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        在“雞兔同籠”問題中凸顯“結(jié)構(gòu)”的力量

        2023-06-20 15:47:47李義杰
        關(guān)鍵詞:雞兔同籠遷移結(jié)構(gòu)化

        李義杰

        【摘 要】本文嘗試通過結(jié)構(gòu)化教學(xué),幫助學(xué)生在分析、解決不同情境的實(shí)際問題的過程中,從會解決“一個(gè)問題”到會解決“一類問題”;引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷結(jié)構(gòu)化學(xué)習(xí)歷程,實(shí)現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)化、思維結(jié)構(gòu)化和策略結(jié)構(gòu)化,促使核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落地,充分彰顯“結(jié)構(gòu)”的力量。

        【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)化 遷移 核心素養(yǎng)

        許多教師對“雞兔同籠”內(nèi)容的教學(xué)有以下困惑:畫圖、列表、列式是解決“雞兔同籠”問題的不同策略,怎樣才能讓學(xué)生一一體會、分別掌握呢?學(xué)生的困惑是學(xué)習(xí)“雞兔同籠”到底有什么用,為什么要掌握多種方法。

        師生的困惑引起了筆者的深入思考,也不由想到了結(jié)構(gòu)化教學(xué)。結(jié)構(gòu)化教學(xué)包括教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化、教學(xué)形式的結(jié)構(gòu)化、學(xué)生思維的結(jié)構(gòu)化。結(jié)構(gòu)化教學(xué)有利于深度學(xué)習(xí)的發(fā)生,有利于整體建構(gòu)知識體系?;仡欉^去,“雞兔同籠”問題的原有知識基礎(chǔ)是什么?立足現(xiàn)在,畫圖、列表、列式雖然是不同方法,但是其背后的思維有無相通之處?展望明天,“雞兔同籠”的學(xué)習(xí)又能促進(jìn)學(xué)生哪些方面的成長?筆者認(rèn)為,教師想清楚這些問題,就能夠以整體性的、結(jié)構(gòu)化的視角進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

        下面筆者以對“雞兔同籠”問題的研究為例,嘗試通過結(jié)構(gòu)化教學(xué),以“結(jié)構(gòu)”的力量,讓學(xué)生經(jīng)歷結(jié)構(gòu)化學(xué)習(xí),實(shí)現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)化、思維結(jié)構(gòu)化和策略結(jié)構(gòu)化,促使核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落地。希望我們的設(shè)計(jì)和實(shí)施過程,能帶給一線教師些許啟示,能引發(fā)大家對結(jié)構(gòu)化教學(xué)的思考。

        一、從“單一”到“復(fù)雜”,孕伏知識結(jié)構(gòu)化

        心理學(xué)家奧蘇貝爾在其意義學(xué)習(xí)理論中指出,意義學(xué)習(xí)過程的本質(zhì)是將學(xué)習(xí)任務(wù)與學(xué)習(xí)者的原有知識建立起一種非任意的、實(shí)質(zhì)性的聯(lián)系。追本溯源,“雞兔同籠”從哪兒來?我們認(rèn)為能夠表達(dá)份總關(guān)系的乘法模型可以作為其最為本源的已有知識。于是,教師創(chuàng)設(shè)活動,促使學(xué)生利用“每份數(shù)×份數(shù)=總數(shù)”這組數(shù)量關(guān)系,以此拉開學(xué)習(xí)“雞兔同籠”問題的序幕。

        活動一:從“雞或兔”到“雞和兔”

        先口答“1只、2只、3只雞(或兔)分別有幾條腿”的簡單問題,再讓學(xué)生思考“雞和兔一共有6只,有多少條腿”的復(fù)雜問題。學(xué)生經(jīng)過交流不同想法才意識到后者是一個(gè)開放性問題,教師鼓勵(lì)學(xué)生記錄各種情況,通過觀察數(shù)據(jù),引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)雞、兔只數(shù)的變化會引起總腿數(shù)變化的規(guī)律,初步感悟:如果雞的只數(shù)多,總腿數(shù)就離12更近;如果兔的只數(shù)多,總腿數(shù)就離24更近(如圖1)。

        在這一活動中,學(xué)生對幾只雞(或兔)有幾條腿的問題對答如流,原因是這些份總關(guān)系故事里的主角只有一個(gè),所以用份總關(guān)系2a(a表示雞的只數(shù))、4b(b表示兔的只數(shù))可以輕松解決。面對“雞和兔一共有6只,有多少條腿”的問題,學(xué)生開始有些遲疑,隨后出現(xiàn)不同想法,最后達(dá)成一致,認(rèn)同根據(jù)現(xiàn)有條件總腿數(shù)是不確定的。分析學(xué)生不能順暢解決問題的原因,不難發(fā)現(xiàn),這個(gè)故事里的主角變成雞與兔兩個(gè)主角,于是份總關(guān)系演變成了2a+4b,且a+b=6,情況愈加復(fù)雜起來。從“單一”到“復(fù)雜”,學(xué)生將當(dāng)下的學(xué)習(xí)任務(wù)與原有的知識經(jīng)驗(yàn)建立起了實(shí)質(zhì)性的聯(lián)系。這一巧妙的設(shè)計(jì)不僅在上課伊始就孕伏了知識的結(jié)構(gòu)化,也促使學(xué)生回歸思維原點(diǎn),一一列舉成為解決問題的必經(jīng)之路。學(xué)生在觀察、思考、交流中發(fā)現(xiàn)了只數(shù)與腿數(shù)的變化規(guī)律,為后續(xù)的理解和建構(gòu)提供了思維支撐。

        二、從“理解”到“建構(gòu)”,實(shí)現(xiàn)思維結(jié)構(gòu)化

        《追求理解的教學(xué)設(shè)計(jì)》一書中強(qiáng)調(diào),理解是多維的、復(fù)雜的,可以從多個(gè)不同卻又相關(guān)的視角認(rèn)識它,解釋、闡明、應(yīng)用、洞察、神入、自知,是理解六側(cè)面。結(jié)合理解的不同側(cè)面,進(jìn)行結(jié)構(gòu)化教學(xué),可以讓學(xué)生在不斷深入地“理解”中建構(gòu)認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

        再看“雞兔同籠”問題,雖然不同策略蘊(yùn)含著不同的思考方法,但是各種解法之間又有內(nèi)在關(guān)聯(lián)。因此,筆者重點(diǎn)聚焦列表法,以“枚舉試探”為抓手,引領(lǐng)學(xué)生逐漸進(jìn)入深度思考,促進(jìn)學(xué)生主動關(guān)聯(lián),“理解”不同方法背后的思維相通之處,促使學(xué)生實(shí)現(xiàn)思維結(jié)構(gòu)化。

        活動二:解古代趣題——“今有雉兔同籠,上有三十五頭,下有九十四足,雉兔各幾何?”

        片段一:組織學(xué)生對不同作品(如圖2、圖3、圖4)進(jìn)行辨析。

        聚焦問題:為什么一開始列舉時(shí)雞要比兔的只數(shù)多?為什么要從雞有18只、兔有17只開始列舉?在列舉的過程中怎么想到要“跳一跳”的呢?

        通過辨析,學(xué)生的思維逐漸被激活,能夠主動關(guān)聯(lián)活動一的經(jīng)驗(yàn),結(jié)合35只雞有70條腿,35只兔有140條腿,94離70更近,初步判斷雞的只數(shù)更多。從這些作品中不難看出學(xué)生思維的變化和成長,學(xué)生在探究中逐漸感受到一一列舉費(fèi)時(shí)費(fèi)力,于是向前勇敢地邁出了一大步,即萌發(fā)了跳躍意識。有的學(xué)生還能較為靈活地進(jìn)行調(diào)整,或從“起點(diǎn)”嘗試小步跳躍,或借助平均分從“中點(diǎn)”直接起跳。通過聚焦對比列舉數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,學(xué)生充分表達(dá)自己的思維過程,當(dāng)學(xué)生用有意義的數(shù)學(xué)語言進(jìn)行推理時(shí),我們仿佛看到了他們長長的思維鏈條。

        片段二:呈現(xiàn)學(xué)生作品(如圖5、圖6)。

        師:誰能讀懂這兩幅作品的意思?它們的意思一樣嗎?

        生1:這兩幅作品表達(dá)的意思其實(shí)是一樣的。假設(shè)全是雞,總腿數(shù)是70條,比94少24條。一雞變一兔,腿數(shù)要增加2條,24里有12個(gè)2,有12只雞要變成兔,所以雞是23只。假設(shè)全是兔,總腿數(shù)是140條,比94多46條,一兔變一雞,腿數(shù)要減少2條,46里有23個(gè)2,有23只兔要變成雞,所以兔是12只。

        師:這種“假設(shè)法”與剛才列表的方法有聯(lián)系嗎?

        生2:我覺得假設(shè)法就是從0只雞或者0只兔的情況開始的,直接一步跳躍就能得到結(jié)果,它跟剛才列表的那些作品的道理其實(shí)是一樣的,都是先假設(shè),再尋找答案。

        雖然教材不要求用“算術(shù)法”解決“雞兔同籠”問題,但是在學(xué)生自主探究嘗試列舉的過程中,想跳得快些、跳得準(zhǔn)些的樸素想法,促使學(xué)生自覺遷移已有認(rèn)知,使“算術(shù)法”的出現(xiàn)成為學(xué)生思維的迫切需要,使想用簡潔與準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)語言進(jìn)行表達(dá)成為必然,也讓學(xué)生對課堂上出現(xiàn)的按照套路列出的算式,得以“知其所以然”。算術(shù)方法中的“跳”,不是從半截開始起跳,算術(shù)方法從全假設(shè)成雞或全假設(shè)成兔開始,其實(shí)就是直接從“無”一次性精準(zhǔn)地跳躍到“幾”。

        至此,大家普遍認(rèn)為原本看起來笨笨的、麻煩的一一列舉的方法,實(shí)際上“大巧若拙”,同時(shí)它也“暗藏乾坤”,既可以在試探中進(jìn)行跳躍枚舉或取中枚舉,體現(xiàn)數(shù)學(xué)思維的靈活性,也可以在推理、計(jì)算中調(diào)整得“一步到位”,體現(xiàn)數(shù)學(xué)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性??傊撬伎肌半u兔同籠”問題的思維原點(diǎn),是真正的通性通法。

        以前,我們總是習(xí)慣性稱“算術(shù)法”為“假設(shè)法”,現(xiàn)在學(xué)生也能感受到列表時(shí)無論是從幾只雞、幾只兔開始都是在假設(shè);畫圖時(shí)無論先畫幾只雞、幾只兔,還是不畫雞(兔)只畫兔(雞)同樣是假設(shè)。由此一來,不同方法的思維路徑都源于“假設(shè)”,思維過程都經(jīng)歷“比較”和“調(diào)整”,都是在假設(shè)前提下的嘗試與調(diào)整。將不同方法借助思維結(jié)構(gòu)化的力量“合而為一”,讓數(shù)學(xué)思維看得見、抓得住,幫助學(xué)生從“理解”轉(zhuǎn)向“建構(gòu)”,實(shí)現(xiàn)思維結(jié)構(gòu)化。

        三、從“遷移”到“完善”,實(shí)現(xiàn)策略結(jié)構(gòu)化

        “雞兔同籠”問題要“到哪里去”?如何凸顯學(xué)習(xí)“雞兔同籠”問題的價(jià)值呢?答案就在活動三的內(nèi)容設(shè)計(jì)中。

        活動三:學(xué)生自主選擇解決實(shí)際問題(如圖7)

        在課堂上,教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)的這些合適的、具有啟發(fā)性的真實(shí)情境,有助于促進(jìn)學(xué)生的理解。在這一過程中,學(xué)生也能夠自發(fā)地借助摘錄條件(如圖8),抽象出數(shù)量關(guān)系,進(jìn)一步明確類似問題的結(jié)構(gòu)特征,逐漸深入地體會“雞兔同籠”問題的現(xiàn)實(shí)意義,發(fā)現(xiàn)“雞兔同籠”問題具有廣泛的應(yīng)用性。

        這些實(shí)際問題,無論是問題主角還是問題表述,越來越不像“雞兔同籠”問題,尤其是最后一個(gè),乍看和“雞兔同籠”毫不相干,而學(xué)生依然能夠順利解決。這種積極的遷移,反映出學(xué)生對“雞兔同籠”問題的認(rèn)知已經(jīng)從“特殊”走向“一般”,說明學(xué)生能夠從現(xiàn)實(shí)生活情境中抽象出具有兩個(gè)主角的復(fù)雜份總關(guān)系,具備了數(shù)學(xué)的眼光,同時(shí)在遷移的過程中完善了結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了策略的結(jié)構(gòu)化,培養(yǎng)了學(xué)生的模型意識,促進(jìn)了學(xué)生用數(shù)學(xué)的語言表達(dá)真實(shí)生活的素養(yǎng)提升。

        綜上所述,學(xué)生在分析、解決不同情境中的實(shí)際問題的過程中,從會解決“一個(gè)問題”過渡到會解決“一類問題”,利用已有的認(rèn)知完成了知識的建構(gòu)。教師通過結(jié)構(gòu)化教學(xué),讓學(xué)生經(jīng)歷結(jié)構(gòu)化學(xué)習(xí)歷程,實(shí)現(xiàn)了知識結(jié)構(gòu)化、思維結(jié)構(gòu)化和策略結(jié)構(gòu)化,充分彰顯了“結(jié)構(gòu)”的力量。

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