數(shù)學(xué)化視角下的數(shù)量關(guān)系表征例談

張敏

近日，看到朋友正在上六年級(jí)的兒子小朱的一份批改過(guò)的數(shù)學(xué)試卷，上面有這樣一道題目引起了筆者的注意，如圖1：

這是一道找規(guī)律的題目，要求學(xué)生能從簡(jiǎn)單情況入手，進(jìn)行觀察、比較、思考，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)小棒的根數(shù)與八邊形的個(gè)數(shù)之間的數(shù)量關(guān)系，并能將這種關(guān)系以比較抽象的數(shù)學(xué)方式加以表征。題目中括號(hào)里填寫(xiě)的“8n-（n-1）”是小朱考試時(shí)寫(xiě)出的答案，很顯然老師給他判了個(gè)“×”，后面是小朱訂正后寫(xiě)出的答案“7n+1”，訂正時(shí)在每一個(gè)圖形的下面還標(biāo)出了“8、15、22”幾個(gè)數(shù)據(jù)。

于是我們有了下面一段對(duì)話(huà)：

筆者：你這道題怎么錯(cuò)了？

小朱：我的答案可能不簡(jiǎn)便吧。

筆者：為什么？

小朱：如果把8n-（n-1）的括號(hào)去掉后，后面的減號(hào)變成加號(hào)，再用8n減去n，就是7n+1了，這個(gè)答案比較簡(jiǎn)潔。

筆者：那你的8n-（n-1）這個(gè)答案是怎么想出來(lái)的？

小朱：從第二個(gè)圖形開(kāi)始就是八邊形重合在一起了，2個(gè)八邊形有1條邊重合，3個(gè)八邊形有2條邊重合，以此類(lèi)推n個(gè)八邊形有n-1條邊重合，n個(gè)八邊形原來(lái)有8n條邊，減去重合的n-1條邊，那么就需要8n-（n-1）根小棒了。

筆者：你的想法很好啊，這個(gè)答案正好體現(xiàn)了你的思考過(guò)程。那老師所說(shuō)的7n+1是從你的答案化簡(jiǎn)來(lái)的嗎？

小朱：不是，老師是這樣講的：1個(gè)八邊形是8根，2個(gè)八邊形是15根，3個(gè)八邊形是22根，小棒的根數(shù)是八邊形個(gè)數(shù)的7倍多1，所以n個(gè)八邊形就是7n+1根。

筆者：你覺(jué)得，老師的答案比你的答案好嗎？

小朱：好。

筆者：老師講的思考方法和你的相比，誰(shuí)的好？

小朱：我的方法也挺好。要是我把答案化簡(jiǎn)一下就好了。

筆者：你覺(jué)得老師這樣批改有道理嗎？

小朱：應(yīng)該有吧。

……

這一段對(duì)話(huà)引起了筆者的思考。從上述對(duì)話(huà)中可以看出，小朱對(duì)這道題的思考是完全正確的，他發(fā)現(xiàn)了圖形的變化規(guī)律以及變化過(guò)程中小棒的排列特點(diǎn)，并且依據(jù)這種特點(diǎn)，很自然、很準(zhǔn)確地表征了小棒的根數(shù)與八邊形的個(gè)數(shù)之間的關(guān)系，顯得水到渠成。然而教師卻輕易地將孩子的答案判為錯(cuò)誤，毫無(wú)疑問(wèn)，教師的這種評(píng)判是不對(duì)的，這種誤判折射出了我們很多教師在認(rèn)識(shí)上的偏差。

一、 原生態(tài)表征與精致化表征孰高孰低

小朱所寫(xiě)出的答案8n-（n-1）可看成是一種對(duì)小棒根數(shù)與八邊形個(gè)數(shù)之間的數(shù)量關(guān)系的原生態(tài)表征，它是在學(xué)生觀察比較的基礎(chǔ)上，獨(dú)立探索、自主發(fā)現(xiàn)并表征出來(lái)的數(shù)量關(guān)系，反映出學(xué)生思維的原始性，它真實(shí)、自然地反映了學(xué)生的思維過(guò)程和對(duì)題中數(shù)量關(guān)系的理解，更多地體現(xiàn)了對(duì)思維過(guò)程的直接揭示；而從教師的角度理解，教師給出的答案7n+1可以看作是一種在學(xué)生原生態(tài)表征基礎(chǔ)上的進(jìn)一步精致化，更多地體現(xiàn)了對(duì)思維結(jié)果的形式化表達(dá)。

這兩種表征方式在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中都經(jīng)常地、大量地存在著，它們之間是否存在孰高孰低的問(wèn)題呢？

從表征的結(jié)果上看，它們都正確地揭示和反映了數(shù)量之間的本質(zhì)聯(lián)系；從表征的過(guò)程上看，兩種答案呈現(xiàn)出不盡相同的形成路徑：小朱的原生態(tài)表征是通過(guò)觀察，發(fā)現(xiàn)從第二個(gè)圖形開(kāi)始八邊形就重合在一起了，2個(gè)八邊形有1條邊重合，3個(gè)八邊形有2條邊重合，以此類(lèi)推n個(gè)八邊形有n-1條邊重合，n個(gè)八邊形有8n條邊，減去重合的n-1條邊，那么就需要8n-（n-1）根小棒了；教師的精致化表征是將每個(gè)圖形中的小棒個(gè)數(shù)寫(xiě)出來(lái)，然后發(fā)現(xiàn)1個(gè)八邊形是8根，2個(gè)八邊形是15根，3個(gè)八邊形是22根，從小棒根數(shù)與八邊形個(gè)數(shù)的數(shù)據(jù)內(nèi)部關(guān)系中得出：小棒的根數(shù)是八邊形個(gè)數(shù)的7倍多1，所以n個(gè)八邊形需要7n+1根小棒。它們都具有其特定的思維視角，各自從不同的角度揭示和反映了兩個(gè)數(shù)量之間的本質(zhì)聯(lián)系，應(yīng)該說(shuō)都具有獨(dú)特的內(nèi)在思維價(jià)值，而我們知道內(nèi)在價(jià)值是“無(wú)價(jià)之寶”，無(wú)價(jià)之寶是無(wú)法進(jìn)行比較的。從實(shí)際操作來(lái)看，精致化表征可以從數(shù)學(xué)情境中生成即直接建構(gòu)，如老師向?qū)W生介紹的這種思路；也可以已有的原生態(tài)表征為依托，通過(guò)引入數(shù)學(xué)元素進(jìn)行化簡(jiǎn)，形成更凝練的精致化表征即間接建構(gòu)，如小朱所理解的由8n-（n-1）到7n+1的化簡(jiǎn)過(guò)程，這種間接建構(gòu)既反映了二者之間的聯(lián)系，同時(shí)也是對(duì)原生態(tài)表征的內(nèi)在價(jià)值的充分肯定。

綜上所述，像本例中教師這樣“厚此薄彼”所作出的評(píng)判，視原生態(tài)表征為未完成品，而視精致化表征為成品，并將精致化表征視為唯一恰當(dāng)?shù)谋碚鳂邮降恼J(rèn)識(shí)無(wú)疑是錯(cuò)誤的。

二、 橫向數(shù)學(xué)化與縱向數(shù)學(xué)化何去何從

那么，在我們的教學(xué)實(shí)踐中，如何恰當(dāng)?shù)靥幚磉@兩種表征方式之間的關(guān)系才能更加有利于學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的完善，更加有利于學(xué)生思維的發(fā)展和數(shù)學(xué)能力的提升？筆者以為，將數(shù)量關(guān)系的原生態(tài)表征與精致化表征并重？并促進(jìn)兩者之間的互補(bǔ)與整合，無(wú)疑是數(shù)學(xué)教學(xué)明智的選擇。為何要并重，如何互補(bǔ)與整合？弗賴(lài)登塔爾的數(shù)學(xué)化思想應(yīng)該能給我們以一定的啟示。

弗賴(lài)登塔爾認(rèn)為：當(dāng)我們把數(shù)學(xué)當(dāng)成一種活動(dòng)，它的一個(gè)主要特征是數(shù)學(xué)化。數(shù)學(xué)化可分為橫向數(shù)學(xué)化與縱向數(shù)學(xué)化，橫向數(shù)學(xué)化注重從生活到數(shù)學(xué)，從現(xiàn)實(shí)情境到數(shù)學(xué)體系，而縱向數(shù)學(xué)化注是數(shù)學(xué)體系內(nèi)部的變換、重組。本例中，無(wú)論是原生態(tài)表征8n-（n-1），還是精致化表征7n+1，都可以直接從橫向數(shù)學(xué)化的維度得到，即都可以對(duì)圖形觀察、分析，然后抽象出關(guān)系；與此同時(shí)，精致化表征7n+1還可以通過(guò)將原生態(tài)表征8n-（n-1）以化簡(jiǎn)的方式進(jìn)行數(shù)學(xué)內(nèi)部的重組即縱向數(shù)學(xué)化的維度得到。

從橫向數(shù)學(xué)化和縱向數(shù)學(xué)化進(jìn)行分類(lèi)，數(shù)學(xué)教育可以分成四種類(lèi)型：缺少橫向數(shù)學(xué)化，也缺乏縱向數(shù)學(xué)化，是機(jī)械主義的教學(xué)；橫向數(shù)學(xué)化得到成長(zhǎng)，但縱向數(shù)學(xué)化不足，是經(jīng)驗(yàn)主義的教學(xué)；橫向數(shù)學(xué)化不足，但縱向數(shù)學(xué)化被培養(yǎng)起來(lái)，是結(jié)構(gòu)主義的教學(xué)；橫向數(shù)學(xué)化與縱向數(shù)學(xué)化都得到成長(zhǎng)，是現(xiàn)實(shí)主義的教學(xué)。當(dāng)下我國(guó)基礎(chǔ)教育數(shù)學(xué)課程改革倡導(dǎo)現(xiàn)實(shí)主義的教學(xué)，橫向數(shù)學(xué)化與縱向數(shù)學(xué)化要結(jié)伴而行、均衡發(fā)展。[1]

這樣，就從數(shù)學(xué)化的角度為我們提供了理論依據(jù)：數(shù)量關(guān)系表征應(yīng)該從單一的精致化轉(zhuǎn)向以?xún)烧卟⒅?，這就要求教師在教學(xué)實(shí)踐中必須重視學(xué)生的原生態(tài)表征，但又不能讓學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展僅僅停滯在“自發(fā)”的水平上，要及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生由原生態(tài)表征向精致化表征提升，并實(shí)現(xiàn)兩者的互補(bǔ)與整合。所以，當(dāng)學(xué)生得到原生態(tài)表征之后，教師可以通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)換思維方式從橫向數(shù)學(xué)化的維度直接構(gòu)建精致化的數(shù)量關(guān)系，也可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)過(guò)的數(shù)學(xué)定律、性質(zhì)對(duì)原生態(tài)的表征進(jìn)行形式化處理，從縱向數(shù)學(xué)化的維度邏輯推理出精致化的數(shù)量關(guān)系。但就這種間接建構(gòu)的方式而言，教師必須注意的是：盡管學(xué)生經(jīng)歷了由原生態(tài)向精致化的邏輯推理，但并不意味著學(xué)生隨之自然而然地建立起與精致化相對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)思想方法，還存在知識(shí)與方法“分離”的危險(xiǎn)。因此，對(duì)于形式化推演出來(lái)的精致化表征，教師應(yīng)及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生將其與數(shù)學(xué)概念、直觀圖形聯(lián)系起來(lái)綜合考查，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)、領(lǐng)悟和建立起與精致化表征相對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)思想方法，實(shí)現(xiàn)思維方式的轉(zhuǎn)換，建構(gòu)起精致化數(shù)量關(guān)系表征的完整意義。[2]

就本例而言，教師在評(píng)講試題時(shí)，一方面要充分肯定學(xué)生給出的這個(gè)答案，并鼓勵(lì)學(xué)生將這種答案及其思考過(guò)程向全體同學(xué)展示；另一方面，也要引導(dǎo)學(xué)生將這個(gè)答案進(jìn)一步化簡(jiǎn)為7n+1，使之在形式上更加簡(jiǎn)潔以體現(xiàn)數(shù)學(xué)的特征。更重要的是引導(dǎo)全體學(xué)生從題中的圖形出發(fā)，從不同的思維視角建構(gòu)起7n+1的實(shí)際意義。

方法一：根據(jù)題中的圖形，形成下列表格：

觀察表格中上下兩行數(shù)據(jù)之間的關(guān)系：8=7+1，15=7×2+1，22=7×3+1，……。從而得到：n個(gè)八邊形，小棒的根數(shù)是7n+1根。

方法二：將題中的圖分解如下，并逐一動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)：

引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)：1個(gè)八邊形，小棒根數(shù)是1+7根，2個(gè)八邊形，小棒根數(shù)是1+7×2根，3個(gè)八邊形，小棒根數(shù)是1+7×3根，……。從而得到：n個(gè)八邊形，小棒的根數(shù)是1+7n根。

從更高的層次來(lái)看，堅(jiān)持?jǐn)?shù)量關(guān)系原生態(tài)表征與精致化表征并重、橫向數(shù)學(xué)化與縱向數(shù)學(xué)化結(jié)合，不僅僅是為了學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的完善，更重要的是為了學(xué)生智慧的生成與發(fā)展。學(xué)生可以從多種角度去思考問(wèn)題，其思維視角是多向的，其思維方式是多樣的。如此的數(shù)學(xué)教學(xué)才能真正“使人具有活躍的智慧”，數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)才能真正成為“智慧之學(xué)”。

參考文獻(xiàn)

[1] 王永.尋找均衡的數(shù)學(xué)化[J].人民教育，2006（1）.

[2] 張彪.數(shù)量關(guān)系表征：原生態(tài)與精致化的辯證思考[J].福建教育（小學(xué)版），2007（12）.

【責(zé)任編輯：陳國(guó)慶】