學(xué)生學(xué)習(xí)了2、5的倍數(shù)特征之后,雖然記住了知識(shí)結(jié)論并能熟練地進(jìn)行判斷,但仍然不能解釋為什么只要看個(gè)位就可以了。學(xué)習(xí)了3的倍數(shù)特征之后更是疑惑為什么判斷方法與判斷2、5的倍數(shù)的方法“完全不同”。如果只是記住了事實(shí),即使形成了熟練的操作程序,這樣學(xué)習(xí)的知識(shí)也往往是不扎實(shí)的,只有互相關(guān)聯(lián)且建立在概念和原理基礎(chǔ)上的知識(shí),才能夠比較容易地被用于新的情境[1]。
教學(xué)2、5的倍數(shù)特征時(shí),如果能充分地展開(kāi)知識(shí)的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程,以根據(jù)概念推理和計(jì)算實(shí)驗(yàn)獲得的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)作為推理的出發(fā)點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生有條理地講道理,給合情推理形成的猜想打上演繹推理的補(bǔ)丁,不僅可以使獲得結(jié)論的過(guò)程更加嚴(yán)謹(jǐn),使數(shù)學(xué)結(jié)論更加可靠,而且能培養(yǎng)學(xué)生重論據(jù)、有邏輯的思維品質(zhì),發(fā)展科學(xué)態(tài)度與理性精神。
關(guān)于推理與證明,《美國(guó)學(xué)校數(shù)學(xué)教育的原則和標(biāo)準(zhǔn)》指出:3~5年級(jí),學(xué)生應(yīng)在數(shù)學(xué)推理方面進(jìn)行重要的思維轉(zhuǎn)變,認(rèn)識(shí)到推理和證明是數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)。學(xué)生應(yīng)該認(rèn)識(shí)到只通過(guò)幾個(gè)例子說(shuō)明猜想正確是不夠的,并認(rèn)識(shí)到可以用反例來(lái)反駁一個(gè)猜想。他們應(yīng)該學(xué)習(xí)通過(guò)考慮一系列例子,能夠?qū)σ话阈再|(zhì)以及他們發(fā)現(xiàn)的聯(lián)系進(jìn)行推理。
一、積累基本的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)
在小學(xué),除了學(xué)習(xí)整數(shù)的運(yùn)算,還要研究整數(shù)的性質(zhì)。探索2、5的倍數(shù)的特征同時(shí)聯(lián)系了這兩個(gè)方面。從學(xué)習(xí)帶余除法這一初等概念開(kāi)始,學(xué)生將從一個(gè)完全不同的角度來(lái)考察自然數(shù):它們不再只是計(jì)算的工具,而是一個(gè)具有內(nèi)在意義的對(duì)象[2]。
整除是整數(shù)理論的核心,是研究整數(shù)性質(zhì)的基石。對(duì)于整數(shù)a和整數(shù)b,如果存在一個(gè)整數(shù)k,使得a=b×k,那么就說(shuō)a能被b整除,記作b|a。它的含義是a恰好能被b除盡,且商是整數(shù)[3]。整除的一個(gè)引理(也稱(chēng)整除性質(zhì)定理)是:設(shè)A、B、C是整數(shù)并滿(mǎn)足A=B+C,假設(shè)一個(gè)不等于0的整數(shù)x整除A、B、C中的兩個(gè)數(shù),那么x必定同時(shí)整除第三個(gè)數(shù)[2]。
雖然小學(xué)生并不直接學(xué)習(xí)整除性質(zhì)定理,但是基于一些基本概念和運(yùn)算推理,容易歸納得到一些相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)。例如,因?yàn)?0=2×5,2=2×1,10與2都是2的倍數(shù),所以20(10×2)與12(10+2)也是2的倍數(shù)。這個(gè)結(jié)論可以通過(guò)計(jì)算實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證。其中,12是2的倍數(shù)推理的依據(jù)是:一個(gè)數(shù)的倍數(shù)的和與差,仍為該數(shù)的倍數(shù)。這個(gè)定理的證明過(guò)程略。
以上述基本的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)為出發(fā)點(diǎn),可以歸納得到22(rUMJrLIL1r+YOsX+hfu0SNzwMxzWWeUzXh1EY2lGaOU=10×2+2)、32(15×2+2)、42(20×2+2)等個(gè)位上是2的數(shù)都是2的倍數(shù)。進(jìn)一步,通過(guò)類(lèi)比推理得到:個(gè)位上是2的倍數(shù)的數(shù)就是2的倍數(shù)。
邏輯推理是得到數(shù)學(xué)結(jié)論、構(gòu)建數(shù)學(xué)體系的重要方式,是數(shù)學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性的基本保證,是人們?cè)跀?shù)學(xué)活動(dòng)中進(jìn)行交流的基本思維品質(zhì)。但是,在強(qiáng)調(diào)推理證明的同時(shí),也不能忽視計(jì)算實(shí)驗(yàn)。以下教學(xué)案例,通過(guò)計(jì)算實(shí)驗(yàn)與推理證明相結(jié)合的方式獲得基本經(jīng)驗(yàn)事實(shí),并以此作為進(jìn)一步推理與證明的出發(fā)點(diǎn),通過(guò)歸納推理與類(lèi)比推理獲得數(shù)學(xué)結(jié)論,在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)的同時(shí)積累起研究數(shù)學(xué)問(wèn)題的活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)。
1.提問(wèn)。
師:上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了因數(shù)、倍數(shù),今天學(xué)習(xí)2、5的倍數(shù)的特征??戳诉@個(gè)課題,有什么問(wèn)題想問(wèn)的?
生:為什么要研究2、5的倍數(shù)?
生:2、5的倍數(shù)有什么特征呢?
生:怎樣才能一眼看出這個(gè)數(shù)是不是2、5的倍數(shù)?
生:它們有沒(méi)有相同的倍數(shù)?
師:你們提出了很好的問(wèn)題,其中最關(guān)鍵的問(wèn)題是2、5的倍數(shù)有什么特征。我們先研究2的倍數(shù)有什么特征??梢栽趺囱芯磕??從哪里起步?
生:我們可以找一些2的倍數(shù)來(lái)分析分析。
2.列舉。
師:好,誰(shuí)來(lái)找一些2的倍數(shù)?
生:2、4、6、8、10、12、…。
師:2的倍數(shù)有很多,你是怎么找到2的這些倍數(shù)的?
生:我是利用2的乘法口訣。
師:如果從中選擇幾個(gè)最簡(jiǎn)單的,你會(huì)選什么?
生:10、20,這些是整十?dāng)?shù)。
生:2、12、22,個(gè)位上都是2。
3.計(jì)算。
師:我們從最簡(jiǎn)單的開(kāi)始。2是2的倍數(shù),10是2的倍數(shù),把這兩個(gè)數(shù)加起來(lái)得到12,是2的倍數(shù)嗎?
生:12除以2等于6,它是2的倍數(shù)。
生:可以把12分成10和2,10是2的倍數(shù),2是2的倍數(shù),12就是2的倍數(shù)。
師:用拆分的方法來(lái)解釋?zhuān)l(shuí)聽(tīng)懂了?
生:把12分成10和2,10里面有5個(gè)2,2里面有1個(gè)2,合起來(lái)12里面就有6個(gè)2,12是2的倍數(shù)。
生:10除以2是5,10是2的倍數(shù),2除以2是1,2也是2的倍數(shù),它們的和12就是2的倍數(shù)。
師:你們都解釋得很好,現(xiàn)在如果在12的前面再加一個(gè)數(shù)字3,得到312,它是不是2的倍數(shù)?
生:最簡(jiǎn)單的方法,就是把312除以2,看看是不是整數(shù),算出來(lái)商是156,是整數(shù),所以312是2的倍數(shù)。
生:還可以把312進(jìn)行拆分,分成300和12,300除以2等于150,12除以2等于6。這兩個(gè)數(shù)除以2的結(jié)果都是整數(shù),所以312是2的倍數(shù)。
師:40312還是2的倍數(shù)嗎?你怎么想?
生:40312是2的倍數(shù)。我們可以把40312分成40000和312,用這兩個(gè)數(shù)分別除以2,得出來(lái)都是整數(shù),所以40312是2的倍數(shù)。
4.歸類(lèi)。
師:觀察比較2、12、312、40312這些數(shù),你有什么發(fā)現(xiàn)?
生:個(gè)位上都是2,它們都是2的倍數(shù)。
師:現(xiàn)在我們得到的結(jié)論是什么?個(gè)位上是2的數(shù)——
生:都是2的倍數(shù)。
通過(guò)列舉、計(jì)算、歸類(lèi)等活動(dòng)得到初步的猜想,這些活動(dòng)都與具體的例子相聯(lián)系。已經(jīng)考察的例子分成兩類(lèi):一類(lèi)是作出推測(cè)之前的例子,由學(xué)生舉出,它提示了推測(cè);另一類(lèi)是作出推測(cè)之后的例子,由教師設(shè)計(jì),它印證了推測(cè)。一個(gè)猜想性的一般命題,假如在新的特例中得以證實(shí),那么它就變得更可信了[4]。特別地,討論2、12、312等這些有聯(lián)系的例子,使得推理依據(jù)的是表征的結(jié)構(gòu),而不是隨意和特例。
二、充分展開(kāi)推理的過(guò)程
小學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué),不可能完整地經(jīng)歷數(shù)學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程,也不太可能像數(shù)學(xué)家那樣通過(guò)嚴(yán)格的證明來(lái)獲得數(shù)學(xué)結(jié)論。但是,從他們已有的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)出發(fā),經(jīng)由一個(gè)命題到另一個(gè)命題的推理,既是他們獲得數(shù)學(xué)知識(shí)與結(jié)論的途徑,也是他們形成推理意識(shí)與證明能力的載體。
1.對(duì)比,歸納出初步的結(jié)論。
師:為什么個(gè)位上是2的數(shù)都是2的倍數(shù)呢?
生:我們以最大的40312為例。它可以拆成40000+300+10+2,40000、300、10都是2的倍數(shù),2也是2的倍數(shù),所以40312是2的倍數(shù)。
師:如果a代表0~9的數(shù),下面哪些數(shù)是2的倍數(shù)?5a312、3a512、31a25、13a52、52a13。
生:5a312、3a512、13a52都是2的倍數(shù),31a25、52a13不是2的倍數(shù)。
師:你是怎么想的?
生:我們以5a312為例。它可以拆成50000+a×1000+300+10+2,前面的整十?dāng)?shù)、整百數(shù)、整千數(shù)、整萬(wàn)數(shù)等都是2的倍數(shù),2也是2的倍數(shù),所以5a312是2的倍數(shù)。
師:52a13不是2的倍數(shù),又怎么解釋?zhuān)?/p>
生:一樣的道理,52a13可以拆成50000+2000+a×100+10+3,前面的加數(shù)都是2的倍數(shù),關(guān)鍵是看最后的加數(shù)3,3不是2的倍數(shù),所以52a13不是2的倍數(shù)。
師:綜合他們兩人的想法,我們可以怎么判斷一個(gè)數(shù)是不是2的倍數(shù)?
生:看個(gè)位就可以了。
2.類(lèi)化,概括出最終的結(jié)論。
師:5312a是2的倍數(shù)嗎?
生:不一定,如果a代表的數(shù)是7,它就不是2的倍數(shù);如果a代表的數(shù)是8,它就是2的倍數(shù)。
生:如果a是2的倍數(shù),5312a就是2的倍數(shù);如果a不是2的倍數(shù),5312a就不是2的倍數(shù)。
生:我覺(jué)得一個(gè)數(shù)是2的倍數(shù)和不是2的倍數(shù)可能性是一樣大的,都有5種情況。
師:這是什么意思,誰(shuí)聽(tīng)懂了?
生:他的意思是說(shuō),如果a代表2、4、6、8、0,它就是2的倍數(shù);如果a代表1、3、5、7、9,它就不是2的倍數(shù)。
師:現(xiàn)在知道2的倍數(shù)長(zhǎng)什么樣嗎?有什么特征?
生:個(gè)位上是2、4、6、8、0的數(shù)是2的倍數(shù)。
生:個(gè)位上是2的倍數(shù)的數(shù)是2的倍數(shù)。
生:個(gè)位上是偶數(shù)的數(shù)是2的倍數(shù)。
3.說(shuō)理,有條理地講道理。
師:為什么判斷一個(gè)數(shù)是不是2的倍數(shù),只看個(gè)位就可以了?這個(gè)道理你能講清楚嗎?同桌一人講一人聽(tīng),講的人要講得有條理,聽(tīng)的人要聽(tīng)出有沒(méi)有道理。
生:任何一個(gè)多位數(shù),都可以拆分成整萬(wàn)、整千、整百、整十的數(shù)再加個(gè)位數(shù),前面整萬(wàn)、整千、整百、整十的數(shù)一定是2的倍數(shù),所以如果個(gè)位上的數(shù)是2的倍數(shù),那么這個(gè)數(shù)就是2的倍數(shù),如果個(gè)位上的數(shù)不是2的倍數(shù),那么這個(gè)數(shù)就不是2的倍數(shù)。
生:不用那么復(fù)雜。任何一個(gè)多位數(shù),都可以拆成前面的數(shù)乘10再加上個(gè)位上的數(shù),一個(gè)數(shù)乘10后末位上是0,肯定是2的倍數(shù),再看個(gè)位上是不是2的倍數(shù)就可以了。
師:這兩種解釋有什么相同與不同?
生:拆分的方法不一樣,但思路是相同的,都是把一個(gè)多位數(shù)拆分成10的倍數(shù)加上個(gè)位數(shù)。10的倍數(shù)肯定是2的倍數(shù),所以只要看個(gè)位上的數(shù)就知道它是不是2的倍數(shù)了。
在這個(gè)構(gòu)造一般結(jié)論的過(guò)程中,學(xué)生懂得了通過(guò)簡(jiǎn)單的歸納與類(lèi)比,可以猜想或發(fā)現(xiàn)一些初步的結(jié)論,知道從一些事實(shí)和命題出發(fā),依據(jù)規(guī)則可以推出其他命題,初步感悟邏輯推理過(guò)程及其發(fā)現(xiàn)知識(shí)的意義。特別地,當(dāng)他們經(jīng)常有機(jī)會(huì)通過(guò)各種模式去確認(rèn)一個(gè)一般結(jié)論時(shí),推理就會(huì)成為他們判斷一個(gè)結(jié)論正確與否的標(biāo)準(zhǔn),而不是依賴(lài)權(quán)威的判斷或者特殊的檢驗(yàn)[5]。
三、形成靈活的遷移應(yīng)用
在數(shù)學(xué)上,人們通過(guò)推理形成各種命題、定理和運(yùn)算法則,促進(jìn)了數(shù)學(xué)的發(fā)展。在學(xué)習(xí)中,學(xué)生積累了發(fā)現(xiàn)或得到一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)論的基本活動(dòng)經(jīng)驗(yàn),既要依賴(lài)于對(duì)例子的考察,也要依賴(lài)于有邏輯的推理。通過(guò)推理獲得知識(shí)的價(jià)值是顯而易見(jiàn)的,可以發(fā)展學(xué)生的思維,幫助學(xué)生養(yǎng)成講道理、有條理的思維習(xí)慣,形成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度與敢于質(zhì)疑的理性精神。
任何一個(gè)多位數(shù)都可以寫(xiě)成a×10+n的形式(a、n都是整數(shù)),其中n表示個(gè)位上的數(shù)。因?yàn)?0=2×5,所以a×10既是2的倍數(shù)也是5的倍數(shù)。因此,2的倍數(shù)特征與5的倍數(shù)特征是相似的,解釋說(shuō)理的方法也是同構(gòu)的?;?的倍數(shù)特征的探索,5的倍數(shù)特征也就“不證自明”了。
1.類(lèi)比遷移。
師:我們已經(jīng)知道了2的倍數(shù)的特征,回想一下,我們經(jīng)歷了怎樣的過(guò)程?是怎么得到數(shù)學(xué)結(jié)論的?同桌討論一下。
生:先舉了一些例子,然后猜測(cè),接著我們進(jìn)行驗(yàn)證,利用直接除或分解法,最后得出結(jié)論:個(gè)位上是0、2、4、6、8的數(shù)是2的倍數(shù),你們同意嗎?
(教師板書(shū):“觀察例子,形成猜想,計(jì)算驗(yàn)證,概括結(jié)論”)
師:5的倍數(shù)有什么樣的特征呢?請(qǐng)?jiān)谛〗M內(nèi)討論,完成探究學(xué)習(xí)單。我舉的例子( ),我們的猜想( ),計(jì)算與驗(yàn)證( ),我們的結(jié)論( )。
師:哪個(gè)小組上來(lái)交流一下?
生:個(gè)位上是2的數(shù)是2的倍數(shù),我們猜想個(gè)位上是5的數(shù)是5的倍數(shù)。舉的例子是35,一種思路是35除以5等于7,商是整數(shù),說(shuō)明35是5的倍數(shù);另一種思路是把35拆成30加5,5是5的倍數(shù),30也是5的倍數(shù),所以35是5的倍數(shù)。我們的結(jié)論是個(gè)位上是5的數(shù)是5的倍數(shù)。
生:我們組的猜想是個(gè)位上是0或5的數(shù)是5的倍數(shù)。舉的一個(gè)例子是720,驗(yàn)證的方法是把720分成700和20,700是5的倍數(shù),20也是5的倍數(shù),因此,720是5的倍數(shù)。還有一種驗(yàn)證的方法是720除以5是144,也可以證明720是5的倍數(shù)。另一個(gè)例子是685……我們得出的結(jié)論是個(gè)位上是0或5的數(shù)都是5的倍數(shù)。
師:聽(tīng)懂他的解釋了嗎?有沒(méi)有疑問(wèn)或補(bǔ)充?
生:我們也可以說(shuō)個(gè)位上的數(shù)是5的倍數(shù),這個(gè)數(shù)就是5的倍數(shù)。
生:2的倍數(shù)與5的倍數(shù),解釋的方法是一樣的。前面的數(shù)都是整萬(wàn)、整千、整百、整十的數(shù),它們都是2、5的倍數(shù)。關(guān)鍵是看個(gè)位,個(gè)位上的數(shù)是2的倍數(shù),那么它就是2的倍數(shù),個(gè)位上的數(shù)是5的倍數(shù),那么它就是5的倍數(shù)。
2.聯(lián)系溝通。
師:我們把學(xué)到的知識(shí)整理一下,填到下面的圈里。(如圖1)
師:兩個(gè)圈共同的部分應(yīng)該填什么?
生:填0。
師:表示什么意思?
生:個(gè)位上是0的數(shù),既是2的倍數(shù),也是5的倍數(shù)。
師:為什么?
生:因?yàn)閭€(gè)位上是2、4、6、8、0的數(shù)是2的倍數(shù),個(gè)位上是5、0的數(shù)是5的倍數(shù),它們都有0。
生:個(gè)位上是0的數(shù),它可以寫(xiě)成一個(gè)數(shù)乘10的形式,10等于2乘5,這個(gè)數(shù)一定有因數(shù)2和5,所以它既是2的倍數(shù),也是5的倍數(shù)。
師:先用1、2、5、a四個(gè)數(shù)字組成四位數(shù),再判斷它是不是2的倍數(shù),是不是5的倍數(shù)。
師:如果是2的倍數(shù),個(gè)位上是幾?如果是5的倍數(shù)呢?
生:2的倍數(shù)個(gè)位上是2,如15a2、1a52、51a2……5的倍數(shù),個(gè)位上是5……
師:如果個(gè)位上是a呢?
生:當(dāng)a代表2、4、6、8的時(shí)候是2的倍數(shù);當(dāng)a代表5的時(shí)候是5的倍數(shù);當(dāng)a代表0的時(shí)候,它既是2的倍數(shù)也是5的倍數(shù);當(dāng)a代表1、3、7、9的時(shí)候,既不是2的倍數(shù)也不是5的倍數(shù)。
師:當(dāng)一個(gè)問(wèn)題中有不確定的因素時(shí),要分類(lèi)討論可能出現(xiàn)的情況,用這種方法可以把問(wèn)題想得更全面,在中學(xué)的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)里經(jīng)常用到這樣的方法。
從教學(xué)知識(shí)的分類(lèi)來(lái)看,2、5的倍數(shù)特征屬于命題教學(xué)的范疇。數(shù)學(xué)命題的教學(xué)要注重過(guò)程,包括命題產(chǎn)生過(guò)程和推理證明過(guò)程。無(wú)論推理還是證明,都需要使用正確的命題、合理的推理形式和適當(dāng)?shù)谋磉_(dá)形式。在這里,雖然推理的出發(fā)點(diǎn)是學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)事實(shí),而不是嚴(yán)格的數(shù)學(xué)定理,但推理的方法和結(jié)論都是正確的,表達(dá)的形式也是他們可以理解的。
根據(jù)數(shù)的意義,把多位數(shù)寫(xiě)成各個(gè)數(shù)位上的數(shù)乘10n的和的形式,“數(shù)字”就成了“所有量”的占位符,學(xué)生可以通過(guò)“數(shù)字”來(lái)說(shuō)明對(duì)象的數(shù)量結(jié)構(gòu),而不必具體展示這個(gè)對(duì)象。這種基于表征的推理證明,是小學(xué)階段構(gòu)造一般結(jié)論的有效途徑,而且這樣做可以為以后的證明思維提供基礎(chǔ)[5]。如3750=3×1000+7×100+5×10+0×1,由于100=4×25,在這個(gè)展開(kāi)式中整千、整百數(shù)一定是4和25的倍數(shù),因此,判斷一個(gè)數(shù)是不是4或25的倍數(shù),只要看展開(kāi)式中的整十?dāng)?shù)與一位數(shù)即可,即看一個(gè)多位數(shù)后兩位是不是4或25的倍數(shù)。不僅如此,如果改寫(xiě)以上的展開(kāi)式,表示為3750=(3×999+3)+(7×99+7)+(5×9+5)+(0×9+0),每個(gè)括號(hào)內(nèi)的乘加算式中,乘法項(xiàng)都是3的倍數(shù),因此判斷3750是不是3的倍數(shù),只要看加法項(xiàng)的和(即各個(gè)數(shù)位上數(shù)字之和)是不是3的倍數(shù)即可。2、3、4、5、25的倍數(shù)特征是共通的!數(shù)學(xué)的優(yōu)美在于,當(dāng)有趣的結(jié)果出現(xiàn)時(shí),通常是意想不到的,并且是基于合理的推理。數(shù)學(xué)深處的聯(lián)系,既在意料之外,也在情理之中。
數(shù)學(xué)證明是一種表達(dá)特定推理過(guò)程的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒?,?duì)于數(shù)學(xué)家的工作及他們加深對(duì)數(shù)學(xué)的理解都是不可或缺的[6]。數(shù)學(xué)家推理的步驟是從前提出發(fā),基于已經(jīng)確定的定義、事實(shí)和原理,一步一步地到達(dá)結(jié)論[5]。
人們普遍認(rèn)可證明應(yīng)該在所有階段學(xué)生的數(shù)學(xué)教育中發(fā)揮作用[6]。作為教育任務(wù)的數(shù)學(xué),重要的不是像數(shù)學(xué)家那樣嚴(yán)格地證明一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)論,而是經(jīng)歷由已知條件出發(fā),通過(guò)正確的推理方式得到一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)論的過(guò)程。小學(xué)階段的證明,并不等于數(shù)學(xué)家眼中的證明,而是一種廣義的,由一系列“可以接受”的論據(jù)組成的,旨在得到共同體認(rèn)可的構(gòu)造過(guò)程[5]。重推理,有條理地講道理,是促進(jìn)學(xué)生形成概念性理解,利用知識(shí)的邏輯體系探究數(shù)學(xué)命題的重要方式,也是闡釋系統(tǒng)使用數(shù)學(xué)定義與公理的主要手段。
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(作者單位:浙江省新思維教育科學(xué)研究院)