劉瑋瑋 齊 晨
(北京市海淀區(qū)五一小學(xué) 北京 100039)
2011版《數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出:在數(shù)學(xué)課程中,應(yīng)當(dāng)注重發(fā)展學(xué)生的數(shù)感、符號(hào)意識(shí)、幾何直觀、運(yùn)算能力和模型思想等。在“數(shù)與代數(shù)”領(lǐng)域的教學(xué)中,教師可以借助直觀模型讓學(xué)生認(rèn)識(shí)數(shù)、表示數(shù)、比較數(shù)的大小并對(duì)數(shù)進(jìn)行運(yùn)算,提高課堂實(shí)效性。學(xué)生在借助直觀模型解決問(wèn)題的過(guò)程中,獲得活動(dòng)經(jīng)驗(yàn),發(fā)展數(shù)感及運(yùn)算能力。因此,本文以“數(shù)直線”這一直觀模型為例,試圖梳理了數(shù)直線模型在小學(xué)教學(xué)中的編排情況及實(shí)踐應(yīng)用。
所謂直觀模型,王長(zhǎng)沛教授有過(guò)這樣的論述:“結(jié)構(gòu)化的學(xué)習(xí)材料”。也就是,在認(rèn)識(shí)數(shù)、對(duì)數(shù)進(jìn)行運(yùn)算的過(guò)程中,在滿足學(xué)生需求的條件下,具備數(shù)的組成結(jié)構(gòu)十進(jìn)制特征的學(xué)習(xí)材料。在小學(xué)數(shù)學(xué)階段,教材呈現(xiàn)了大量的直觀模型幫助學(xué)生加深對(duì)數(shù)的認(rèn)識(shí),提升運(yùn)算能力,例如:小棒、計(jì)數(shù)器、人民幣、數(shù)直線模型等。
在這些直觀模型中,數(shù)直線模型較為特殊。數(shù)直線模型是“數(shù)軸”的雛形,它作為一種形象化的工具,將“數(shù)”與“形”完美結(jié)合,建立起“數(shù)”與“點(diǎn)”的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。學(xué)生借助數(shù)直線可以直觀的認(rèn)識(shí)數(shù),發(fā)現(xiàn)數(shù)與數(shù)之間的聯(lián)系。同時(shí),學(xué)生可以感受數(shù)直線所具備的連續(xù)性,逐漸體會(huì)數(shù)域的形成及擴(kuò)展過(guò)程。
因其自身特點(diǎn),數(shù)直線在數(shù)與代數(shù)領(lǐng)域?qū)W習(xí)中有著較為廣泛地應(yīng)用,很好地支撐了學(xué)生對(duì)數(shù)的認(rèn)識(shí)和運(yùn)算的理解。雖然數(shù)直線能夠清晰直觀的表示對(duì)應(yīng)關(guān)系,但從某種程度上講,數(shù)直線的抽象對(duì)于小學(xué)生而言是相對(duì)困難的地方。因此,在使用數(shù)直線模型的過(guò)程中,我們需要考慮到直觀模型的優(yōu)勢(shì),可以引用數(shù)直線把抽象的“數(shù)”以“形”的形式體現(xiàn)。同時(shí),需要考慮小學(xué)生的知識(shí)及年齡特點(diǎn),進(jìn)行有效篩選、編排,找到適合的教學(xué)內(nèi)容,再采取數(shù)直線模型來(lái)輔助教學(xué),逐步促進(jìn)學(xué)生數(shù)形結(jié)合思想的發(fā)展。
由于數(shù)直線模型本身具有一定抽象性,為了符合學(xué)生的成長(zhǎng)邏輯。思維層面,在教材的編排上,學(xué)生經(jīng)歷從“實(shí)物圖”到“數(shù)尺”再到“數(shù)直線”抽象的過(guò)程,逐漸感悟數(shù)直線的應(yīng)用價(jià)值,抽象數(shù)學(xué)本質(zhì),感悟數(shù)學(xué)思想。知識(shí)層面,無(wú)論是認(rèn)識(shí)數(shù)還是運(yùn)算數(shù)的過(guò)程,都積極引導(dǎo)學(xué)生在線上找到數(shù),適時(shí)將“數(shù)”與“形”進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。在認(rèn)識(shí)數(shù)本身和比較數(shù)大小的過(guò)程中,教材也注意引導(dǎo)學(xué)生借助數(shù)直線從自然數(shù)逐漸擴(kuò)充到小數(shù)、分?jǐn)?shù)的認(rèn)識(shí)和比較。學(xué)生能夠直觀的感受數(shù)域擴(kuò)充的過(guò)程,深化認(rèn)知。
2.1.1 認(rèn)識(shí)數(shù)本身
在小學(xué)階段,在認(rèn)識(shí)數(shù)的過(guò)程中,無(wú)論是自然數(shù)、小數(shù)、分?jǐn)?shù)還是正負(fù)數(shù),都會(huì)借助數(shù)直線模型來(lái)呈現(xiàn)。通過(guò)對(duì)北師版教材的梳理,我們發(fā)現(xiàn)教材的編排意圖不僅僅停留在認(rèn)識(shí)數(shù)直線,而充分將“數(shù)”與“形”結(jié)合,借助數(shù)直線來(lái)直觀的認(rèn)識(shí)數(shù),觀察數(shù)的特征,從而關(guān)注到數(shù)與數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。
尤其是在分?jǐn)?shù)意義的教學(xué)中,學(xué)生經(jīng)歷了將單位“1”平均分的過(guò)程,找到相應(yīng)份數(shù),從而用分?jǐn)?shù)表示。本單元的教學(xué)中難點(diǎn)在于學(xué)生容易忽略了分?jǐn)?shù)本身就是一個(gè)數(shù),教材此時(shí)讓學(xué)生在數(shù)直線上標(biāo)出分?jǐn)?shù),使其“數(shù)”的身份直觀地得以外顯。
2.1.2 比較數(shù)大小
學(xué)生在認(rèn)識(shí)數(shù)之后,將會(huì)對(duì)數(shù)進(jìn)行比較大小。由于數(shù)直線自身的特點(diǎn),它能夠直觀、清晰地體現(xiàn)出“數(shù)”與“點(diǎn)”在“線”上一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。同時(shí),數(shù)直線一般規(guī)定向右為正方向,也就是在直線上的數(shù)越往右數(shù)就越大。便于學(xué)生觀察數(shù)的大小,對(duì)數(shù)進(jìn)行比較,逐步發(fā)展數(shù)感。
2.1.3 極限思想
在小數(shù)部分教學(xué)中,學(xué)生理解0.1與0.2之間有無(wú)限個(gè)小數(shù)是教學(xué)難點(diǎn),這其中蘊(yùn)含了極限思想。那么對(duì)于這樣抽象的問(wèn)題,學(xué)生理解是必然有難度的。這就需要教師采用直觀的方法來(lái)將此問(wèn)題進(jìn)行外顯,此時(shí)數(shù)直線就可以清晰地表示這個(gè)過(guò)程。學(xué)生可以在數(shù)直線上無(wú)限地進(jìn)行平均分,平均分得越精細(xì),得到的小數(shù)單位就越小,最終借助數(shù)直線將極限思想外顯。
在數(shù)比較的過(guò)程中不僅有大有小,還有相等的可能,那數(shù)直線中可以表示相等的數(shù)嗎?答案是肯定的。數(shù)直線可以清晰的表示等值分?jǐn)?shù),學(xué)生能夠快速地找到四分之一、八分之二、十二分之三等,然后清晰地發(fā)現(xiàn)他們?cè)跀?shù)直線上的“點(diǎn)”是一致的,也就直觀地感受到了這三個(gè)分?jǐn)?shù)是等值的。小數(shù)部分也同樣如此,學(xué)生能夠一目了然地看到0.1、0.10、0.100在數(shù)直線上的位置,發(fā)現(xiàn)無(wú)論后邊添多少個(gè)0,數(shù)值都是一樣大的。
2.2.1 外顯運(yùn)算本質(zhì)
數(shù)直線在四則運(yùn)算中也發(fā)揮著不可替代的作用。四則運(yùn)算的意義是較為抽象的,而對(duì)于小學(xué)階段的學(xué)生而言,這樣的抽象對(duì)于他們本身就是一個(gè)難點(diǎn),同時(shí)還要面對(duì)遇到問(wèn)題選擇恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)算法則,這就需要對(duì)四則運(yùn)算的意義極為理解。那么面對(duì)抽象的意義學(xué)習(xí)就需要用數(shù)直線這樣的直觀模型來(lái)刻畫。在梳理教材中對(duì)于四則運(yùn)算意義的編排可以發(fā)現(xiàn),數(shù)直線作為直觀模型來(lái)輔助數(shù)的運(yùn)算,它將運(yùn)算的過(guò)程直觀呈現(xiàn),讓運(yùn)算的本質(zhì)外顯。
2.2.2 勾連運(yùn)算關(guān)系
在小學(xué)生的運(yùn)算中,加減乘除四種運(yùn)算各自有各自的意義,但是它們不是孤立存在著,它們的運(yùn)算意義之間具有密切的內(nèi)在聯(lián)系。而這種內(nèi)在聯(lián)系,小學(xué)生理解起來(lái)并不像我們想象的那樣容易,此時(shí)我們不妨把它放在數(shù)直線上,讓學(xué)生逐步感受,引發(fā)他們產(chǎn)生對(duì)四種運(yùn)算內(nèi)在關(guān)聯(lián)的思考。
如上圖,在數(shù)直線上,加法就是向正方向不斷累加的過(guò)程,當(dāng)在數(shù)直線上逐漸向正方向按相同距離累加時(shí)就延伸出了乘法的意義;如果將數(shù)向相反的方向減少(距離可等可不等),就產(chǎn)生了減法,而除法就可以理解為這樣的反方向、等距離減少。因此,數(shù)直線可以直觀地使學(xué)生觀察到每種運(yùn)算的過(guò)程,很好地外顯出四則運(yùn)算的內(nèi)在聯(lián)系,有效發(fā)展學(xué)生的運(yùn)算能力。
3.1.1 低年級(jí)加減法問(wèn)題中的應(yīng)用
在北師大版二年級(jí)下冊(cè)加與減單元中,教材編排了三位數(shù)加與減的方法教學(xué)。在直觀模型的使用中,教材著重滲透了數(shù)直線的使用。例如“453+129=”,首先引導(dǎo)學(xué)生在數(shù)直線上的起點(diǎn)標(biāo)為453,再將129拆分成100、20和9,同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生在數(shù)直線上注意100、20和9的距離長(zhǎng)短,最終依次累加找到答案。在這個(gè)過(guò)程中,不僅關(guān)注到了數(shù)直線的使用,還關(guān)注到了將“數(shù)”用“形”的形式外顯,最終解決問(wèn)題。同時(shí),引導(dǎo)學(xué)生在累加的過(guò)程中注意距離的長(zhǎng)短,發(fā)展運(yùn)算能力的同時(shí),借助直觀來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)感。
3.1.2 近似數(shù)的學(xué)習(xí)
(1)四舍五入。在小學(xué)階段,“四舍五入”求取近似數(shù)是學(xué)生心中的一種規(guī)則。到底為什么會(huì)有這樣的規(guī)則?為什么要求取近似值時(shí)要“四舍五入”?其實(shí),學(xué)生是不能理解的。而“四舍五入”的背后是有道理的,我們應(yīng)該讓孩子們?nèi)ジ惺堋⑷ンw會(huì),從而理解“四舍五入”的本質(zhì)。因此,我們嘗試用數(shù)直線幫助學(xué)生理解求近似數(shù)時(shí)“四舍五入”的方法。以下是教學(xué)中的一個(gè)活動(dòng),這個(gè)活動(dòng)內(nèi)容在于讓學(xué)生借助數(shù)直線理解“大約40人”的含義:
教師:咱們年級(jí)有一個(gè)班大約40人,你覺(jué)得他們班可能有多少人?請(qǐng)你認(rèn)真思考,試著在黑板上的數(shù)直線中標(biāo)一標(biāo),并說(shuō)說(shuō)你的想法。
預(yù)設(shè)①:我標(biāo)了39,因?yàn)?9離40比較近。
預(yù)設(shè)②:我標(biāo)了38,因?yàn)?8離40只差兩人。
……
預(yù)設(shè)③:我標(biāo)了34,我覺(jué)得34也有可能。
教師追問(wèn):34真的可以嗎?
預(yù)設(shè):我覺(jué)得不可以,因?yàn)槲覀儚臄?shù)直線上觀察到34離30更近一些。
教師追問(wèn):還有其他想要補(bǔ)充的嗎?
預(yù)設(shè)④:那35到底是近似成30還是40呢?我從數(shù)直線中看到,35離30或者40的距離是一樣的。這該怎么辦呢?
教師:那我們?yōu)榱朔奖?,我們定一個(gè)規(guī)則進(jìn)行統(tǒng)一,我們把35近似成40。
預(yù)設(shè)⑤:我明白了!45雖然離40和50的距離是一樣的,但按照剛才的規(guī)則,我們把45近似成50。
預(yù)設(shè)⑥:所以能夠近似成40的數(shù)分別是44、43、42、41、39、38、37、36、35。
設(shè)計(jì)意圖:本環(huán)節(jié)通過(guò)學(xué)生間的合作學(xué)習(xí)討論,讓學(xué)生感受到“四舍五入”方法的來(lái)源,加深本身對(duì)近似數(shù)的認(rèn)識(shí),在這個(gè)過(guò)程中借助數(shù)直線模型讓學(xué)生初步感知數(shù)域。
在教學(xué)中,我們借助數(shù)直線直觀從接受規(guī)則到自主生發(fā),“四舍五入”水到渠成,最終理解“近似數(shù)”的實(shí)質(zhì)。同時(shí),在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生從能夠主動(dòng)產(chǎn)生“四舍五入”的需求。這個(gè)過(guò)程,已經(jīng)悄無(wú)聲息地讓學(xué)生心中的“規(guī)則”轉(zhuǎn)變成了“需求”。
(2)截取近似數(shù)難點(diǎn)(最大值、最小值)。在近似數(shù)部分的學(xué)習(xí)中,學(xué)生對(duì)于尋找一個(gè)具體數(shù)的最大、最小近似數(shù)是難點(diǎn)。學(xué)生經(jīng)常在“忽略‘四舍’、找不到真正的極值”等問(wèn)題出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此,我們借助數(shù)直線直觀地將“數(shù)”與“形”結(jié)合,嘗試突破難點(diǎn)。教學(xué)前,學(xué)生在潛意識(shí)里認(rèn)為,數(shù)直線上標(biāo)出2萬(wàn)的近似數(shù)是點(diǎn)狀的,而在實(shí)際學(xué)習(xí)過(guò)程中他們逐步認(rèn)識(shí)到,其實(shí)這些點(diǎn)是連續(xù)的,是密集存在的,是可以從區(qū)間(區(qū)域)的角度去思考以及認(rèn)識(shí)的。這是一個(gè)新的視角,一次新的成長(zhǎng)!因此我認(rèn)為,近似數(shù)的學(xué)習(xí)是學(xué)生對(duì)數(shù)認(rèn)識(shí)的一次飛躍——從“點(diǎn)狀分布”認(rèn)識(shí)飛躍到“區(qū)間線狀分布”認(rèn)識(shí)。以下是教師在具體課堂教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中的主要環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)以及師生的交流情況:(見(jiàn)表1)。
表1
學(xué)生首先在數(shù)直線直觀找到20000左右的兩個(gè)數(shù)可能是近似數(shù)。在教師的引導(dǎo)下,學(xué)生逐漸直觀發(fā)現(xiàn)20000的近似數(shù)有無(wú)限多個(gè),同時(shí)還能在數(shù)直線上找到一一對(duì)應(yīng)。學(xué)生在這個(gè)從點(diǎn)狀分布逐漸探究到線狀分布的過(guò)程中,借助數(shù)直線模型發(fā)展學(xué)生的極限思維。一條數(shù)直線讓學(xué)生從有限個(gè)數(shù)發(fā)展到無(wú)限個(gè)數(shù),思維上從“點(diǎn)”勾連到“線”,從“線”上升到“范圍”。
3.1.3 正負(fù)數(shù)的認(rèn)識(shí)
(1)認(rèn)識(shí)意義。對(duì)于小學(xué)階段“數(shù)與代數(shù)”部分的知識(shí)內(nèi)容來(lái)說(shuō),負(fù)數(shù)的認(rèn)識(shí)與之前其他數(shù)的認(rèn)識(shí)不同。它會(huì)讓學(xué)生看到之前學(xué)習(xí)的所有數(shù)都可以找到與之意義相反的數(shù)。對(duì)于負(fù)數(shù)認(rèn)識(shí)本身而言,學(xué)生的正確認(rèn)識(shí)以及充分理解會(huì)直接作用于他們對(duì)正數(shù)的理解,并進(jìn)一步豐富、加深對(duì)前面所學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)。在認(rèn)識(shí)負(fù)數(shù)的教學(xué)過(guò)程中,教師既要從生活中引入負(fù)數(shù),還要讓學(xué)生直觀地看到負(fù)數(shù)的所在位置。因此,數(shù)直線作為一條直線,它可以向反方向無(wú)限延長(zhǎng),這一特點(diǎn)能夠幫助學(xué)生直接在線上找到對(duì)應(yīng)的點(diǎn)來(lái)表示負(fù)數(shù)。學(xué)生經(jīng)歷在數(shù)直線上找負(fù)數(shù)的活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)后,將會(huì)對(duì)正數(shù)、負(fù)數(shù)的意義理解得更深刻。
(2)三個(gè)“蘊(yùn)伏”?;谪?fù)數(shù)本身的特點(diǎn),它與正數(shù)是不可分割的,需要捆綁在一起進(jìn)行研究。然而對(duì)于正負(fù)數(shù)的學(xué)習(xí)主要處在初中階段,那么對(duì)于小學(xué)階段學(xué)生能否主動(dòng)產(chǎn)生對(duì)正負(fù)數(shù)的感知呢?答案是一定的。在小學(xué)階段,負(fù)數(shù)教學(xué)中數(shù)直線模型蘊(yùn)伏著相反數(shù)、絕對(duì)值和正負(fù)數(shù)運(yùn)算的認(rèn)識(shí)。
負(fù)數(shù)自身具有豐富的內(nèi)涵,在小學(xué)學(xué)習(xí)中可以借助數(shù)直線予以適當(dāng)蘊(yùn)伏,為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。在教學(xué)中,當(dāng)學(xué)生將一些正負(fù)數(shù)標(biāo)在數(shù)直線上時(shí),教師引導(dǎo)學(xué)生觀察(如圖1):它們到0的距離誰(shuí)更遠(yuǎn)?誰(shuí)更近?適時(shí)蘊(yùn)伏絕對(duì)值;教學(xué)中,教師有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生將相反數(shù)一對(duì)一對(duì)地標(biāo)在數(shù)直線上(如圖2),使學(xué)生直觀看到其與原點(diǎn)“0”的距離相同,蘊(yùn)伏相反數(shù);在充分觀察交流正負(fù)數(shù)的過(guò)程中,蘊(yùn)伏正負(fù)數(shù)運(yùn)算(如圖3)。
數(shù)直線的使用不僅存在于課堂教學(xué)中,在評(píng)價(jià)中也能看到數(shù)直線模型的身影。然而數(shù)直線不是應(yīng)用于評(píng)價(jià)中,而是在應(yīng)用中借助它來(lái)考查學(xué)生對(duì)于數(shù)本身、數(shù)運(yùn)算的認(rèn)識(shí)。例如在從教材的編排以及海淀區(qū)七年級(jí)監(jiān)測(cè)的試卷中均有涉及。
以海淀區(qū)七年級(jí)監(jiān)測(cè)為例進(jìn)行說(shuō)明:本題考察了學(xué)生對(duì)小數(shù)、分?jǐn)?shù)數(shù)值大小的判斷及四則運(yùn)算意義的理解。如果不借助數(shù)直線模型進(jìn)行評(píng)價(jià),可能會(huì)出現(xiàn)填比較符號(hào)判斷數(shù)值大小,將所給數(shù)進(jìn)行排隊(duì)等題型。當(dāng)把這些“數(shù)”放在數(shù)直線上,讓這個(gè)“數(shù)”的大小通過(guò)它體現(xiàn)出來(lái)。“m、n”在0和1之間,那它們一定是大于0小于1的小數(shù)或者真分?jǐn)?shù)。同時(shí),借助數(shù)直線進(jìn)行評(píng)價(jià),“m、n、t”本身沒(méi)有具體數(shù)字,學(xué)生需要根據(jù)圖意進(jìn)行設(shè)數(shù)或者真正結(jié)合四則運(yùn)算意義出發(fā)判斷數(shù)值大小。這種抽象的考察方式,對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是對(duì)數(shù)的認(rèn)識(shí)、四則運(yùn)算意義的真正理解。這些都是學(xué)生在數(shù)直線中提取到的數(shù)學(xué)信息。而提取這些信息的過(guò)程,就是學(xué)生對(duì)于數(shù)的認(rèn)識(shí)。
而學(xué)生們這些認(rèn)識(shí)就是源自于平時(shí)練習(xí)中把“數(shù)”放在數(shù)直線上,將“數(shù)”與“形”結(jié)合角度理解數(shù)和運(yùn)算。因此,評(píng)價(jià)是一種教學(xué)導(dǎo)向,測(cè)查學(xué)生學(xué)習(xí)能力的一種方式。作為教師,隨著學(xué)生年齡的增長(zhǎng),我們也需要借助數(shù)直線模型幫助學(xué)生更深入理解數(shù)、理解運(yùn)算意義,最終提升運(yùn)算能力和數(shù)感。
數(shù)直線這一直觀模型很好地支撐了學(xué)生對(duì)數(shù)意義以及數(shù)運(yùn)算的認(rèn)識(shí)與理解,可以使學(xué)生的學(xué)習(xí)有機(jī)會(huì)向縱深處不斷邁進(jìn)。數(shù)直線是數(shù)軸的雛形,而數(shù)軸在學(xué)生的后續(xù)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中具有重要的價(jià)值。小學(xué)階段數(shù)直線的理解與運(yùn)用會(huì)為學(xué)生積累寶貴的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn),因此我們?cè)诮虒W(xué)中要給予應(yīng)有的重視,適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用數(shù)直線表達(dá)思考,深入探究。與此同時(shí)還要注意不要將數(shù)直線過(guò)早地抽象到數(shù)軸的高度,在應(yīng)用數(shù)直線的過(guò)程中,也不要過(guò)早地讓數(shù)直線模式化。我們可以適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中進(jìn)行有效創(chuàng)造,使他們能夠更豐富、更深入地理解、認(rèn)識(shí)以及解決問(wèn)題。
通過(guò)對(duì)數(shù)直線的思考與課堂實(shí)踐,我發(fā)現(xiàn):一條簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的數(shù)直線,架起了抽象與直觀之間的橋梁,數(shù)與數(shù)之間的橋梁,知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)之間的橋梁,能力與思維的橋梁,對(duì)提升學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)揮了積極而重要的作用。作為教師的我,也在數(shù)直線的研究中與孩子們一起真切地體驗(yàn)著,真實(shí)地收獲著,不斷地成長(zhǎng)著……