是推理,由此確定了第一個(gè)同學(xué)僅有1元錢。那么,在這種情況下,剩下的問(wèn)題如何解決呢?

        生 由于第一個(gè)同學(xué)缺35元,現(xiàn)在只有1元,因此,每個(gè)計(jì)算器的價(jià)格為35+1=36(元)。而第二個(gè)同學(xué)缺2元,可知其現(xiàn)有的錢數(shù)為36-2=34(元)。

        師答:每只計(jì)算器的價(jià)格為36元,第一個(gè)同學(xué)有1元,第二個(gè)同學(xué)有34元。

        顯然,解這道題的思維活動(dòng)與其說(shuō)是計(jì)算,不如說(shuō)是推理(其實(shí),具體數(shù)字推理占據(jù)了很重要的成分),計(jì)算很簡(jiǎn)單(35+1=36,36-2=34),都是推理的直接結(jié)果。當(dāng)然,初中生可以通過(guò)設(shè)未知數(shù)(計(jì)算器的價(jià)格),列不等式,結(jié)合取值范圍和取整要求得到最終結(jié)果,但是對(duì)小學(xué)生而言,這種解法不太現(xiàn)實(shí),也不能培養(yǎng)“推理意識(shí)”。

        (教師出示例2。)

        例2 一桶水,丈夫獨(dú)飲可飲14天,夫妻同飲可飲10天,若妻子獨(dú)飲,則可飲多少天?

        師 如何解答這個(gè)問(wèn)題?

        (學(xué)生思考。)

        師 注意“丈夫獨(dú)飲可飲14天,夫妻同飲可飲10天”這個(gè)條件具有怎樣的內(nèi)涵?

        生 我發(fā)現(xiàn)這句話中隱含著“丈夫4天所喝的水等于妻子10天所喝的水”。

        師 有價(jià)值的發(fā)現(xiàn)。在他發(fā)現(xiàn)的內(nèi)涵下,如何解決這個(gè)問(wèn)題呢?

        生 這道題可以改寫為一道等價(jià)的題目:丈夫4天所喝的水等于妻子10天所喝的水,那么丈夫14天所喝的水等于妻子多少天所喝的水?或者更簡(jiǎn)單一點(diǎn):丈夫2天所喝的水等于妻子5天所喝的水,那么丈夫14天所喝的水等于妻子多少天所喝的水?在這種情況下,問(wèn)題的解決便十分容易了:丈夫14天所喝的水等于妻子7×5=35(天)所喝的水。

        師答:妻子獨(dú)飲這桶水,可飲35天。

        顯然,這道題的成功解決主要也是推理的結(jié)果:從已知條件出發(fā),推理得到“丈夫4天所喝的水等于妻子10天所喝的水”,進(jìn)一步推理得到“丈夫2天所喝的水等于妻子5天所喝的水”。由此,這道題的計(jì)算便十分簡(jiǎn)單了。當(dāng)然,初中生也可以通過(guò)設(shè)未知數(shù)(妻子獨(dú)飲的天數(shù)),列分式方程解決……

        (教師出示例3。)

        例3 輪船順?biāo)叫兴俣葹?0千米/小時(shí),逆水航行速度為15千米/小時(shí),從A地駛往B地比從B地駛往A地少用5小時(shí),則A地與B地之間的距離是多少?

        師 如何解答這個(gè)問(wèn)題?

        (學(xué)生沉默。)

        師 輪船航行速度20千米/小時(shí)與15千米/小時(shí)中的時(shí)間是以“小時(shí)”為單位的,這個(gè)單位比較大,可能不利于探究問(wèn)題解決的思路,可以將它轉(zhuǎn)化為小一些的時(shí)間單位嗎?

        生 我是這樣想的:可以將速度單位中的“小時(shí)”轉(zhuǎn)化為“分鐘”。在這種情況下,輪船的速度其實(shí)就是,順?biāo)叫?千米需要3分鐘,逆水航行1千米需要4分鐘。

        師 輪船順?biāo)叫?千米需要3分鐘,逆水航行1千米需要4分鐘,說(shuō)明了什么問(wèn)題?

        生 這句話的內(nèi)涵是,輪船逆水航行1千米比順?biāo)叫?千米需要多花1分鐘。而題目中,輪船在A地與B地之間逆水航行比順?biāo)叫卸嗷?小時(shí),即300分鐘。因此,A地與B地之間的距離為300千米。

        師答:A地與B地之間的距離為300千米。

        顯然,這道題的成功解決也是建立在推理基礎(chǔ)上的:從已知條件出發(fā),推理得到“輪船逆水航行1千米比順?biāo)叫?千米需要多花1分鐘”。由此,這道題的計(jì)算便十分簡(jiǎn)單了。當(dāng)然,初中生也可以通過(guò)設(shè)未知數(shù)(兩地之間的距離),列一次方程解決——這里,特別值得一提的是,預(yù)審稿將原來(lái)安排在小學(xué)高年級(jí)的簡(jiǎn)易方程(一元一次方程)知識(shí)安排到了初中階段,可能也有在小學(xué)階段充分培養(yǎng)學(xué)生“推理意識(shí)”的考慮吧。

        (教師出示例4。)

        例4 說(shuō)明形如213213、356356、875875的數(shù)都可以被13整除。

        師 如何解答這個(gè)問(wèn)題?

        生 我將這三個(gè)數(shù)作為被除數(shù),13作為除數(shù),進(jìn)行除法運(yùn)算,發(fā)現(xiàn)這三個(gè)數(shù)都可以被13整除。

        師 但是,這三個(gè)數(shù)不能代表所有這種形式的數(shù)。因此,我們首先必須解決怎樣的問(wèn)題?

        生 我想,首先應(yīng)該找到形如213213、356356、875875這樣的數(shù)的一般表達(dá)式。

        師 非常好!那么,這些數(shù)的一般表達(dá)式究竟是什么呢?

        (學(xué)生沉默。)

        師 我們假設(shè)一個(gè)十位數(shù),其個(gè)位上的數(shù)字為2,十位上的數(shù)字為5,那么這個(gè)十位數(shù)可以寫成25。這個(gè)25本質(zhì)上是如何得來(lái)的呢?

        生 應(yīng)該是十位上的數(shù)字2乘10與個(gè)位上的數(shù)字的和,即2×10+5。

        師 那么,應(yīng)該如何表達(dá)形如213213、356356、875875這樣的數(shù)的一般形式呢?

        生 我想,如果使用字母a表示形如213213、356356、875875的數(shù)的兩個(gè)循環(huán)節(jié)中的一個(gè),即使用字母a表示213、356、875,那么213213=213×1000+213,356356=356×1000+356,875875=875×1000+875,于是這種由兩個(gè)循環(huán)節(jié)組成的六位數(shù)的一般表達(dá)式為1000a+a?!?/p>

        師 他提供了很好的想法。下面只要說(shuō)明表達(dá)式1000a+a能夠被13整除,問(wèn)題就解決了。如何說(shuō)明表達(dá)式1000a+a能夠被13整除呢?

        生 這是容易辦到的。對(duì)于表達(dá)式1000a+a,逆用乘法對(duì)加法的分配律,可知1000a+a=(1000+1)a=1001a。因?yàn)?001÷13=77,所以1001a可以被13整除。

        這是一道真正需要使用演繹推理論證的數(shù)學(xué)題。探究這道題的困難之處(也是關(guān)鍵之處)在于從213213、356356、875875這三個(gè)具體的數(shù)中得出一般形式的表達(dá)式,這就需要對(duì)這種形式的數(shù)進(jìn)行抽象表達(dá),從而完成從“幾個(gè)具體數(shù)據(jù)”的命題成立過(guò)渡到“一切這種形式的數(shù)據(jù)”的命題都成立的過(guò)程。很明顯,解答這道題不僅需要“推理意識(shí)”,而且需要“推理能力”。

        四、結(jié)束語(yǔ)

        1963年,《全日制小學(xué)算術(shù)教學(xué)大綱(草案)》指出:“小學(xué)算術(shù)的教學(xué)目的是,使學(xué)生牢固地掌握算術(shù)與珠算的基礎(chǔ)知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生正確、迅速地進(jìn)行四則計(jì)算的能力,正確地解答應(yīng)用題的能力,以及具有初步的邏輯推理的能力和空間觀念。”要培養(yǎng)學(xué)生正確、迅速地進(jìn)行計(jì)算的能力,就必須站在算理的高度審視問(wèn)題的內(nèi)涵,由算理過(guò)渡到算法,最后進(jìn)行具體的數(shù)據(jù)處理。這里的算理主要指的應(yīng)該就是推理。推理與計(jì)算如影隨形、亦步亦趨,解決復(fù)雜一些的數(shù)學(xué)計(jì)算問(wèn)題時(shí),離開(kāi)推理,計(jì)算便寸步難行。因此,小學(xué)高年級(jí)的計(jì)算內(nèi)容通常都能作為推理的素材,這正是“數(shù)與代數(shù)”內(nèi)容“二重性”的突出體現(xiàn)。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 程嶸,練冬蘭,廖運(yùn)章.高中生解決數(shù)學(xué)應(yīng)用題策略及表征偏向的調(diào)查研究[J].教育研究與評(píng)論(中學(xué)教育教學(xué)),2018(7).

        [2] 克魯捷茨基.中小學(xué)生數(shù)學(xué)能力心理學(xué)[M].李伯黍,洪寶林,艾國(guó)英,等譯.上海:上海教育出版社,1983.

        [3] 課程教材研究所.20世紀(jì)中國(guó)中小學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)·教學(xué)大綱匯編:數(shù)學(xué)卷[M]. 北京:人民教育出版社,2001.

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