邵陳標(biāo)
(寧波市江北區(qū)第二實(shí)驗(yàn)小學(xué),浙江 寧波 315021)
“問題解決”是20世紀(jì)80年代以來國際數(shù)學(xué)教育發(fā)展的核心,是數(shù)學(xué)教育改革的重要趨勢。英國Cockcroft報(bào)告指出:那種把數(shù)學(xué)用之各種情況的能力,我們叫作問題解決能力。鄭毓信教授認(rèn)為,“問題解決”即是指如何綜合地、創(chuàng)造性地運(yùn)用各種已有的數(shù)學(xué)知識和方法去解決那種非單純練習(xí)題式的問題(包括實(shí)際問題和源于數(shù)學(xué)內(nèi)部的問題)。主張以“問題解決”作為學(xué)校數(shù)學(xué)教育的中心,提倡讓學(xué)生通過“問題解決”來學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。[1]
《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》對“問題解決”目標(biāo)提出了“獲得分析問題和解決問題的一些基本方法,體驗(yàn)解決問題方法的多樣性,發(fā)展創(chuàng)新意識”的要求。[2]這一目標(biāo)的實(shí)質(zhì)是形成問題解決的策略意識?!皢栴}解決策略”基本含義是指解決數(shù)學(xué)問題的全過程中,借以思考和假設(shè),選擇和采取的解決方法與步驟,是對解決數(shù)學(xué)問題途徑的概括性認(rèn)識。
策略的選擇在問題解決過程中起著極為重要的作用,策略應(yīng)用的好壞直接影響著問題的解決。小學(xué)生的數(shù)學(xué)問題解決策略,是在長期的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中,通過不斷地進(jìn)行解題練習(xí)而逐漸發(fā)展起來的。數(shù)學(xué)問題解決策略的作用在于減少數(shù)學(xué)問題解決中嘗試與錯(cuò)誤的任意性、盲目性,節(jié)約解決問題所需要的時(shí)間,提高解決問題的成功概率。
數(shù)學(xué)教育家波利亞(G.Polya)在《怎樣解題》中將數(shù)學(xué)問題解決過程分為四個(gè)階段,即弄清問題、擬訂計(jì)劃、實(shí)現(xiàn)計(jì)劃和回顧與反思。在問題解決的過程中,學(xué)生應(yīng)逐步發(fā)展各種數(shù)學(xué)思考的基本方法,如歸納、類比、猜想與論證等。問題解決的過程也是學(xué)生思維發(fā)展的過程,不僅能發(fā)展學(xué)生的策略性知識,還有助于發(fā)展學(xué)生思維的新穎性和獨(dú)創(chuàng)性。因此,教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的思維特點(diǎn),對學(xué)生進(jìn)行問題解決策略的傳授和訓(xùn)練,使學(xué)生掌握常見的問題解決的策略,引導(dǎo)學(xué)生從數(shù)學(xué)的角度看問題,以數(shù)學(xué)的眼光分析問題,經(jīng)歷對信息的收集、整理、處理的過程,對解題思路的猜想、嘗試、推理的過程,對解題方法的比較、反思、驗(yàn)證的過程,幫助學(xué)生提高問題解決能力,發(fā)展數(shù)學(xué)思維能力。
畫圖是一項(xiàng)具體化的策略,包括畫線段圖、實(shí)物圖、示意圖、韋恩圖等。畫圖作為解決問題的有效策略,借助幾何直觀地把復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題變得簡明、形象,有助于探索解決問題的思路,預(yù)測結(jié)果,從而促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)問題的解決。畫圖又是一個(gè)“去情景化”的過程,有利于提煉關(guān)系并直觀表達(dá),符合小學(xué)生思維特點(diǎn)。教師應(yīng)重視引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)常運(yùn)用“示意圖、線段圖”等直觀手段,逐步學(xué)習(xí)“韋恩圖、長方形圖”等,幫助學(xué)生理解問題、分析數(shù)量關(guān)系,逐步形成圖示表征的策略。
首先,說說示意圖的教學(xué)。示意圖的教學(xué)從一年級開始就應(yīng)滲透,小學(xué)階段幾乎都可以用示意圖表示數(shù)量關(guān)系。如引導(dǎo)學(xué)生畫圖表示數(shù),畫圖說明計(jì)算結(jié)果等,在解決實(shí)際問題時(shí),可以讓學(xué)生用自己喜歡的方式把“應(yīng)用題”畫出來。例如:三年級“用連除解決問題”時(shí),為更清晰地呈現(xiàn)實(shí)際情境,凸顯數(shù)量關(guān)系,我們改編了教材集體舞的情境圖,采用上海世博會的情境,在情境圖基礎(chǔ)上出示完整問題:
一共有32個(gè)海寶機(jī)器人參加巡游,排成2隊(duì),每隊(duì)有4行。平均每行有幾個(gè)海寶機(jī)器人?
學(xué)生獨(dú)立解答后用圖交流反饋:
生1:用32÷2=16(個(gè)),先求出每隊(duì)有16個(gè),再根據(jù)每隊(duì)有4行,用16÷4=4(個(gè))求出每行有4個(gè)。
生2:32÷4÷2=4(個(gè)),先算出一大行有8個(gè),再根據(jù)有2隊(duì),用8÷2=4(個(gè))算出每行有4個(gè)。
生3:32÷(2×4)=4(個(gè)),先算出一共有幾行,再求出每行有幾個(gè)。
結(jié)合學(xué)生反饋,課件演示:
方法一:32÷2÷4=4(個(gè))(參見圖1)
方法二:32÷4÷2=4(個(gè))(參見圖2)
方法三:32÷(2×4)=4(個(gè))(參見圖3)
上述教學(xué)案例中,“數(shù)形結(jié)合”無疑是幫助學(xué)生理解題意、理清思路的好方法。教學(xué)時(shí)先采用長方形直觀圖與算式相結(jié)合,學(xué)生在圖中圈一圈,溝通數(shù)與圖的關(guān)系,清晰表達(dá)解題思路。再通過課件演示,逐步從直觀圖抽象到矩形圖,至此,在學(xué)生頭腦中初步建立“連除就是連續(xù)兩次平均分”的清晰數(shù)學(xué)模型。學(xué)生經(jīng)歷從獨(dú)立解題到厘清語言表述思路,再到提煉數(shù)量關(guān)系,最后歸納解題策略的三個(gè)過程,從而掌握連除解決問題的基本思路??梢?,直觀示意圖幫助學(xué)生搭建起解決問題的腳手架,降低了學(xué)生建構(gòu)新知的難度。
其次,理一理線段圖的教學(xué)。線段圖是小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中經(jīng)常采用的解決問題的有效手段。把握線段圖的尺度是個(gè)焦點(diǎn)問題,主要是何時(shí)教?怎樣教?這里會有種種誤區(qū):有的教師認(rèn)為線段圖太重要了,應(yīng)該從一年級開始就教,而且要補(bǔ)充課時(shí);有的認(rèn)為從中年級開始,教材有就教,沒有就不教;有的則認(rèn)為低年級數(shù)學(xué)問題過于簡單,無須線段圖,可從高年級開始教。筆者認(rèn)為,問題不在于何時(shí)教,而是如何根據(jù)學(xué)生的心理特點(diǎn),在遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的基礎(chǔ)上逐步滲透。實(shí)踐表明,從三年級“求一個(gè)數(shù)的幾倍是多少”開始教線段圖,優(yōu)勢比較明顯。人教版教材從三年級上冊“倍的認(rèn)識”單元首次出現(xiàn)正式的線段圖(教材圖略)。筆者在教學(xué)本單元時(shí),采用逐步滲透的方法教學(xué):在第一課時(shí)“倍的認(rèn)識”教學(xué)時(shí),在桌上擺出與教材“做一做”類似的實(shí)物圖,到紙上畫出簡單的示意圖;第二課時(shí)在解決例2“求一個(gè)數(shù)是另一個(gè)數(shù)的幾倍”時(shí),引導(dǎo)學(xué)生先畫出示意圖,不少學(xué)生覺得畫出一個(gè)個(gè)人太麻煩,于是有用畫圓代替的,有用小棒表示的,也有用線段表示的,自然地引出線段圖表示法;到例3教學(xué)時(shí),無法再用示意圖來表示數(shù)量關(guān)系了,于是線段圖正式登場,真正成為學(xué)生的內(nèi)在需要。因此,首先要激發(fā)學(xué)生畫圖的需要;其次要從低年級開始逐步滲透,從簡單題型開始,從畫簡單示意圖開始,指導(dǎo)學(xué)生畫線段圖表征數(shù)量關(guān)系。這樣從示意圖,再到線段圖,最后要讓線段圖成為學(xué)生自覺構(gòu)造的直觀手段,逐步形成畫線段圖的意識與習(xí)慣。
新修訂的人教版教材十分重視以列表的策略解決問題。(列表策略在新教材中的安排大致情況參見表1)
列表作為小學(xué)數(shù)學(xué)問題解決的重要策略,不再拘泥于刻板的解題形式,有利于釋放學(xué)生的思維活力,提高學(xué)生解決問題的興趣。列表策略的作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:第一,學(xué)生通過列表枚舉出符合條件的一些結(jié)果,然后通過驗(yàn)證從中選擇最佳的答案;第二,將問題中的信息用表格的形式加以整理,既起到整理信息的作用,也有助于通過推理探索出解決問題的思路。
有些數(shù)學(xué)問題的解答,需要根據(jù)條件和結(jié)論之間的邏輯關(guān)系,通過推理找到答案。邏輯推理要求以正確的判斷為前提,從正確的前提出發(fā),才能推出正確的結(jié)論。例如:在二下“數(shù)學(xué)廣角”中引入了簡單邏輯推理問題,通過列表推理解答,既能體現(xiàn)推理過程,又能呈現(xiàn)推理結(jié)果,豐富學(xué)生問題解決的方法。
圖1
圖2
圖3
枚舉即一一列舉,又稱窮舉法。用枚舉法解決問題,最簡單的是將問題的所有答案依次列舉出來,更簡單的是將問題可能的答案一一列舉,并根據(jù)約束條件判斷、篩選答案。枚舉是最原始、有時(shí)也是最管用的一種方法,就是列舉所有的可能性,然后在這些可能答案中,找出一個(gè)或幾個(gè)符合題意的答案。小學(xué)階段問題解決中的“枚舉法”的特點(diǎn)是由淺入深,由易到難,逐步優(yōu)化,通常輔以列表或圖示來列舉。以下是對教材運(yùn)用枚舉策略的簡單梳理:一下第五單元例7,“13元正好買哪兩種雜志?”采用的就是嘗試、有序列舉的方法,初步滲透枚舉法;二上數(shù)學(xué)廣角搭配(一),則用列表法將組成兩位數(shù)的各種情況列舉出來;三上第三單元出現(xiàn)列表一一列舉所有答案,正式訓(xùn)練運(yùn)用列表法解決問題;三下第八單元數(shù)學(xué)廣角中,進(jìn)一步用圖示有序列舉解決搭配問題,“有多少種不同的穿法?”這一案例已成為公開課的經(jīng)典案例;到了四上數(shù)學(xué)廣角單元,用列表法解決“田忌賽馬”問題,初步形成優(yōu)化意識;四下“雞兔同籠”問題解決中,進(jìn)一步嘗試列表找到問題答案,形成優(yōu)化意識;到五年級學(xué)習(xí)最大公因數(shù)和最小公倍數(shù)時(shí),再次運(yùn)用枚舉法解決問題,并且在“打電話”“找次品”中進(jìn)一步通過圖示列表清晰地呈現(xiàn)解決問題的思路,形成優(yōu)化策略??梢?,小學(xué)階段問題解決中枚舉法是常用的策略,需要加以重視。
假設(shè)法是解決數(shù)學(xué)問題的有效方法。在小學(xué)通常假設(shè)某一未知數(shù)量取一個(gè)可能的值,從而化抽象為具體,以方便列式;或者假設(shè)某一種情況(結(jié)論成立),作為推理的起點(diǎn)。這里主要介紹比較適合小學(xué)生的兩種方法。
(1)賦值計(jì)算
即根據(jù)條件,選擇某個(gè)未知數(shù)量,假設(shè)它為某個(gè)已知的具體數(shù),通過列式計(jì)算,得到正確答案。例如:人教版六上(P42)工程問題。這條道路有多長未知,可以假設(shè)18米、30米……甚至1米,逐步抽象成單位“1”,用不同方法得到的結(jié)果相同:36÷(36÷12+36÷18);18÷(18÷12+18÷18);1÷(+)。為什么“工作總量”不相同,而計(jì)算所得的“合作時(shí)間”卻相等呢?引導(dǎo)學(xué)生比較這幾個(gè)算式,假設(shè)的數(shù)據(jù)雖然不同,之所以結(jié)果相同,是商不變的規(guī)律在起作用,這種變化實(shí)際上就是一種正比例關(guān)系。一般地,設(shè)全長為a,由題意列出算式a÷(a÷12+a÷18),假設(shè)的參數(shù)在運(yùn)算過程中被消去,同樣說明它與答案無關(guān)。上例假設(shè)賦值的實(shí)質(zhì)是將代數(shù)運(yùn)算轉(zhuǎn)化為算術(shù)運(yùn)算。
通過這樣的驗(yàn)證過程,對一個(gè)具體的數(shù)學(xué)問題做了抽象化處理,建立起數(shù)學(xué)模型,在這樣充滿探索的過程中,讓學(xué)生充分經(jīng)歷知識生成過程,真正理解一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)論是怎樣獲得的。
表1
(2)假設(shè)——比較——調(diào)整
即根據(jù)條件,假設(shè)一個(gè)數(shù),通過計(jì)算、比較,發(fā)現(xiàn)不符合其他某個(gè)條件,然后加以調(diào)整,直到得出答案。
例如:人教版四下“雞兔同籠”,由原六年級內(nèi)容調(diào)整到四年級后,刪去了方程法。教材由《孫子算經(jīng)》中的“雞兔同籠”問題引入,先后呈現(xiàn)了猜測列表法、假設(shè)法、抬腿法等,注重體現(xiàn)不同思路和方法,使學(xué)生體會解題策略的多樣性,其核心思想是假設(shè)。教師應(yīng)如何滲透假設(shè)思想,溝通各種方法之間的內(nèi)在聯(lián)系,體會解決問題策略的多樣化和內(nèi)在聯(lián)系?
筆者對例題進(jìn)行了調(diào)整,教學(xué)過程呈現(xiàn)如下:
出示例題:五年級有34個(gè)同學(xué)去游樂園劃船,共租了8條船,每條船都坐滿了。大船每條坐5人,小船每條坐3人。大小船各租了幾條?請選擇畫圖、列表、推算等方法解答。
通過小組交流,匯報(bào)反饋不同方法:
方法1.列表法
第一步:收集學(xué)生中無序列舉的情況,學(xué)生嘗試調(diào)整。
第二步:通過一一列舉,把列舉的情況計(jì)算出來。發(fā)現(xiàn)用列表法不僅可以不重復(fù)、不遺漏,而且很方便記錄計(jì)算的數(shù)據(jù)。
第三步:引導(dǎo)觀察表格中(參見表2)人數(shù)的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)“每次將1條小船調(diào)整為1條大船,都增加2人。反之,1條大船換成了1條小船,人數(shù)就減少2人”。這樣,可以省略部分枚舉過程,直接得到最終結(jié)果。當(dāng)然,也有學(xué)生想到從中間嘗試。
方法2.畫圖法(參見圖4)
方法3.假設(shè)法
第一步,假設(shè)8條都是小船,只能坐24(8×3=24)人;第二步,與實(shí)際人數(shù)比較,還剩10(34-24=10)人不能上船;第三步,把部分小船調(diào)整為大船,每調(diào)整1條,增加2(5-3=2)人,共要調(diào)整5次,即把5(10÷2=5)條小船調(diào)整為大船。當(dāng)然,受此啟發(fā),也可以讓學(xué)生嘗試假設(shè)8條全是大船,結(jié)合圖說明推算過程。
在展示上面三種方法的基礎(chǔ)上,溝通不同方法之間的聯(lián)系。列表法其實(shí)也是假設(shè),在序排列中最大和最小的情況其實(shí)就是假設(shè)的兩個(gè)極端。圖示法實(shí)質(zhì)是與列表法相似的探索過程:假設(shè)——比較——調(diào)整(置換)。
這樣,從猜測列表到直觀畫圖再到假設(shè)解題,在不斷調(diào)整嘗試中理解假設(shè)法的真正含義,經(jīng)歷觀察、嘗試、比較、驗(yàn)證和推理的過程,突出學(xué)生的思維過程,獲得數(shù)學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn),體會假設(shè)思想。
“轉(zhuǎn)化”常常作為“化歸”的代名詞,轉(zhuǎn)化在數(shù)學(xué)解題中無處不在,遇到未知或難以解決的新問題時(shí),可通過轉(zhuǎn)化,使新問題化未知為已知、化難為易、化繁為簡,從而順利解決問題。善于使用化歸是數(shù)學(xué)思維的一個(gè)重要特點(diǎn),也是解決數(shù)學(xué)問題的基本思路和途徑之一。
(1)條件的轉(zhuǎn)化
例如:商店8箱水果重量相同,如果每箱賣出25千克,剩下的水果重量相當(dāng)于原來3箱水果的重量,問原來每箱水果重多少千克?
本題的難度處于小學(xué)中年級學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)內(nèi),教學(xué)時(shí)可讓學(xué)生先復(fù)述題意,追問“剩下的水果的重量相當(dāng)于原來3箱水果的重量是什么意思?”,再讓學(xué)生畫圖表示題意。這樣學(xué)生通過小組討論能得到最后一個(gè)條件的轉(zhuǎn)化過程:剩下水果的重量相當(dāng)于原來3箱水果的重量→賣出水果的重量相當(dāng)于原來5箱水果的重量。
(2)問題的轉(zhuǎn)化
例如:有18支足球隊(duì)要參加比賽,比賽采用單場淘汰制(即每場比賽淘汰一支隊(duì)伍)進(jìn)行,一共要進(jìn)行多少場比賽才能產(chǎn)生冠軍?如果從正向去分析,采用枚舉的方法學(xué)生會覺得很麻煩。但是,從問題出發(fā),因?yàn)槊勘荣愐粓鎏蕴恢ш?duì)伍,最后留下的一支就是冠軍,所以把問題轉(zhuǎn)化為“一共要淘汰多少支隊(duì)伍”,問題就迎刃而解了,即一共要淘汰17(18-1=17)支隊(duì)伍。
表2
圖4
(3)思路的轉(zhuǎn)化
例如:小明把一張正方形紙對折,剪去一半,再對折,剪去一半。對折剪去7次,一共剪去這張紙的幾分之幾?把原題的異分母分?jǐn)?shù)加法計(jì)算題改編為應(yīng)用題,引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)畫圖。在畫圖過程中發(fā)現(xiàn)規(guī)律,轉(zhuǎn)化思路,找到解決問題的不同辦法。
把問題轉(zhuǎn)化為怎樣求解分式:
1/2+1/4+1/8+1/16+1/32+1/64+1/128的值。
生1:畫圖法。畫正方形圖,因?yàn)?/2+1/4+1/8+1/16+1/32+1/64+1/128表示前面n次分割圖形的面積的和,這個(gè)面積就等于整個(gè)面積減去最后一次剩下圖形的面積,而第n次分割的圖形面積又是1/27,所以原式=1-1/128=127/128。
生2:補(bǔ)數(shù)法。(過程略)
生3:找規(guī)律法。
因?yàn)?/2+1/4=3/4;
1/2+1/4+1/8=7/8;
1/2+1/4+1/8+1/16=15/16;……
所以原式=127/128。
生4:拆分法。
原式=(1-1/2)+(1/2-1/4)+(1/4-1/8)+ …… +(1/64-1/128)
=1-1/2+1/2-1/4+1/4-1/8+……-1/64+1/64-1/128
=1-1/128=127/128
《數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》對估算教學(xué)目標(biāo)做了調(diào)整,明確提出:“在解決問題的過程中,能選擇合適的方法進(jìn)行估算?!笨梢?,新教材更加重視估算教學(xué)的必要性,更注重把估算作為一種解決問題的策略。新教材估算策略的選擇以能不能解決問題為原則,以體現(xiàn)估算“無需準(zhǔn)確”“追求簡潔”“達(dá)成意愿”的本質(zhì)。
例如:在人教版五上(P15)例8用估算解決問題,教學(xué)時(shí)引導(dǎo)學(xué)生用不同的方式去分析問題。
首先,創(chuàng)設(shè)超市購物情境,通過合適問題背景,體會估算在解決問題中的應(yīng)用。教給學(xué)生閱讀理解的方法,當(dāng)信息數(shù)據(jù)較多時(shí),借助表格整理使信息數(shù)據(jù)更加清晰直觀,以更好地分析數(shù)量關(guān)系。
其次,培養(yǎng)學(xué)生的估算意識,體會估算的不同策略,讓學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)和問題靈活選擇算法,體會像“夠不夠”這類問題用估算解決。估算時(shí),要根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)選擇適當(dāng)?shù)墓浪悴呗浴?/p>
在解決第一問時(shí),引導(dǎo)學(xué)生反饋交流:
生1:一袋米不到31元,兩袋不到62元,肉不到27元,再買一盒10元的雞蛋,總共不超過99元。所以100元夠了。
生2:31×2+27+10=99,用符號來表示就是“實(shí)際 〈99”。
解決第二問,學(xué)生展示:
生1:一袋米超過30元,兩袋米超過60元,一千克肉超過25元,那么0.8千克就超過20元,再買一盒20元的雞蛋,總共就超過100元,所以100元肯定不夠。
生2:30×2+20+20=100,我都估小了,剛好100元,那實(shí)際更不夠了。用符號表示就是“實(shí)際〉100”。
以上教學(xué)案例展示了如下具有邏輯意義的推論:“如果估大了也夠了,那么實(shí)際一定夠了。反過來,如果估小了也不夠,那么實(shí)際一定不夠?!边@樣的推論完全符合邏輯,估算得到的結(jié)果就是一定的,不需要再用精確計(jì)算來驗(yàn)證。事實(shí)上學(xué)生在估算之前還要有個(gè)大體的判斷,是夠還是不夠,并且在具體情境中通過滲透不等式的性質(zhì)來解決問題,這樣就很好地體現(xiàn)了新教材估算教學(xué)的應(yīng)用價(jià)值。由此看來,解決問題時(shí),不能僅僅停留在會估算上,更要積極引導(dǎo)學(xué)生去探索估算中的預(yù)測、調(diào)整、反思策略。當(dāng)學(xué)生想出不同方法時(shí),教師要給予針對性的評價(jià),引導(dǎo)學(xué)生比較估算策略的合理性,從而優(yōu)化估算策略。
綜上所述,問題解決策略的教學(xué)是整個(gè)數(shù)學(xué)課程中不可缺少的一部分,它應(yīng)伴隨數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的全過程。圍繞“問題解決”的目標(biāo),采取有效的教學(xué)策略,讓學(xué)生真正學(xué)會用數(shù)學(xué)的眼光、數(shù)學(xué)的思維、數(shù)學(xué)的方法去認(rèn)識世界,主動(dòng)解決現(xiàn)實(shí)問題,有效培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)解決實(shí)際問題的能力,從而使教學(xué)活動(dòng)更富生機(jī)和活力?!?/p>
[1]鄭毓信,梁貫成.認(rèn)知科學(xué)建構(gòu)主義與數(shù)學(xué)教育[M].上海:上海教育出版社,2002.
[2]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)[S].北京:北京師范大學(xué)出版社,2012.