几何直观,让抽象的数“看得见”

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  【摘要】几何直观是重要的數学思想方法,也是数学素养的重要组成部分。运用几何直观,可以帮助学生建构小数和十进分数之间的关联,直观地理解数学知识,让抽象的数“看得见”。教学中,要关注学生的已有经验,给学生搭建认知的脚手架,引导学生在操作、观察、比较和归纳等丰富的数学活动中,理解数的含义,发展数学思考,提升学生的数学素养。
  【关键词】几何直观;抽象;小数的初步认识
  【中图分类号】G623.5 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009(2017)25-0051-04
  【作者简介】张齐华,南京市北京东路小学(南京,210008)副校长,高级教师,江苏省数学特级教师。
  新课标明确指出:“几何直观主要是指利用图形描述和分析问题。借助几何直观可以把复杂的数学问题变得简明、形象,有助于探索解决问题的思路,预测结果。几何直观可以帮助学生直观地理解数学,在整个数学学习过程中都发挥着重要作用。”可见几何直观就是依托、利用图形进行数学的思考和想象,它在本质上是一种通过图形来展开的想象能力。
  对于小学生而言,数无疑是抽象的。如何借助直观来把握抽象,已是多数教师的共识。比如,认识整数时,我们常借助实物、小棒、点子图、计数器等,理解整数的意义;认识分数时,我们常借助具体的物体、图形或计量单位,引导学生在折一折、分一分、涂一涂等具体活动中,感受分数的内涵。相对而言,小数的意义则更抽象,而在日常教学中,我们能够给学生提供的具体、直观的支撑也相对贫乏。如何借助具体、直观的图形帮助学生在分一分、画一画、说一说等数学活动中,建立小数和十进分数之间的联系,自主建构小数的含义,笔者进行了如下尝试。
  一、分享小数,唤醒已有经验
  师:生活中,你在哪儿见过小数?
  生1:我在超市里见过小数。
  生2:我在菜场上见过小数。
  生3:数学书的背面也有小数。
  师:既然见过这么多小数,小数会写吗?自己试着写几个小数,并试着读一读。
  学生写小数、读数,并全班汇报。
  生1:我写的是0.8、1.2、4.5,这些都是小数。
  生2:我写的是0.3、0.03、0.003,这些也是小数。
  生3:我写的是99.9、3.1415926,这些也是小数。
  师:看来,同学们不仅会写小数,而且还会读。仔细观察,这些小数有什么共同特点?
  生1:小数都有小数点。
  生2:小数都被小数点分成两部分。
  师:小数点左边的是整数部分,右边的是小数部分。
  生:我发现,小数的整数部分可以是0,也可以是其他整数;数的小数部分,可以只有一个数字,也可以是两个数字、三个数字甚至好多数字。
  师:小数部分只有一个数字的,我们称它为一位小数;猜猜看,如果有两个数字,是什么小数?
  生1:如果有两个数字,就是两位小数;如果有三位数字,就是三位小数。
  生2:小数部分有几个数字,就是几位小数。
  学生对于小数并不陌生,生活中,他们有很多机会接触到小数。教学中,教师没有忽视学生的生活经验,而是通过分享生活中的小数,唤醒学生已有的经验储备,进而引导学生自己尝试着写一写、读一读小数。通过这样的活动设计,了解学生的经验究竟处怎样的水平,为教师后续实施更精准的教奠定科学的基础。教学过程中,我们也发现,学生对小数的认识已远超教材设定的水平,也超出了教师的心理预期——他们不仅能准确地读写小数,有些学生甚至能够写出两位小数、多位小数,还有学生甚至对圆周率这样的特殊小数也有所涉猎。难以想象,如果我们的教学不给学生预留足够的时间和空间,仅仅基于数学知识的逻辑顺序,零起点展开教学,这样的课堂将屏蔽掉学生很多宝贵的经验,原本丰富多彩、充满活力的学习活动将被简化为非常无趣、呆板的师生问答。这样的课堂,是我们难以接受的,也是我们需要着力重建的。
  二、表征小数,建构数学意义
  师:认识小数,我们不能只停留在会写、会读小数,还得弄清每个小数具体表示什么含义。老师手中的这把尺子,它的价格是0.3元。你能试着画一幅图表示1元,然后在图中表示出0.3元吗?
  学生独立尝试,组内分享后,全班进行汇报。
  生1:我画了一个长方形,用它表示1元,我觉得0.3元就是其中的一小部分。(在长方形中直接分出一小部分,涂色表示0.3元)
  生2:我觉得就这样画一条线不准确,也许这是0.2元,也许这是0.4元。我觉得应该把这个长方形平均分成10份,然后给其中的3份涂上颜色,这里就是0.3元。
  生3:我也觉得应该先把长方形平均分成10份。不过,我画的是圆,我把圆平均分成10份,然后涂了其中的3份,这就是0.3元。
  生4:我画了一个平行四边形,也平均分成10份,这3份就是0.3元。
  生5:我画的是一条线段,我把它平均分成10段,这3段就是0.3元。
  师:观察后面几位同学的作品,选择的图形不同,分的方法也不一样,但在表示0.3元时,有没有相同的地方?
  生5:他们都把一个图形平均分成10份,表示了其中的3份。
  师:为什么要平均分成10份?
  生1:因为1元等于10角。
  生2:因为1元等于10角,平均分成10份后,每一份是1角,也就是0.1元,3份是3角,也就是0.3元。
  生3:因为0.3元就是3角,把1元平均分成10份,其中的3份就是3角,也就是0.3元。
  结合学生的交流,教师引导得出:0.3元=3角=元。
  在数学中,为了能让小数系统和整数系统统一起来,教师更多选择以告知的方式,帮助学生在十进分数和小数之间建立联系,进而借助十进分数理解小数的含义。在笔者看来,这样的教学符合数学发展的基本规律,但却忽视了学生的已有经验。事实上,学生不仅在生活中经常见到小数,而且他们对于0.3元就表示3角、6.25元就表示6元2角5分,以及1.3米就表示1米3分米等,都已经积累了丰富的经验。这些经验的存在,对于学生如何在小数和十进分数之间建立联系,具有举足轻重的作用。实践证明,这样的联系,学生是完全可以凭借经验储备,自主建构起来的。因而,上述教学,教师选择以任务驱动的方式,引导学生用图形表示1元,进而在图形中表征0.3元。这样的数学活动和任务设计,虽然不是每个学生都能够准确完成的,但是,不同学生所呈现出的不同表征水平、不同理解,恰恰为后续的生生对话提供了丰富的教学资源和契机。0.3元的含义就是在这样自主建构、生生互动、相互碰撞、归纳概括的基础上得以自我实现的。在笔者看来,这就是有意义的学习,也是充满创造力的学习。   三、比较概括,抽象数学理解
  师:如果我们把这个长方形看作1米,涂色的这3份又表示多少?为什么?
  生:我觉得可以表示0.3米,因为把1米平均分成10份,每份是3分米,也就是0.3米。
  师:除了把长方形看作1米,我们还可以把长方形看作什么?相应的,涂色部分又可以表示多少?
  生1:我们还可以把长方形看作1分米,那么涂色部分就可以表示0.3分米。
  生2:我们还可以把长方形看作1角,那么涂色部分就可以表示0.3角。
  生3:我们还可以把长方形看作1天,那么涂色部分就可以表示0.3天。
  生4:我反对,我觉得不能把长方形看作1天,因为1天不能平均分成10份。
  生5:我觉得1天能平均分成10份,但平均分成10份后,每一份不知道是多少,所以,我也觉得不能把长方形看作1天。
  师:看来,重要的不是平均分成10份后,每一份是多少,而是这样的1份或几份,我们可以用十分之一或十分之几来表示,而十分之几就可以表示为零点几。
  生1:如果这样的话,我们还可以把长方形看作1千克,那么涂色部分就可以表示0.3千克。
  生2:我们还可以把長方形看作1块黑板,那么涂色部分就可以表示0.3块黑板。
  生3:我们还可以把长方形看作1支铅笔,那么涂色部分就可以表示0.3支铅笔。
  师:现在,如果我们把所有单位都去掉,就把这个长方形看作1,那么,涂色部分又表示多少?为什么?
  师:想一想,在这幅作品中,除了0.3这个小数外,你还可以表示出哪一个小数?怎么表示?
  生1:我觉得还可以表示0.5,只要再涂上2份。
  生2:我觉得还可以表示1.0,只要再涂上7份。
  生3:我觉得1.0其实就是1,因为全部涂满后,就是1个完整的长方形。
  生4:我觉得如果再在长方形后面添上这样1小份,就可以表示1.1了。
  师:你觉得,第一个长方形还需要平均分成10份吗?
  生1:我觉得不需要,只要是一个完整的长方形就可以了。
  生2:我觉得,如果平均分成10份也没有关系,而且,这样我们还能够发现,1.1里面其实就有11个0.1。
  生3:我还发现,1.1里面的两个1表示的意思是不一样的,前面这个1表示1个一,后面这个1表示1个0.1。
  生4:我觉得,前面这个1是后面这个1的10倍。
  师:现在,如果我们把这个数增加到111.1,你又觉得这四个1之间有怎样的关系?
  生:我发现,前面的1总是后面的1的10倍,后面的1满了10个就变成了前面的1。
  师:能具体说明一下吗?
  生1:比如,第一个1表示1个百,第二个1表示1个十,1个百是1个十的10倍。后面也是一样的。
  生2:我发现,整数里的满十进一的规则,在小数里也是同样适用的。
  师:你的发现非常了不起!有了满十进一的统一规则,小数就和整数建立起统一的关系。除了1.1,你还能表示别的小数吗?
  生1:我觉得还可以表示2.3,只要拿2个这样的长方形,然后再加上3小份。当然,这2个长方形不用平均分成10份,它就表示2。
  生2:我觉得还可以表示9.9,只要用9个完整的长方形,加上1个长方形的。
  认识小数,从带单位的具体数量入手,最后还要回归到抽象的数。这样,才算是完成了对小数含义的基本把握。然而,这一过程对学生来说是相当困难的,教师需要精心设计教学活动、组织学习素材,引导学生在大量感性活动、直观经验的基础上,通过观察、比较、归纳、概括,最终建构起对小数含义的数学理解。上述教学中,教师通过不断地假设,引导学生变换对“单位1”的理解,在不断变换的过程中感受到,选择什么单位名称并不重要,只要把一个对象平均分成10份,其中的3份就可以表示为0.3。这样的教学设计,既遵循了学生认识数学对象的基本规律,同时也观照了数学核心素养中抽象能力的培养,发展了学生的数学思考。
  四、拓展延伸,尝试建立模型
  师:今天我们研究的小数,有什么共同特点?
  生1:我们研究的都是一位小数。
  生2:我们研究的小数都可以表示成十分之几,或十分之几和一个整数的和。
  师:生活中,还有很多不是一位小数的小数,就以张老师的身高为例,1.72米,如果还是用长方形表示1米,那么,1.72米又该如何表示呢?
  学生独立思考,然后小组热烈讨论,全班汇报。
  生1:我觉得一位小数表示十分之几,我猜两位小数就应该表示百分之几,所以,我们只要用1个完整的长方形表示1米,然后再拿出1个完整的长方形,把它平均分成100份,取其中的72份,就是米,也就是0.72米。合起来就是1.72米。
  生2:我觉得不用这么麻烦,刚才我们已经知道1.7米该怎么表示了。现以,它的后面又多了一个2,我们知道,这个2表示的是2厘米,所以,我们只要把1.7米后面的这个0.1再平均分成10份,取其中的2份,这样就是1.72米了。
  生3:我觉得1.72米表示1米7分米2厘米。1米就是1个完整的长方形,7分米就是把1个长方形平均分成10份,取其中的7份;2厘米就是把刚才的1小份,也就是1分米再平均分成10份,取其中的2小份。合起来,就是1.72米了。(边描述,并在长方形中表示了出来)
  生4:我懂了,如果是1.725米,我们就只要把1.72米后面最小的1份再平均分成10份,然后取其中的5份。(边描述,边在长方形中表示了出来,但已经看不太清楚了)
  生5:我发现了,小数就是这样不断地往下分出来的。
  生6:我补充,小数在分的过程中,每次都要平均分成10份。比如,一位小数就是平均分成10份;两位小数,就是把前面分好的1小份再平均分成10份;三位小数,就是把前面分好的1小份再平均分成10份。这样10份、10份地不断分下去,我们就可以得到三位小数、四位小数和更多位的小数。
  生7:我听说过圆周率,它是一个无限小数,3.1415926……我现在知道该怎么表示它了,只要10份、10份地不断分下去,就能得到这个小数。
  师:通过刚才的分享,大家都认识到,原来小数本质上就是把1这个数10份、10份地不断分出来的。再回头看看整数,整数又是把1怎样得出来的?
  生:我知道了,其实整数和小数是一样的!只要我们把它们连在一起,从前往后看,都是化一当十;从后往前看,其实都是满十进一。
  从一位小数拓展为两位小数,我们欣喜地发现了学生思维所呈现出的可贵的迁移能力与创造性。更重要的是,通过这样的拓展与延伸,学生有机会从结构的角度思考小数的意义,把握小数不断十等分的特点,并与整数之间建立起实质性关联。此时,学生头脑中的小数不再是一种孤立的数,它与整数有着本质上的一致性,它已经融入了学生原有的知识结构,并使学生的知识结构得到了有效的拓展和升华。
  综观整个教学过程,教师把握学生真实的学习起点,遵循学生认数的基本规律,以任务驱动的方式,引导学生借助直观图,个性化地表征小数的含义,并在交流、对话、沟通的过程中不断求同存异,抽象概括,最终建构起对小数含义的理解。在这一过程中,几何直观发挥了重要的作用,而抽象、推理、模型等数学核心素养也得到了有效的关注与渗透。
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