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漫談小學數(shù)學思想及其在教學中的滲透的論文
摘要:數(shù)學思想是從某些具體數(shù)學認識過程中提煉和概括,在后繼的認識活動中被反復證實其正確性,帶有一般意義和相對穩(wěn)定的特征。在小學數(shù)學教育中有意識地向學生滲透一些基本數(shù)學思想方法是提高學生數(shù)學能力和思維品質的重要手段,是數(shù)學教育中實現(xiàn)從傳授知識到培養(yǎng)學生分析問題、解決問題能力的重要思維活動,且它本身也蘊涵了情感素養(yǎng)的熏染。這點也是新課程標準充分強調的。
關鍵詞:數(shù)學思想;滲透;符號思想;類比思想;分類思想;方程與函數(shù)思想;建模思想。
數(shù)學思想是從某些具體數(shù)學認識過程中提煉和概括,在后繼的認識活動中被反復證實其正確性,帶有一般意義和相對穩(wěn)定的特征。它揭示了數(shù)學發(fā)展中普遍的規(guī)律,對數(shù)學的發(fā)展起著指引方向的作用,它直接支配著數(shù)學的實踐活動,是數(shù)學的靈魂。而數(shù)學方法則體現(xiàn)了數(shù)學思想,在自然辯證法一書的導言中,恩格斯敘述了笛卡兒制定了解析幾何,耐普爾制定了對數(shù),來布尼茨和牛頓制定了微積分后指出:“最重要的數(shù)學方法基本上被確定了”,對數(shù)學而言,可以說最重要的數(shù)學思想也基本上被確定了。
《九年制義務教育全日制小學數(shù)學課程標準》(試驗稿)提出:“學生通過學習,能夠獲得適應未來社會生活和進一步發(fā)展所必需的重要數(shù)學知識以及基本的數(shù)學思想方法!币虼耍谛W數(shù)學教學階段有意識地向學生滲透一些基本數(shù)學思想方法可以加深學生對數(shù)學概念、公式、定理、定律的理解,是提高學生數(shù)學能力和思維品質的重要手段,是數(shù)學教育中實現(xiàn)從傳授知識到培養(yǎng)學生分析問題、解決問題能力的重要途徑,也是小學數(shù)學教學進行素質教育的真正內(nèi)涵之所在。在小學階段,數(shù)學思想主要有符號思想、類比思想、分類思想、方程與函數(shù)思想、建模思想等。
一、符號思想
西方較早地在數(shù)學研究中引進了符號,十六世紀數(shù)學家韋達對數(shù)學符號作了很多改進,并且第一個有意識地系統(tǒng)地用字母表示已知數(shù)、未知數(shù)及其乘冪,帶來了代數(shù)學研究的重大拓展,奠定了符號代數(shù)的基礎,后來大數(shù)學家笛卡兒對韋達使用的字母又作了改進。用符號化的語言(包括字母、數(shù)字、圖形和各種特定的符號)來描述數(shù)學的內(nèi)容,這就是符號思想。在數(shù)學中各種量的關系,量的變化以及量與量之間進行推導和演算,都是用小小的字母表示數(shù),以符號的濃縮形式來表達大量的信息,如乘法分配律(a+b)×c=a×c+b×c,這里的a、b、c不僅可以表示1、2、3,也可以表示4、5、6、7……長方形的面積計算公式s=a×b,不管世界上有多少個不同的長方形,都可用它計算出來。又如在“有余數(shù)的除法”教學中,最后出現(xiàn)一道思考題:“六一”聯(lián)歡會上,小明按照3個紅氣球、2個黃氣球、1個藍氣球的順序把氣球串起來裝飾教室。你能知道第24個氣球是什么顏色的嗎?解決這個問題,學生可以有多種方法。如,用書寫簡便的字母a、b、c分別表示紅、黃、藍氣球,則按照題意可以轉化成如下符號形式:aaabbc aaabbc aaabbc……從而可以直觀地找出氣球的排列規(guī)律,并推出第24個氣球是藍色的。
上例所分析的這些都是符號思想的具體體現(xiàn),它們將所有的數(shù)據(jù)實例集為一體,把復雜的語言文字敘述用簡潔明了的字母公式表示出來,便于記憶,便于運用,正如華羅庚所說的“數(shù)學的特點是抽象,正因為如此,用符號表示就更具有廣泛的應用性與優(yōu)越性”。這種用符號來體現(xiàn)的數(shù)學語言是世界性語言,是一個人數(shù)學素養(yǎng)的綜合反映。
把客觀存在的事物和現(xiàn)象及它們相互之間的關系抽象概括為數(shù)學符號和公式,有一個從具體到表象再抽象符號化的過程,小學生在數(shù)學學習中,從接受到運用會遇到較多的困難,需要教師在平時地教學中,從介紹字母使用的歷史入手,循循善誘,加強培養(yǎng)和訓練。
二、類比思想
數(shù)學上的類比思想是指依據(jù)兩類數(shù)學對象的相似性,有可能將已知的一類數(shù)學對象的性質遷移到另一類數(shù)學對象上去的思想,它能夠解決一些表面上看似復雜困難的問題。就遷移過程來分,有些類比十分明顯、直接、比較簡單,如由加法交換律a+b=b+a的學習遷移到乘法分配律a×b=b×a的學習;而有些類比需在建立抽象分析的基礎上才能實現(xiàn),比較復雜。
例如有這么一道數(shù)學奧林匹克競賽題:某科學考察組進行科學考察,要越過一座山。上午8時上山,每小時行3千米,到達山頂時休息1小時。下山時,每小時行5千米,下午2時到達山底。全程共行了19千米。上山和下山的路程各是多少千米?分析:此題表面上看似一道行程問題,但實質上只不過是一道典型的“雞兔同籠”問題的變化題型。其特征是:
(1)已知兩種事物的單值:上山速度為3千米;下山速度為5千米。
(2)已知這兩種不同事物的總個數(shù):除去休息1小時的5小時;全程19千米。
(3)要求的是這兩種不同事物的個數(shù):上山和下山的時間各是多少?可見此題的解答方法與"雞兔同籠"問題的解答方法完全相同。假設5小時都是上山時間,則共走路程為3×5=15(千米),比實際走的19千米少了19-15=4(千米),原因是由于把下山時間也當作了上山時間,則下山時間為4÷(5-3)=2(小時)。從而可以推出下山路程是5×2=10(千米),上山路程是19-10=9(千米)。當然我們也可以假設5小時都是下山時間來類推求解。數(shù)學中所有公式定理的運用就是類比思想的直接反映。
目前,小學數(shù)學教材中類比思想的內(nèi)容很多,雜志上發(fā)表得較多的某些定理,問題的延伸,推論,拓廣也是類比思想的反映,這就要求教師去發(fā)掘去實施,如長方形的面積公式為長×寬=a×b,通過類比,三角形的面積公式也可以理解為長(底)×寬(高)÷2=a×b(h)÷2。類似的,圓柱體體積公式為底面積×高,那么錐體的體積可以理解為底面積×高÷。類比思想不僅使數(shù)學知識容易理解,而且使公式的記憶變得順水推舟得自然和簡潔,從而可以激發(fā)起學生的創(chuàng)造力,正如數(shù)學家波利亞所說:"我們應該討論一般化和特殊化和類比的這些過程本身,它們是獲得發(fā)現(xiàn)的偉大源泉。"
三、分類思想
數(shù)學中每一個概念都有其特有的本質特征,它又是按照一定的規(guī)律擴展變化的,它們之間都存在著質變到量變的關系。要正確的認識這些概念,就需要具體的概念依據(jù)具體的標準具體分析,這就是數(shù)學的分類思想,是指按某種標準,將研究地數(shù)學對象分成若干部分進行分析研究。
一般我們分類時要求滿足互斥,無遺漏、最簡便的原則。如整數(shù)以能否被2整除為例,可分為奇數(shù)和偶數(shù);若以自然數(shù)的約數(shù)個數(shù)來分類,則可分為質數(shù)、合數(shù)和1。幾何圖形中的分類更常見,如學習"角的分類"時,涉及到許多概念,而這些概念之間的關系滲透著量變到質變的規(guī)律。其中幾種角是按照度數(shù)的大小,從量變到質變來分類的,由此推理到在三角形中以最大一個角大于、等于和小于90°為分類標準,可分為鈍角三角形、直角三角形和銳角三角形。而三角形以邊的長短關系為分類標準,又可分為不等邊三角形和等邊三角形,等邊三角形又可分為正三角形和等腰三角形。不同的分類標準會有不同的分類結果,從而產(chǎn)生新的數(shù)學概念和數(shù)學知識的結構。 由于分類討論,一則在學習數(shù)學的過程中,學生潛移默化地受到了辨證唯物主義思想的啟蒙教育;又一則對學生能力有明顯的區(qū)別功能,再加上現(xiàn)實世界需要分類研究的普遍性,作為一種數(shù)學思想必然會引起人們的重視。
例如在教學多位數(shù)讀寫法后,設計了這樣一道開放題:下面五張卡片上分別寫有數(shù)字0、0、1、2、3,可以利用它們組成許多不同的五位數(shù),求所有五位數(shù)的平均數(shù)。分析:以最高位上的數(shù)字為標準,把所有能組成的五位數(shù)分成三類,再依從小到大的順序列表如下。
。1)10023(2)20013(3)30012
100322003130021
102032010330102
102302013030120
103022030130201
103202031030210
120032100331002
120302103031020
123002130031200
130022300132001
130202301032010
132002310032100
這36個數(shù)的平均數(shù),萬位上的數(shù)字是2,可由(1+2+3)÷3=2確定,其他數(shù)位上的數(shù)字都是1,可由(1+2+3)×6÷36=1確定。平均數(shù)是21111。
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