从规律发现走向模型建构

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  “找规律”是《数学课程标准》中“数与代数”领域内容的一部分,是相对于传统教材而新增设的内容之一,也是数学课程改革的一个新变化。近年来,针对苏教版“找规律”主题的各级教研活动频频开展。一方面,是因为作为新增内容,在教材把握上不够到位。另一方面,是因为实际的教学过程中的练习要求过高、开发过度。面对“教师难教、学生难学、评价难测”的现实问题,我们需要思考的是“找规律”的教学目标究竟应该如何把握?“找规律”的教学策略究竟应该如何确定?
  一、特性解析:从双基到四基
  “找规律”是苏教版教材的一个亮点。“找规律”内容的教学编排,体现了以下三方面的特性。
  1.普遍存在性。所谓规律就是一切事物现象之间固有的本质的必然的联系。昼夜交替四季轮回,潮汐涨落周而复始。产生这些永恒不变的原因便是自然规律。而在数学世界中,各种数学元素之间也存在着相互的联系。
  2.可认知性。随着那些永恒不变的物质或现象时刻反映到人们的头脑里来的时候,人们对规律便由开始的感性认识发展到理性认识。找规律是人类认识和把握客观世界的重要手段。
  3.可探索性。数学教学正从加强“双基”逐步变成重视“四基”。学生学习应当是一个生动活泼的、主动的和富有个性的过程。认真听讲、独立思考、动手实践、自主探索、合作交流等,都是学习数学的重要方式。学生应当有足够的时间和空间经历观察、实验、猜测、计算、推理、验证等活动过程。而“找规律”的教学,以发现学习为主要方式,以观察、操作、画图、实验、猜测、验证等为主要学习活动,重视学生的经历、体验、发现、概括、归纳的过程。
  二、策略构建:从现象到本质
  数学模型是针对某种事物系统的特征或数量依存关系,采用数学语言,概括地表述出的一种数学结构。而规律反映的是在动态变化过程中变量与变量之间始终存在一种普遍、稳固、必然的联系,这种函数关系就是数学模型。事物的规律是客观存在的,又往往是隐含并可以发现的。只有对十分丰富的现象进行深入的分析,从感性认识上升到理性认识,才能认识规律。
  学生探索规律能力的提高不是简单地体现在知道规律“是什么”,还需要解决“为什么”和“怎么样”的问题。找规律教学的价值取向,不应仅仅定位于形成结构、应用模型,而应更为重视建立模型过程中所获得的数学思想方法、所累积的数学学习经验。
  三、案例解读:从认识到领悟
  下面以苏教版五年级下册“探索图形覆盖中的规律”为例谈一谈找规律教学策略的构建。
  1.体会联系:直面问题的数学特征
  在“找规律”教学中,问题情境是基础,自主探究是重点,思维提升是归宿。问题情境是“找规律”教学的基础,数学教学要紧密联系学生的生活环境,从学生的经验和已有知识出发,创设有助于学生自主学习、合作交流的情境,使学生通过观察、操作、类比、猜测、交流、反思等活动,获得基本的数学知识和技能,进一步发展思维能力,激发学生的学习兴趣,增强学生学好数学的信心。
  因此,在编排找规律教材时,每个单元都安排两个例题。例1着重认识规律,例2着重应用规律。例1在典型情境中探索规律,例2在变化情境里探索规律。对教材深入解读之后,就可以借助教材的情景引导学生进行数学化的观察,当然也可以根据教材例题进行适度加工、改造形成更贴合于学生生活实际的情境,引导学生进入观察状态。
  “探索图形覆盖中的规律”一课中教材提供的情境是1-10这十个数组成的数条,每次框出两个数,一共能框出多少个不同的和。基于对教材例题的教学目标的理解:即学生在“求和”时,感受到“和”的个数就是红框的“位置”个数;学生体会依次“求和”时,红框在依次平移。于是利用“图形平移”解决问题;学生研究“图形平移”中的数量关系,得出求“覆盖位置个数”的数学方法。在教学设计中可以进行目标指向一致但情境相异的设计,如:10月1日到7日中进行两日游,有多少种不同的方法?或者62天的暑假中两日游有多少种不同的方法?也可选择学生喜闻乐见的羊羊运动会入场券进行情境设计,从100张连号入场券中拿两张连号的券,一共有多少种不同的拿法?
  从100张中选择两张连号的券,因为数据比较大、规律不明显,大部分学生都很难找到券的总数与每次拿的张数之间的联系。因为学生已经具有“面对复杂问题,从简单想起的策略”,因此很容易地想到能不能先考虑总数是10张,从10张券中拿两张,有多少种不同的拿法?并在此基础上进一步探寻规律。
  而在探寻这10张券中拿2张连号的券的不同拿法的过程中,学生通过写一写、连一连、圈一圈、框一框等不同的方式,体会到券的总张数与每次框的个数之间是存在联系的。教师通过“每次框几个数?一共平移了几次?一共有10个数,为什么只要平移8次?一共有多少种不同的拿法?平移8次,为什么一共的拿法有9种?”的追问形式,引导学生初步体会现象背后的必然本质联系。
  2.体验过程:直击现象的数学本质
  “找规律”的教学难点在于如何让学生从直观的解决问题去感悟其中抽象的数学思想方法。解决这个难点的关键就是让学生主动参与,因为如果没有主动参与就不可能对数学知识、数学思想方法产生体验;没有了体验,那数学思想方法的渗透只能是一句空话。因此教师应该让学生参与教学实践活动,充分发挥他们的主体作用。在动脑、动手、动口的过程中领悟体验数学思想方法的形成,揭示其中隐含的数学思想方法,并逐步掌握运用。
  在这一环节,变中感悟不变是学生操作的重要目标。在教学时,需要教师引导学生把操作与思考结合起来,使学生领悟数学的方法和策略。券的总张数是一个变量,每次框的个数是另一个变量,这两个变量之间究竟存在着怎样的关系?在每一位学生都有了数次的操作经验后,交流分层次展开。第一层次是两组上台平移操作并汇报数据。第二层次是两组上台说总数、平移次数,其他学生利用操作的经验,大胆猜想,运用直觉思维作出判断。可以再次借助平移的操作验证猜想,培养了学生合情猜想的能力。学生在操作中积累感性经验,在交流中感知有序思考以及用平移的方法解决问题的优越,学生形成了丰富的动作思维,并在猜测与验证的活动中丰富了数学学习的情感体验。   3.体悟关系:直达抽象的数学模型
  表象的建立有助于更快地摆脱具体事物的束缚,向抽象思维过渡。因此,教者可以设疑:如果总数是18张,每次框出6张,一共有多少种不同的拿法?不操作,能保证猜对吗?并采访学生,你是怎样想的?在这里,对于不同层次的学生,虽然都能猜中,但思维的水平层次是有高低的。通过交流,一方面可以丰富学生解决问题的策略,另一方面,也可以推进策略的优化。有的学生是仅通过观察数据,从数据的变化中寻求出不变的关系的;有的学生是在头脑里多次移动方框,在平移中发现“平移的次数=总数-每次框的个数”;而有的同学是在头脑中仅仅放置一次方框,就能理性思考,方框外面有几个数就要平移几次,操作活动真正内化,并建立起清晰鲜明的表象。这样的交流,揭示了数学直觉背后所隐藏的本质联系。为学生从动作思维上升到表象思维,进而提升到抽象思维提供了很好的支撑。而抽象化的“如果在a张券中拿b张连号的券,一共有多少种不同的拿法?”就为学生摆脱形象的拐杖、摆脱表象的依托,提供了必要的可能性。从而水到渠成地揭示发现的规律:“总数-每次框的个数 1=一共的拿法。”
  这样的一种函数关系,在变量与变量之间建构出了一种稳定的不变的联系,就是一种数学模型。在建立模型的过程中,学生经历了小步实验,经历了变量列举,经历了观察比较,经历了猜想验证,同时也经历了感性发现与理性思考。不仅找到了规律,而且知道了规律存在的原因、规律存在的必然性。
  建好模型,还需灵活应用模型。学生在具体情境中理解了算理,但学生思维不能仅仅停留模型的结构上,要让学生亲身经历将不同的实际问题抽象成数学模型,并运用模型解决问题的过程。用数学模型的眼光来观察,用数学模型的语言来解释,用数学模型的关系来推理。
  在这一环节,教者可以设计多样的问题情境来帮助学生深入理解模型,灵活运用模型。如设计综合性较强的实际问题:喜羊羊和美羊羊到电影院观看运动会专题片,电影院一排有8个座位,要让喜羊羊和美羊羊两个坐在一起,在同一排有多少种不同的坐法?同时出示对比题:改换条件“让喜羊羊坐在美羊羊左边”,有什么不同?从一字模型到封闭模型也可以帮助学生获得思维的跨越式发展,在这里还可以设计拓展性练习:看完了开幕电影,他们进入运动场看台观看比赛。运动场的看台是圆形的,一排有16个位置,美羊羊坐在喜羊羊左边,在同一排有多少种不同的坐法?
  著名心理学家维果茨基就教学与发展问题,创造性地提出了两种发展水平的思想。第一种水平是现有发展水平(也称现有发展区),第二种水平是最近发展水平(也称最近发展区)。维果茨基强调,只有当教学走在发展前面的时候,才是好的教学。因此,在运用模型阶段,不能硬贴标签,不能死套公式,而要在丰富的、变化的情境中,为学生从生活问题中提取数学问题提供条件。
  回顾找规律教学的过程,其实也存在一定的教学规律。需要教师引导学生经历朴素的动手操作、丰富的表象思考、简约的列式计算、抽象的数学模型的“找”的过程,在不同层次的“找”中,学生体会联系、体验过程、体悟关系,提升思维、提升能力。
  (王岚,常州市武进区清英外国语学校,213164)
  责任编辑:赵赟
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