小學(xué)
[d1] 的本質(zhì)是數學(xué)建模
對話(huà)者:華東師范大學(xué)數學(xué)系 張奠宙 教授
杭州上城區教育學(xué)院(新思維教育培訓中心)唐彩斌
一.引言與現狀。
張奠宙: 今天我們來(lái)談小學(xué)數學(xué)應用題的教學(xué)。你多年從事這方面的研究能說(shuō)一下你的感受嗎?
唐彩斌:
還是從你引進(jìn)的那道特殊的應用題說(shuō)起吧。題目是“在一條船上,有75頭牛,32只羊,請問(wèn)船長(cháng)幾歲?”人們習慣稱(chēng)它為“船長(cháng)的年齡問(wèn)題”。20年前,法國數學(xué)教育家用此題測試,為許多孩子得到“結果”而深思。在我國的幾所中學(xué)測試“用兩個(gè)數直接加減得出結果”的居然高達90%,如今,20年過(guò)去了,如果再次測試,結果又會(huì )怎樣呢?近期,我們又對不同地區的922名學(xué)生進(jìn)行測試,一個(gè)讓我們震驚的數據產(chǎn)生了:62%。你可能會(huì )懷疑測試過(guò)程中是否有教師的暗示?沒(méi)有,測試在無(wú)聲中進(jìn)行;測試是否集中在一個(gè)薄弱學(xué)校一個(gè)低年級,不,我們的測試數據來(lái)自不同的學(xué)校,更有不同的年級,并且客觀(guān)地說(shuō)高年級學(xué)生做出結果的并不少……
張奠宙:
這本來(lái)是沒(méi)有答案的題目,可是學(xué)生竟然做出來(lái)了。仔細一想,這怪不得學(xué)生??梢圆孪?,每個(gè)學(xué)生在回答時(shí)一定猶豫過(guò),這題好像不能做???可是一想學(xué)校里老師布置的作業(yè)一般都是有答案的。不給答案肯定沒(méi)有分,亂寫(xiě)一個(gè)答案也許有分,就是這些“潛規則”,使得學(xué)生把題做出來(lái)了。所以學(xué)校要讓學(xué)生獨立思考,要自信。不能堅持真理,對自己的正確想法不能堅持,可是人生的大問(wèn)題。進(jìn)行數學(xué)學(xué)科德育,這是一個(gè)好的切入點(diǎn)。
唐彩斌:
應用題教學(xué)的成效如何? 最近我們隨機選擇不同地區的300名五年級學(xué)生進(jìn)行了常規的應用題的檢測,結果如下:
問(wèn) 題
通過(guò)率
1
水果店運來(lái)蘋(píng)果和梨共650千克,蘋(píng)果10箱,每箱20千克,梨15箱,梨每箱多少千克?
94%
2
一張凳子售價(jià)25元,桌子的售價(jià)比一條凳子售價(jià)的4倍少1元,一張桌子售價(jià)多少元?
94%
3
一個(gè)工程隊用同樣的速度修兩條水泥路,第一條長(cháng)256米,第二條長(cháng)448米,修完第一條路用了4天。照這樣的速度,修第2條路用的時(shí)間比修第一條路用的時(shí)間多多少天?
81%
4
有一個(gè)煤礦,原來(lái)計劃上半年660萬(wàn)噸,實(shí)際每個(gè)月比計劃多產(chǎn)22萬(wàn)噸,實(shí)際多少月完成?
67%
5
工廠(chǎng)食堂有4噸大米,7天用了1120千克,照這樣計算,這些大米還可以用多少天?
66%
6
電視機廠(chǎng)原計劃20天生產(chǎn)一批電視機,實(shí)際每天生產(chǎn)25臺,提前4天完成了任務(wù)。原計劃平均每天生產(chǎn)多少臺?
66%
7
600元錢(qián)去買(mǎi)玩具,買(mǎi)了24個(gè)玩具后還剩120元,照這樣計算,一共可以買(mǎi)多少個(gè)玩具?
65%
8
某煤廠(chǎng)原計劃每天運煤498噸,15天可運完。實(shí)際運了18天才運完,求每天比原計劃少運多少?lài)嵜海?div style="height:15px;">
58%
9
甲乙兩人同時(shí)從相距168千米的公路兩端相向而行,甲騎車(chē)每小時(shí)行20千米,乙行4小時(shí)后兩人相遇,求乙每小時(shí)比甲多行多少千米?
50%
10
一條公路長(cháng)2400米,AB兩支施工隊同時(shí)從公路的兩端往中間鋪柏油路,A隊的施工速度是B隊的2倍,4天后這條公路全部鋪完。A,B兩隊每天鋪路多少米?
41%
沒(méi)有找到若干年前同樣試題的測試結果,所以沒(méi)有充足的證據來(lái)
[d2] 當前學(xué)生解決應用題的現狀。蔡金法教授最近在文章中引用了一個(gè)調查結論,我國大陸新課程改革以來(lái),學(xué)生在解決復雜問(wèn)題上顯著(zhù)優(yōu)于傳統課程的學(xué)生,但是在計算和解決簡(jiǎn)單問(wèn)題上反而不如以前。您怎么看這樣的調查結果?
張奠宙:
謝謝你提供了許多珍貴的第一手資料。五年級學(xué)生能夠有這樣的“通過(guò)率”, 我覺(jué)得不能說(shuō)“差”。10個(gè)題目7個(gè)的通過(guò)率在65%以上,相當不容易了。要知道,同齡人中數學(xué)天賦不同, 聰明孩子可以討厭數學(xué), 語(yǔ)文差的孩子看不懂題目,煤礦, 水泥路,電視機廠(chǎng), 學(xué)生都是沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的, 并非日常生活實(shí)際。所以,以上數據說(shuō)明大多數中國小學(xué)生會(huì )解常規的數學(xué)應用題,是一個(gè)不錯的成績(jì)。記得數學(xué)大家陳省身說(shuō):“中國數學(xué)教育在實(shí)踐上肯定比美國好”,大致是不錯的。
中國經(jīng)濟起飛,有賴(lài)于勞動(dòng)力的質(zhì)高與價(jià)廉。一般民眾有這樣的應用題思考能力,是小學(xué)數學(xué)老師對國家的重大貢獻。當然,肯定成績(jì),不是盲目自滿(mǎn),而要繼續改革,不斷前進(jìn)。
例如,第十題是得分率低于50%的唯一的一個(gè)。 我們成年人一看, 這個(gè)題目很好算。 A隊與B隊的比例是2:1,那么2400米,分三段, 每段800米。 A隊 1600米,每天400米,B隊 共800米,每天200米。這是“比例”的思想,五年級學(xué)生可能沒(méi)有學(xué)過(guò)?我們可以研究一下,逐步改進(jìn)。
二.什么是小學(xué)數學(xué)應用題。
唐彩斌:
張老師把今天談話(huà)的題目取名為小學(xué)應用題的本質(zhì)是數學(xué)建模,是給我們一線(xiàn)教師“打氣”的,現在,我們在教學(xué)時(shí)都不太有勇氣說(shuō)“應用題”,深怕自己太“落后”,也不太有底氣說(shuō)“數學(xué)建模”,總覺(jué)得還沒(méi)有那 “功底”,今天張老師把“應用題”亮堂堂地說(shuō)出來(lái),有一種釋?xiě)训母杏X(jué)。不過(guò),在日常小學(xué)數學(xué)教學(xué)中,很多名詞盤(pán)繞其中,錯綜繁雜,讓老師們很是煩惱。“問(wèn)題”“習題”“文字題”“應用題”“問(wèn)題解決”“解決問(wèn)題”“綜合應用”“實(shí)踐活動(dòng)”它們之間到底是一種怎樣的關(guān)系?當面對很多新教材把“應用題”改為“解決問(wèn)題”,常常引人反問(wèn):把名字改為“解決問(wèn)題”就解決問(wèn)題了嗎?張老師,您有怎樣的看法?
張奠宙:
應用題的出現淵遠流長(cháng)。古埃及的紙草書(shū)、中國的《算數書(shū)》等古代數學(xué)典籍, 都是應用題的匯編。數學(xué)的發(fā)展有兩個(gè)原動(dòng)力,一是要解決大自然和社會(huì )現實(shí)提出的數學(xué)問(wèn)題,二是要解決數學(xué)內部生成的數學(xué)問(wèn)題。前者的研究成果是應用數學(xué),后者的研究成果成為純粹數學(xué)。這二者相輔相成,相互滲透,共同發(fā)展。不過(guò),歸根結底,社會(huì )生產(chǎn)力和文化發(fā)展的現實(shí)需要是數學(xué)成長(cháng)的本源。
小學(xué)數學(xué)中,數的擴展以及相應的運算規則,屬于純粹數學(xué)范圍,將這些規則和現實(shí)相聯(lián)系,并應用于現實(shí),則是小學(xué)應用數學(xué)的范圍。數學(xué)是由問(wèn)題驅動(dòng)的。小學(xué)數學(xué)應用題教學(xué),體現小學(xué)數學(xué)的應用,培養學(xué)生與此相關(guān)的數學(xué)思維模式。
如果說(shuō),應用數學(xué)是永存的,那么數學(xué)應用題教學(xué)也是永存的。 只不過(guò)要“與時(shí)俱進(jìn)”, 不斷改革而已。
20世紀下半葉以來(lái),數學(xué)最大的進(jìn)步是應用,“誰(shuí)用的好, 誰(shuí)就贏(yíng)了”(姜伯駒語(yǔ))。計算機技術(shù)出現之后,應用數學(xué)的一個(gè)進(jìn)展, 是對一個(gè)個(gè)的具體問(wèn)題建立一個(gè)個(gè)的數學(xué)模型。因此,用建立數學(xué)模型的觀(guān)點(diǎn)加以詮釋?zhuān)歉母镄W(xué)應用題教學(xué)的參照基點(diǎn)。
唐彩斌:
看來(lái),小學(xué) 應用題的教學(xué)本身有其價(jià)值存在,關(guān)鍵是用怎樣的高觀(guān)點(diǎn)來(lái)統領(lǐng)它。為了方便我們后續的研討,我們需要從數學(xué)的角度對“小學(xué)數學(xué)應用題”做概念的界定,張老師您怎么來(lái)界定?
張奠宙:
小學(xué)數學(xué) “ 應用題”, 可以理解為:用算術(shù)方法求解的、用自然語(yǔ)言表達的復雜情景問(wèn)題。這里有三個(gè)要素:
(1)算術(shù)方法求解(包括一些簡(jiǎn)易代數的思考);數學(xué)應用是一個(gè)很大的學(xué)術(shù)領(lǐng)域。這里只研究用小學(xué)數學(xué)方法可以求解的數學(xué)問(wèn)題。解小學(xué)數學(xué)應用題主要是用算術(shù)方法,目前也使用一些簡(jiǎn)易的代數思想。
(2)用自然語(yǔ)言表達,即用文字敘述的問(wèn)題。這是小學(xué)數學(xué)應用題的主要特點(diǎn)。西方有時(shí)把小學(xué)應用題稱(chēng)作“文字題(word problem)”, 即用自然語(yǔ)言表達的數學(xué)問(wèn)題。 文字題需要將自然語(yǔ)言文字翻譯為“數學(xué)符號構成的算式”,然后再用數學(xué)方法求解。
(3)具有復雜的情景。應用題必須表達一種具體“情景”,無(wú)論是體現生活實(shí)際的,或者合理地虛擬編制的,都必須反映一種生動(dòng)的具體情境,不能是純粹的數學(xué)問(wèn)題。情境往往有一些特定的常識性規律,在解題時(shí)需要加以剖析和運用。作為一種具有較高思維價(jià)值的問(wèn)題,“應用題”所呈現的情境,應當具有挑戰性,不同于課本引進(jìn)新內容時(shí)所呈現的簡(jiǎn)單情景。例如,5個(gè)學(xué)生每人有3本書(shū),一共有幾本書(shū)?答案只要寫(xiě)出 5 × 3 = 15 就是。這也是應用性問(wèn)題,卻不是我們要研究的數學(xué)應用題。
三、數學(xué)應用題教學(xué)的本質(zhì)是數學(xué)建模
唐彩斌:
剛才,您特別強調“用建立數學(xué)模型的觀(guān)點(diǎn)加以詮釋?zhuān)歉母镄W(xué)應用題教學(xué)的參照基點(diǎn)。”什么是數學(xué)模型的觀(guān)點(diǎn)?數學(xué)建模與解答應用題是一種怎樣的關(guān)系?
張奠宙:
數學(xué)建模是 20世紀下半葉, 隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展而形成的數學(xué)思想方法。目前已經(jīng)成為數學(xué)應用的基本模式。數學(xué)模型,一般地說(shuō), 乃是針對或參照某種事物系統的特征或數量相依關(guān)系,采用形式化的數學(xué)符號和語(yǔ)言,概括地或近似地表述出來(lái)的一種數學(xué)結構。就許多小學(xué)數學(xué)內容來(lái)說(shuō), 本身就是一種數學(xué)模型:自然數是表述有限集合“數數”過(guò)程的數學(xué)模型;分數是平均分派物品的數學(xué)模型;元角分的計算模型是小數的運算;500人的學(xué)校里一定有兩個(gè)人一起過(guò)生日,其數學(xué)模型叫做抽屜原理;雞兔同籠問(wèn)題的數學(xué)模型是二元一次整數方程……等等。在這個(gè)意義上, 我們每堂數學(xué)課都在建立數學(xué)模型。
不過(guò), 應用數學(xué)的數學(xué)建模,是在狹義的意義下進(jìn)行的。 也就是說(shuō), 數學(xué)建模,專(zhuān)指對一個(gè)個(gè)比較復雜的具體情境, 建立一個(gè)特定的專(zhuān)用數學(xué)模型,并用模型來(lái)解決非常具體問(wèn)題。比如,中國人口增加模型,甲型流感傳染模型、太湖水質(zhì)模型等等,非常具體、專(zhuān)門(mén)。
這樣一來(lái), 小學(xué)數學(xué)應用題就和數學(xué)建模很相似了。 二者都是對一個(gè)個(gè)具體情境給出數學(xué)描述, 并解決這個(gè)特定的問(wèn)題。也就是說(shuō), 數學(xué)應用題教學(xué),則是對一種比較復雜的特定情景給出一個(gè)具體的模型。例如,雞兔同籠是一個(gè)特定的問(wèn)題,我們可以給出一種解法, 它的代數模型是二元一次聯(lián)立方程。
唐彩斌:你說(shuō)“數學(xué)應用題教學(xué)的本質(zhì)是數學(xué)建模”,我覺(jué)得非常重要。
有專(zhuān)家畫(huà)了“數學(xué)建模的工作流程圖”, 好像和應用題求解的過(guò)程很類(lèi)似。我國小學(xué)數學(xué)中解應用題,一般分為以下四步:1.理解題意;2.做解題計劃;3.按計劃解答;4.回答和檢驗。
審題
列式
解答
驗證
張奠宙:
對??! 兩者在基本步驟上大體相同, 只不過(guò)小學(xué)應用題內容比較簡(jiǎn)單而已。我做的一張表格, 也是描述了二者之間的相似性。
數學(xué)建模步驟
解應用題步驟
以行程問(wèn)題為例
背景考察:
搜集必需的各種信息,盡量弄清對象的特征
審題。
對問(wèn)題設置的情景仔細揣摩體察。
弄清問(wèn)題的目標。知道速度, 位移,時(shí)間的關(guān)系;適度簡(jiǎn)化 :如假定為勻速行駛在直線(xiàn) 型的道路上,等。
構作模型
根據所作的假設分析對象的因果關(guān)系,利用對象的內在規律和適當的數學(xué)工具,構造各個(gè)量間的等式關(guān)系或其它數學(xué)結構。
列式
將問(wèn)題中用自然語(yǔ)言表述的情景,翻譯成數學(xué)語(yǔ)言,借助數學(xué)符號、圖象、邏輯等手段, 構成可以反映問(wèn)題本質(zhì)的算式。根據情景,尋找數量規律。 例如找出一些不變量,借以構成數學(xué)等式。
根據行程問(wèn)題的不同情景進(jìn)行思考。例如,相互距離為c的甲乙二者同時(shí)啟動(dòng),分別以速度a、b相對而行,由于二者相遇時(shí)所用的時(shí)間x相同,據此列出等式ax+bx=c,或者算術(shù)地說(shuō)明各量間的相等關(guān)系。
模型求解:
采用各種數學(xué)方法,求得滿(mǎn)足模型的解答。
求解:
對算式進(jìn)行變換和計算,求得結果。
x=c/(a+b),或算術(shù)地求解。
答案分析
檢驗模型是否正確, 解答是否符合實(shí)際。
驗證:
驗證解答是否正確, 能否符合題意。
將x 代入原式進(jìn)行驗算。
模型改進(jìn)對模型解答進(jìn)行數學(xué)上的分析,
反思
考察解題過(guò)程中使用的 數學(xué)思想方法
總結本題的思考方法,對行程問(wèn)題的 關(guān)節點(diǎn)進(jìn)行反思,尤其是弄清在行駛變化過(guò)程中,哪些是變化的,那些是不變的。
每一道小學(xué)數學(xué)應用題的教育價(jià)值,在于能將情景“數學(xué)化”;即將文字的表述,轉換為數學(xué)符號或圖像的表示;將蘊藏在情景內的數量關(guān)系列為算式;用數學(xué)演算求得算式的答案,最終通過(guò)檢驗肯定“解答”的適切性。這些數學(xué)活動(dòng),為日后學(xué)習更復雜的 “數學(xué)建模”,做好必要的準備。
因此,可以說(shuō),小學(xué)數學(xué)應用題教學(xué),乃是將來(lái)學(xué)習“數學(xué)建模”的基礎。
四.“問(wèn)題解決”與應用題教學(xué)改革
唐彩斌:
剛才張老師幫助我們溝通“數學(xué)建模”與“數學(xué)應用題”之間的關(guān)系,盤(pán)旋在我們腦子里的類(lèi)似關(guān)系一定還不少?如“問(wèn)題解決”與“應用題”。大家都知道“問(wèn)題解決”的提出源自美國,從國際數學(xué)教育比較的角度,怎么理解“問(wèn)題解決”?
張奠宙:
1960年代的美國新數學(xué)運動(dòng),到1970年代歸于失敗。當時(shí)提出的口號叫做“回到基礎”。又過(guò)了10年,美國數學(xué)教育界覺(jué)得僅僅強調“打基礎”是不夠的,因而在1980年提出了“問(wèn)題解決”的口號,意在提倡“探究”性的思考,發(fā)展學(xué)生數學(xué)思考的能力。2008年,美國總統授命組成的 “全美數學(xué)咨詢(xún)委員會(huì )”, 又提出“成功需要基礎(Foundations for Success)”的口號。這是美國式的“折騰”。 因此,“問(wèn)題解決”,是一個(gè)時(shí)期數學(xué)教育的導向性口號,并非針對應用題改革而提出。
簡(jiǎn)單地說(shuō),美國數學(xué)教育界提出的所謂
[d5] ,專(zhuān)指解決“非常規問(wèn)題”。 目的是為了培養學(xué)生的探究意識和創(chuàng )新精神。在學(xué)生的認知水平上,要解決非常規問(wèn)題,沒(méi)有現成數學(xué)問(wèn)題求解模式可以模仿,需要獨立思考,通過(guò)自己的探索獲得解決問(wèn)題的途徑。這是具有一定創(chuàng )新意義的數學(xué)思維過(guò)程。
唐彩斌:
國外的“問(wèn)題解決”的觀(guān)念對我國的應用題教學(xué)有什么借鑒與啟示呢?
張奠宙:
我國在常規應用題的教學(xué)上,成績(jì)很好。例如用分數求解一些現實(shí)生活中“平均分配物品”的問(wèn)題,加減乘除四則運算的一步或兩步應用題,掌握得也很不錯。但是,在提出問(wèn)題,分析問(wèn)題,靈活地處理應用性問(wèn)題上面,比起歐美諸國的教學(xué),有一些弱點(diǎn)【2】。
在非常規的應用問(wèn)題教學(xué)上,我國積累了一些按照問(wèn)題情景分類(lèi)的教學(xué)。例如行程問(wèn)題、工程問(wèn)題等等,有專(zhuān)門(mén)的訓練,基本面也是好的。但是,總體上較窄、較難,較偏。
總之,“問(wèn)題解決”作為一種數學(xué)教育的全局性理念,有助于應用題教學(xué)的改革。
唐彩斌:
如果用“問(wèn)題解決”代替“數學(xué)應用題”教學(xué),您覺(jué)得是否合適?
張奠宙: 我認為不夠妥當。 理由有二。
第一、問(wèn)題解決和數學(xué)應用題教學(xué)是從屬關(guān)系。應用題只是問(wèn)題的一部分,問(wèn)題解決是解應用題的上位概念。因此,“用問(wèn)題”的共性, 取代了“應用題”的特性,混淆了二者間的邏輯關(guān)系。例如,我們本來(lái)是研究“男生問(wèn)題”, 結果卻用了“研究學(xué)生”的標題。“大帽子”把小問(wèn)題的特性掩蓋了。
第二、問(wèn)題解決是針對“回到基礎”提出來(lái)的口號。意思是強調“探究”、“發(fā)現”、“創(chuàng )新”??墒菍?shí)行了多年之后, 美國又提出“成功需要基礎”, 又強調其基礎來(lái)。 所以,應用題教學(xué), 不能只強調“自主創(chuàng )新”, 還要注意“打好基礎”。 沒(méi)有基礎怎么創(chuàng )新?
五.應用題要有類(lèi)型, 但是不要“類(lèi)型化”。
唐彩斌:
倡導問(wèn)題解決仍然需要扎實(shí)的基礎,要解決非常規的問(wèn)題仍然需要常規問(wèn)題解決的基礎。好比中華武術(shù)的境界“無(wú)招勝有招”,但是要達到“無(wú)招”還是要從“基本招術(shù)”開(kāi)始。如果沒(méi)有基本的招術(shù),結果不是無(wú)招,而是沒(méi)招。
下面, 我們討論一個(gè)大家關(guān)心的問(wèn)題:應用題的分類(lèi)。按理來(lái)說(shuō),分類(lèi)是認識事物的第一步,也是一種一般方法,分類(lèi)是很自然的事。但近來(lái)一說(shuō)起應用題的分類(lèi)總有提倡機械記憶、套用公式之嫌?應用題到底要不要分類(lèi)?該怎么分類(lèi)?
張奠宙:
我想應用題要分類(lèi), 要有類(lèi)型, 問(wèn)題是不要“類(lèi)型化”。
小學(xué)數學(xué)應用題可以有三種分類(lèi)。
(1)按數學(xué)模型分類(lèi);四則運算的算術(shù)模型;統計模型;隨機模型,一元一次方程的代數模型;等等。
(2)按情景熟悉程度分類(lèi)。如日常生活情景模型,模擬現實(shí)情景模型,科學(xué)技術(shù)模型等等
(3)按特定情境的數量關(guān)系分類(lèi)。如行程問(wèn)題,工程問(wèn)題,流水問(wèn)題,折扣問(wèn)題等等。
唐彩斌:
按數學(xué)模型來(lái)分,從小學(xué)數學(xué)的幾個(gè)領(lǐng)域來(lái)看,似乎還少了圖形與幾何方面的應用題?
張奠宙:
小學(xué)數學(xué)的內容比較簡(jiǎn)單,方程、函數、曲線(xiàn)、都無(wú)法觸及, 更不談微積分。 所以根據小學(xué)數應用題涉及的數學(xué)知識,大多都歸結為“四則運算”模型。小學(xué)里圖形與幾何方面的問(wèn)題主要是求周長(cháng)、面積和體積,其實(shí)質(zhì)還是四則運算模型。
六.關(guān)于應用題教學(xué)與聯(lián)系學(xué)生生活實(shí)際
唐彩斌:
第二種分類(lèi)維度是從問(wèn)題情景的熟悉程度以及問(wèn)題的來(lái)源。應用題需要應用,當然必須與現實(shí)生活緊密相連。但過(guò)分拘泥于生活原型,難免出現牽強附會(huì )的案例。應用題與生活情境到底是一種怎樣的關(guān)系呢?
張奠宙:
顧名思義,數學(xué)應用題要有用,自然要聯(lián)系實(shí)際情境。能把學(xué)生自己的生活體驗融進(jìn)數學(xué)課堂,是大家的共同追求。問(wèn)題在于,學(xué)生的生活情境畢竟是有限的。應用題中能夠直接和學(xué)生的生活相聯(lián)系的只能是少數。 應用題教學(xué)中,大量使用的是科學(xué)模型,例如,行程問(wèn)題中速度、時(shí)路程之間的關(guān)系,乃是物體運動(dòng)的物理模型。另一種是模擬現實(shí)模型。比如雞兔同籠問(wèn)題,完全是一種假想的模擬情景。
兒童有豐富的想象力,模擬情景往往比真實(shí)情景更真切。一個(gè)不爭的事實(shí)是,現在的孩子愛(ài)看動(dòng)畫(huà)片,那里出現的都是模擬假想的情景。“孫悟空”、“大灰狼”、“圣誕老人”、“白雪公主”等等都是虛擬的。數學(xué)應用題中,著(zhù)名的雞兔同籠問(wèn)題就是虛擬情境,比有些矯揉造作的 “現實(shí)情境”要高明得多。
記得1930年代,任何小學(xué)數學(xué)教材里都有和尚饅頭問(wèn)題:“一共有100個(gè)和尚和100個(gè)饅頭。大和尚一人吃三個(gè)饅頭,小和尚三個(gè)人吃一個(gè)饅頭,問(wèn)各有大小和尚幾人”。這是很有童趣的問(wèn)題,現在卻不見(jiàn)了,很是遺憾。
唐彩斌:
其實(shí),有些數學(xué)名題,即使是現在也能激發(fā)孩子的學(xué)習興趣。說(shuō)起真實(shí)性,有一道題是最典型的,常常被文化名人所提及:記得曾有相聲演員編了這樣的段子:有一個(gè)水池,打開(kāi)進(jìn)水管注滿(mǎn)水池要3小時(shí),打開(kāi)出水管放出整池水要2小時(shí),現在同時(shí)打開(kāi)進(jìn)水管和出水管,要多少時(shí)間才能把一池水放完?日常生活中那會(huì )同時(shí)打開(kāi)出水管和進(jìn)水管(除非忘記了),真是吃飽沒(méi)事干。張老師您怎么看待這樣的諷刺?
張奠宙:
這樣的情境以前農田的灌溉中偶爾能碰到,也不是很典型的。實(shí)際上,作為一種數學(xué)模型,在現實(shí)生活中還是有的,如:飛機的能源消耗與補充、排隊進(jìn)場(chǎng)與出場(chǎng)、草場(chǎng)里草的生長(cháng)與割去、人體的新陳代謝、社會(huì )人口的增減、湖泊的污染與治理,家庭的收入與支出等等,這些現象都是正、反兩個(gè)方面同時(shí)進(jìn)行著(zhù)的,都類(lèi)似于水池同時(shí)進(jìn)水與出水的情景。這種數學(xué)模型反映了一種動(dòng)態(tài)平衡的問(wèn)題。
小學(xué)算術(shù)應用題,能夠和學(xué)生生活情境相聯(lián)系的多半涉及 “買(mǎi)賣(mài)關(guān)系”。我們應該充分利用。但也不能“除了超市,就是商店”,還應努力開(kāi)辟一些小學(xué)生喜聞樂(lè )見(jiàn)的現實(shí)情景,
[d6]唐彩斌:
生活情境是表面的,數學(xué)模型才是最為根本的。你說(shuō)的第三種分類(lèi):即按情境內容分為“行程問(wèn)題”、“工程問(wèn)題”等等,是否必要? 如何對待呢?
張奠宙:
將問(wèn)題按照情景內容進(jìn)行分類(lèi)是正?,F象。在微積分課程里要討論瞬時(shí)速度問(wèn)題, 切線(xiàn)問(wèn)題,曲邊梯形問(wèn)題;微分方程課程里有熱傳導方程, 電磁波方程; 中學(xué)數學(xué)也要研究拋物問(wèn)題、單擺問(wèn)題、等周問(wèn)題,投影問(wèn)題,擲骰子問(wèn)題等。 小學(xué)里常用的有類(lèi)型有:
行程問(wèn)題 路程 = 速度×時(shí)間
工程問(wèn)題 工作量 = 工作時(shí)間× 工作效率
價(jià)格問(wèn)題 總價(jià)格 = 單價(jià) × 數量
利息問(wèn)題 利息 = 本金 × 利率
利潤問(wèn)題 利潤 = 成本 × 利潤率
折扣問(wèn)題 金額 = 價(jià)格 × 折扣率
百分數問(wèn)題 數量 = 總量 × 百分比
其中涉及的利息、利潤、速度、效率等概念,并非數學(xué)內容, 而是屬于物理學(xué)、經(jīng)濟學(xué)的問(wèn)題。今天,國家實(shí)行社會(huì )主義市場(chǎng)經(jīng)濟模式,經(jīng)濟學(xué)的一些初級術(shù)語(yǔ)在日常生活中經(jīng)常出現,語(yǔ)文課、社會(huì )課又不詳細研究, 責任就落在數學(xué)課身上。 讓孩子們了解這些規律,是小學(xué)數學(xué)課程的有機組成部分, 責無(wú)旁貸。
實(shí)際上,應用題的分類(lèi)不是我們要不要的問(wèn)題, 而是客觀(guān)存在的現象。
將一類(lèi)情景中發(fā)生的問(wèn)題給以特殊的名稱(chēng)。說(shuō)到底, 不是我們數學(xué)教育工作者進(jìn)行這樣的分類(lèi),而是客觀(guān)世界本來(lái)就有這樣的不同的情境。
唐彩斌:
對于這種分類(lèi),過(guò)去搞得過(guò)分, 異化了。當學(xué)習完“梨樹(shù)有20棵,蘋(píng)果樹(shù)比梨樹(shù)多8棵,蘋(píng)果樹(shù)有多少棵?”,老師強調:看到“多”就想到“加”,于是,當學(xué)生看到“梨樹(shù)有20棵,比蘋(píng)果樹(shù)多8棵,蘋(píng)果樹(shù)有多少棵?”學(xué)生總是先想到“加法”,結果錯了。當學(xué)習完“科技書(shū)有20本,故事書(shū)比科技書(shū)的2倍還多2本,故事書(shū)有多少本”,老師強調:看到“倍”想到“乘”,看到“多”想到“加”。于是,當學(xué)生看到“科技書(shū)有20本,比故事書(shū)的2倍還多2本,故事書(shū)有多少本”時(shí),學(xué)生總是先想到用“乘加”,結果又錯了。
張奠宙:
以上的異化現象,都來(lái)自固化數學(xué)的某種模型。講死了,思維變得機械了。
實(shí)際上,一類(lèi)問(wèn)題,比如行程問(wèn)題,都只是一個(gè)名詞,便于稱(chēng)呼而已,并非一個(gè)數學(xué)領(lǐng)域。盡管題目花樣翻新,也可以出得很難,但總不過(guò)是 s = vt 這樣的數量關(guān)系的各種不同的變式。宏觀(guān)地看,沒(méi)有單獨設立一個(gè)數學(xué)課題的必要。
但是,也不能走向另一個(gè)極端:不講類(lèi)型。有的地方不準叫“應用題”,今天學(xué)“鉛筆有幾枝”,明天學(xué)“燕子飛走了”,不做一些基本的分類(lèi)和概括,實(shí)際上是作繭自縛,矯枉過(guò)正的表現。
總之,要類(lèi)型,但是不要“類(lèi)型化”。這就是我們的結論。
唐彩斌:
過(guò)去傳統應用題還按步數分:一步,兩步和多步應用題;按內容和難易來(lái)分,可分為一般應用題、復合應用題和典型應用題。典型應用題中就有和差問(wèn)題、和倍、差倍問(wèn)題;追及問(wèn)題、盈虧問(wèn)題、相遇問(wèn)題等等。這樣分類(lèi)您怎么看嗎?
張奠宙:
這些分類(lèi),都是從教學(xué)需要出發(fā)的。由易到難,循序前進(jìn),總要按部就班地排除一個(gè)次序來(lái)。因此是教學(xué)需要的,有必要的。不過(guò),這種分類(lèi)不涉及數學(xué)應用題的數學(xué)本質(zhì),學(xué)生并不需要知道。
至于和差,和倍、差倍這樣的分類(lèi),我覺(jué)得可能太細了。臨時(shí)作為一個(gè)名詞叫叫, 未嘗不可。對于數學(xué)的困難生,為了辨別各種不同的算式,可能起一定的作用。但是,它畢竟只起一個(gè)臨時(shí)“標簽”的作用, 并不是非學(xué)不可的 “知識內容”。
分類(lèi)可以越分越細,沒(méi)完沒(méi)了地分下去。但是, 只有被廣泛承認和使用的分類(lèi)才有“知識性”價(jià)值。否則只是在小范圍使用,不過(guò)是一種臨時(shí)使用“標簽”而已, 不需要長(cháng)期記住。打個(gè)比方, 作為地理學(xué)知識,中國,分為?。ㄉ綎|), 省分為市(煙臺),就為止了。 至于煙臺下面分為各個(gè)區, 就不是大眾需要的知識,是地方的標簽, 大眾不需要長(cháng)期記憶。
因此, 我認為,“和倍”、“差倍”這樣的分類(lèi), 沒(méi)有知識價(jià)值,不需要長(cháng)期記憶。臨時(shí)作為一個(gè)名字稱(chēng)呼一下,當個(gè)“標簽”,對于有些學(xué)生可能有些幫助,但是過(guò)后就忘了。
七. 小學(xué)數學(xué)中的算術(shù)模型與代數模型
唐彩斌:
從數學(xué)上看,有些分類(lèi)具有較高的知識價(jià)值。比如,算術(shù)模型和代數模型就需要加深理解,具有長(cháng)遠的記憶價(jià)值。那么什么是算術(shù),什么又是代數呢?
張奠宙:
算術(shù)中的基本對象是數,包括數的表示、數的意義、數之間的關(guān)系、數的運算等。算術(shù)模型是一串“數字”的運算流程。代數中的基本對象除了數,還出現了更具廣泛意義的基本對象:符號。代數模型是方程或函數,包含未知數符號的等式關(guān)系或其它結構。
什么是“代數”?代數建模的核心思想是“文字參與運算”。一個(gè)習慣的說(shuō)法是:“代數就是用文字代表數”。其實(shí)不妥。比如,小學(xué)里講自然數的交換律,就寫(xiě)了AB =BA, 這里, 用A,B代表任意的自然數,可是和代數無(wú)關(guān)。代數的實(shí)質(zhì)是用文字代表未知數,而且由文字代表的“未知數”和已知數可以進(jìn)行運算,即進(jìn)行“式”的運算。
從算術(shù)向代數過(guò)渡,是學(xué)生數學(xué)學(xué)習過(guò)程中極為重要的轉變階段.學(xué)生從“數的運算”過(guò)渡到“式的運算”,好象人發(fā)明了汽車(chē)那樣,運行速度大幅提高。代數運算的通性通法,取得了極高的思維效率。但是,人不能每時(shí)每刻都在坐車(chē),走路仍然是必須的、基本的。這就是說(shuō),算術(shù)方法依然有其重要的存在價(jià)值。
唐彩斌:
算術(shù)方法與代數方法有怎樣的區別?有一道題被廣泛認為是傳統應用題中的難題“有一個(gè)煤礦,原來(lái)計劃上半年660萬(wàn)噸,實(shí)際每個(gè)月比計劃多產(chǎn)22萬(wàn)噸,實(shí)際多少月完成?”能不能以此來(lái)說(shuō)明一下?
張奠宙:
在小學(xué)數學(xué)教學(xué)中,用列方程的方法解應用題和用算術(shù)方法解應用題,都
以四則運算和常見(jiàn)的數量關(guān)系為基礎,都需要分析題里的數量關(guān)系,根據四則運算的意義解答,這是它們的共同之處。但用代數的方法解決問(wèn)題和用算術(shù)的方法是不同的建模過(guò)程。讓我們看下面的例子:
【1】算術(shù)建模,是給出一種算法:(張天孝老師稱(chēng)之為 “計算表征”)
實(shí)際每月完成數是(660÷6)+22,于是有答案:
完成時(shí)間 = 660 ÷[(660÷6)+22] = 5
這是通過(guò)一串已知數字的運算組合,最后得到結果。
【2】代數建模。是給出一個(gè)算式。(張天孝老師稱(chēng)之為 “數量關(guān)系表征”)
設實(shí)際完成月數是□, 那么(660 ÷□ )是每月實(shí)際完成數。
110 = 每月計劃完成數 = (660 ÷□ ) - 22
于是得到有符號的算式 ——代數模型:
(660 ÷□ )- 22 = 110 (1)
我們無(wú)法直接計算出□, 但是可以進(jìn)行“式 ”的運算:
(660 ÷□ )= 110 +22 = 132 (2)
(660 ÷132)= □ = 5 (3)
這里,(1),(2),(3)中 □ 的值是相同的。
【3】用符號的算術(shù)模型。我們還可以這樣思考:
設實(shí)際完成月數是□,那么
□ = 660 ÷ (實(shí)際完成數)= 660 ÷ (計劃完成數+22)= 660÷ (110+22)
= 5
這里也有符號代表數, 卻完全是算術(shù)思維, 與代數無(wú)關(guān)。
【4】用代數方法啟發(fā)算術(shù)思維
由(3)式知
□ = (660 ÷實(shí)際每月完成數)=(660 ÷[(660÷6)+22)] = 5
最后二者是統一的。
算術(shù)思維和代數思維思考的方向不一樣。打個(gè)比方,如果未知數在對岸,那么算術(shù)方法,好象摸著(zhù)石頭過(guò)河找到未知數,代數方法好象用繩索將對岸的未知數捆好拉過(guò)河來(lái),二者的思考方向剛好相反。但是從上面的分析來(lái)看,代數的表征和算術(shù)的表征是可以相互溝通的。至于完整的“式”的運算, 是學(xué)習負數以后的事情,要到初中才能夠完成。但是在小學(xué)里有所滲透,使得算術(shù)和代數的思維逐步融合起來(lái),這是未來(lái)努力的方向。
唐彩斌:
如果學(xué)會(huì )了代數方法,是不是算術(shù)的方法就沒(méi)有價(jià)值了。曾聽(tīng)說(shuō)一位數學(xué)家在回憶自己成長(cháng)歷程的時(shí)候,特別提到:他在讀小學(xué)的時(shí)候,老師就是要他們做一些“以后用代數很簡(jiǎn)單但是用算術(shù)方法不那么容易”的那些題,對他學(xué)習數學(xué)很有幫助。算術(shù)方法是有其獨特的作用呢?
張奠宙:
在面對現實(shí)問(wèn)題時(shí),我們首先使用算術(shù)方法思維。簡(jiǎn)單的問(wèn)題用算術(shù)模型就解決了。例如我們到商場(chǎng)購物,自然用算術(shù)方法計算付款找零。這是一切數學(xué)問(wèn)題求解的基礎。對于比較復雜的應用性問(wèn)題,代數方法開(kāi)始顯示優(yōu)勢,但是算術(shù)方法在訓練學(xué)生獨特思維,承擔分析數量關(guān)系的基礎方法上,其作用仍然不可替代。以大家熟悉的我國古代數學(xué)名題“雞兔同籠”為例來(lái)說(shuō)明。
“今有雞兔同籠,上有35頭,下有94腳,問(wèn)雞兔各幾何?”
這一問(wèn)題的代數模型是解二元一次聯(lián)立方程。小學(xué)生不可能用這樣的數學(xué)知識來(lái)解題。即使成人已經(jīng)掌握了求解聯(lián)立方程的知識和技能,也喜歡用算術(shù)模型來(lái)求解。
唐彩斌:
是的。國內外許多數學(xué)家與數學(xué)教育家對中國的古算題雞兔同籠問(wèn)題情有獨鐘。波利亞列舉了雞兔同籠問(wèn)題的四種解法,并特別欣賞“金雞獨立”這一解法。金雞獨立解法的思路是,如果籠中的雞全部獨立單腳著(zhù)地,做“金雞獨立”狀,而這時(shí)籠中所有兔也學(xué)雞立起前兩腳而只有后兩腳著(zhù)地,那么這時(shí),地上的腳比原先少了一半,只有47只,35個(gè)頭。為什么有47只腳在地上呢?一只雞對著(zhù)一只腳著(zhù)地,而這時(shí)一只兔卻對著(zhù)兩只腳著(zhù)地。每多一只腳,說(shuō)明就有一只兔。原來(lái)有(47—35=)12只兔,雞就有(35—12=)23只了。
張景中院士對于雞兔同籠問(wèn)題的解法也很巧妙。他假設雞的兩只翅膀也變成了兩只“腳”,這樣的話(huà),35只頭就一共有(4×35=)140只“腳”,可實(shí)際上只有94只腳,這說(shuō)明140只“腳”中,除了真正的94只腳外,其余的(140—94=)46只是假腳,即實(shí)際上籠中共有雞(46÷2=)23只,有兔(35—23=)12只。
算術(shù)方法也有其教學(xué)價(jià)值的,曾經(jīng)有人設想,完全拋棄算術(shù)方法解應用題,一開(kāi)始就向小學(xué)生介紹方程解法。這種設想看來(lái)也是有失偏頗的。
張奠宙:
是的,如果這樣學(xué)習代數,代數將成無(wú)源之水!正如雙腳走路是基礎,駕駛汽車(chē)不能取代走路。你總不能把車(chē)停在床邊,你總要走到車(chē)庫里去嘛!實(shí)際上,列方程時(shí)的數學(xué)思維,主要還得用算術(shù)方法過(guò)度。沒(méi)有算術(shù)的第一步, 就難有代數的第二步。如果使得算術(shù)與代數完全脫離,使得學(xué)生沒(méi)有對比,看不出算術(shù)的缺點(diǎn)和代數的優(yōu)點(diǎn),體會(huì )不到代數方法的優(yōu)越性,那么代數也是很難學(xué)好的。
八. 小學(xué)數學(xué)里的三種基本代數模型
唐彩斌:
那么,從代數的角度看來(lái),小學(xué)數學(xué)應用題有哪幾種常見(jiàn)的代數模型?
張奠宙:
小學(xué)里的數學(xué)知識有限, 沒(méi)有乘方、開(kāi)方, 指數、對數、 三角比等概念。因此,從代數和函數的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看,所涉及的數學(xué)模型都是“線(xiàn)性關(guān)系”和“反比關(guān)系”。 即問(wèn)題中的未知量或者自變量x都是一次的,或者是線(xiàn)性的正比例關(guān)系,或者當變量x出現在分母上,呈現反比例關(guān)系。
歸納起來(lái),小學(xué)應用題的代數模型,基本上都是線(xiàn)性組合式。 即形如
ab + cd = f 的式子,其中有5 個(gè)不同的量。又可以分為
[d7] :
【1】方程模型。5個(gè)量中只有一個(gè)是未知的,因而可以通過(guò)四則運算由已知數求出未知數。這是絕大多數。
【2】比例模型。 因為線(xiàn)性關(guān)系,也是比例關(guān)系。這時(shí)5個(gè)量中如果有兩個(gè)未知量, 而且它們成比例關(guān)系。那么可以借此求得問(wèn)題的解。
例。比如開(kāi)頭的10個(gè)題目中的第10題:一條公路長(cháng)2400米,AB兩支施工隊同時(shí)從公路的兩端往中間鋪柏油路,A隊的施工速度是B隊的2倍,4天后這條公路全部鋪完。A,B兩隊每天鋪路多少米?此題中A,B兩隊的速度都是未知的,只知道彼此間的比值。
【3】 函數模型。 因為線(xiàn)性關(guān)系中, 如果兩個(gè)量呈現“依賴(lài)關(guān)系”,就表示二者間存在“一次函數”的關(guān)系。實(shí)際上, 線(xiàn)性組合關(guān)系如果有兩個(gè)未知量, 本質(zhì)上彼此間或者是正例關(guān)系, 或者說(shuō)反比例關(guān)系。比如行程問(wèn)題中往往出現 s = vt + b 的數量關(guān)系就是。
例。 A,B相距500千米。一輛摩托車(chē),??吭贏(yíng)B之間距離A點(diǎn)100千米處,將以每小時(shí)50千米的速度前進(jìn)。到達AB中點(diǎn)后, 休息30分鐘后繼續前進(jìn)。試問(wèn), 一小時(shí)后,摩托車(chē)距離B點(diǎn)多少千米? 何時(shí)摩托車(chē)抵達終點(diǎn)B?
時(shí)間
0
3
3.5時(shí)
4.5時(shí)
4.5+4= 8.5 時(shí)
與A點(diǎn)距離
100
250
250
300
500
這樣列表考察, 已經(jīng)有一次函數的意味了。
唐彩斌:
策略在學(xué)生在解答應用題的過(guò)程中有著(zhù)重要的作用,也越來(lái)越受到老師們的關(guān)注,那么,小學(xué)常見(jiàn)的策略有哪些呢,或許最為熟悉的策略就是“線(xiàn)段圖”了,我們常常在課堂上聽(tīng)到老師在學(xué)生碰到問(wèn)題的時(shí)候就啟發(fā)“能不能畫(huà)畫(huà)線(xiàn)段圖”,似乎成了解決應用題的“萬(wàn)能策略”了。
張奠宙:
用線(xiàn)段圖表示數量關(guān)系是一種有效的教學(xué)方法。不過(guò)線(xiàn)段圖不是目的,只是手段。上海顧汝佐老師曾經(jīng)形象地描述過(guò)線(xiàn)段圖是拐杖,不是棍棒。人們認識一種數量關(guān)系,要經(jīng)過(guò)具象――表象――抽象的過(guò)程?,F實(shí)把線(xiàn)段圖畫(huà)在紙上, 可以看,有具體形象。然后是在腦子里畫(huà)圖,形成表象。最后,直接面對數量關(guān)系, 完全抽象地進(jìn)行思考。比如通過(guò)一些關(guān)鍵字詞(對應關(guān)系,文字說(shuō)明等),也可以幫助學(xué)生理解題意,構成概念圖式,圖式也有多種不同的形式。
唐彩斌:
在課標教材的編寫(xiě)中,出現了一類(lèi)以前教材中沒(méi)有的內容,“教學(xué)策略”單獨成課,比如:專(zhuān)門(mén)上一節課“轉化的策略”“列舉的方法”等等。您怎么看這樣的安排?
張奠宙:
與常規的應用題課相比,這樣的策略課就是非常規課,是便于學(xué)生探究、反思、活動(dòng)的課。常規的是基礎,非常規的是有益的補充,豐富學(xué)習活動(dòng)。這種策略的專(zhuān)項教學(xué),有利于提升學(xué)生解決問(wèn)題的能力,不過(guò)“度”的把握也很重要,如果為“策略”而策略,可能得不償失,應該把策略的習得融入到問(wèn)題的解決中。
唐彩斌:
從解決問(wèn)題的步驟來(lái)說(shuō),最后一步是回答與檢驗。有人認為是形式的完整,并不重要。因此在教學(xué)中常常有老師說(shuō)“由于時(shí)間的關(guān)系,今天的應用題就不要答了”。也有人認為這是重要的一步,是學(xué)生反思自己解答過(guò)程,檢驗結果是否正確的步驟,更是實(shí)現元認知發(fā)展的重要環(huán)節。張老師您怎么看?
張奠宙:
建立模型的核心是弄清數量關(guān)系, 并加以表示。真正解決解決問(wèn)題必然會(huì )檢驗。教學(xué)是模擬過(guò)程,可以把重點(diǎn)放在構建模型上,但是不能忽視模型的檢驗。最好能夠給學(xué)生一些問(wèn)題單幫助他們反思檢驗,比如試問(wèn):得到的結果是否符合實(shí)際情況?計算的過(guò)程是否合理?除了這種方法是否還有更好的方法?這一類(lèi)問(wèn)題具有怎樣的特點(diǎn)?這既是一種數學(xué)素養,也是學(xué)生良好的元認知的表現。
附錄. 一些優(yōu)秀的新型的小學(xué)數學(xué)應用題
例1
弗賴(lài)登塔爾有一個(gè)經(jīng)典的“巨人手印問(wèn)題”:昨夜外星人訪(fǎng)問(wèn)我校,留下了一個(gè)巨大的手印,今夜他還要來(lái),試問(wèn): 我們給他坐的椅子應該有多高?他用的新鉛筆應該要多長(cháng)?
活動(dòng)設計:用自己的手和巨人的手相比,定下“比值”;量自己的書(shū)、桌子、椅子尺寸;用比例放大。過(guò)去總是用“照片放大”、“地圖比例尺”等靜態(tài)的觀(guān)察理解“比例”。 這里的實(shí)例,則用學(xué)生自己的活動(dòng),獲得比例的真實(shí)感受。不過(guò),“外星人”依然是虛擬的存在。
這個(gè)題目好懂、有趣自不必言,尤其是體現比例的思想,問(wèn)題要求學(xué)生進(jìn)行操作,測量,更是一個(gè)絕好的數學(xué)活動(dòng)。
例2.
(荷蘭)甲離學(xué)校10公里,乙離甲3公里,問(wèn)乙離學(xué)校幾公里?
本題訓練學(xué)生的表示能力。首先要問(wèn),甲、乙、學(xué)校在一條直線(xiàn)上?如果在一條直線(xiàn)上,答案有兩個(gè)。如果不在一條直線(xiàn)上,答案無(wú)限多,但都位于一個(gè)圓上。
例3.
(日本)設計一花壇, 使它的面積為矩形場(chǎng)地的一半,要求美觀(guān)。
這是數學(xué)和藝術(shù)相結合的開(kāi)放題,開(kāi)放度極大。1993年,國際數學(xué)教育心理學(xué)組織(PME)在日本舉行時(shí),日本的一堂公開(kāi)課上,日本學(xué)生當堂有13種解答。近期,在杭州上城區教育學(xué)院附屬小學(xué)一五年級班測試20分鐘,對于一個(gè)班級整體來(lái)說(shuō),方法多達四十多種。
例 4.
身份證、書(shū)號、超市商品號的最后一位是檢驗碼。
現在是數碼時(shí)代。 學(xué)生生活實(shí)際中包括“數碼”分析。以下是身份證第18位檢驗碼的計算方法。
Ai:表示第i位置上的身份證號碼數字值
Wi:表示第i位置上的加權因子
十七位數字本體碼加權求和公式
(1)S = Sum(Ai * Wi), i = 0, ... , 16 ,先對前17位數字的權求和
Wi: 7 9 10 5 8 4 2 1 6 3 7 9 10 5 8 4 2
(2)計算用11除所得余數Y: Y = mod(S, 11)
(3)通過(guò)模得到對應的校驗碼
Y:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
校驗碼
1
0
x
9
8
7
6
5
4
3
1
舉例如下:
北京市朝陽(yáng)區: 11010519491231002X
7+9+0+5+0+20+2+9+24+27+7+18+30+5+0+0+4=167. 167除11,
余2, 對應 X
例5.
瓷磚數(美國)
這是美國2000年《數學(xué)課程標準》中的一個(gè)題目。已經(jīng)知道游泳池內部的長(cháng)度L和寬度W, (都是自然數), 用邊長(cháng)為1的瓷磚圍成邊, 需要多少塊瓷磚?
例.6
簡(jiǎn)單郵路問(wèn)題(原上海金匯學(xué)校)
有三行三列的9個(gè)點(diǎn),左上角為郵局,郵遞員自郵局出發(fā),經(jīng)過(guò)9 個(gè)點(diǎn),最后回到郵局,怎樣投遞為最短路線(xiàn) 它們有多少種?
答案。共有8種不同開(kāi)口的圖形。彼此之間可以通過(guò)軸對稱(chēng)和中心對稱(chēng)而得到??紤]到實(shí)際問(wèn)題中,每種圖形郵遞員可有兩種行走方向,故原問(wèn)題的最優(yōu)線(xiàn)路有16種方法。
例. 7
鐘面問(wèn)題(浙江)。
鐘面數字問(wèn)題:鐘面上有12個(gè)數,請在某些數的前面添上加號或減號,使鐘面上所有數之和等于零。
此題解決的思路是:1+2+3+…+12=78,因此相當于將12個(gè)數分成兩組,使這兩組數的和分別等于39,然后在任意一組的每一個(gè)數的前面添上負號。解題的關(guān)鍵在于從1,2,3,…,12這十二個(gè)數中取出若干個(gè),使其和為39。
由于1+2+3+…+12=78,因此本題相當于“將1,2,3,…,12這十二個(gè)數分成兩組,使這兩組數的和分別等于39,然后在任意一組的每個(gè)數的前面添加負號”。因此解題的關(guān)鍵在于從1,2,3,…,12這十二個(gè)數中取出若干個(gè),使其和為39。
為防止遺漏和重復,取數時(shí)我們遵循“由大到小”的原則。
注意到這十二個(gè)數中最大的三個(gè)數。12+11+10=33<39,所以至少要取四個(gè)數,于是有:四數組(12,11,10,6),(12,11,9,7),(12,10,9,8)。
同樣的方法,依次考慮五數組、六數組;又由于七數組、八數組分別于四數組、五數組重復,故不必再考慮。共可得到6+60+58=124個(gè)解答。(此題由戴再平教授提供)
參考文獻:
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[16]郭兆明等.代數式應用題圖示研究概述,數學(xué)教育學(xué)報,2007,4.
[d1]那為什么要改成“數學(xué)應用題”呢?這是您和張先生新的研究進(jìn)展嗎?但這樣一改,似乎包含的研究對象范圍有所增加,而且日常一線(xiàn)教師常說(shuō)道、研究的是“算術(shù)應用題”。
[d2]是否改為“比較二期課改前后?”
[d3]是否應改為“數學(xué)”
[d4]是否應改為“數學(xué)”
[d5]在張先生的文章中,我提出根據下文,此“問(wèn)題解決”應專(zhuān)指美國的,與中國的有差異。因此,張先生為其增加了定語(yǔ)“美國數學(xué)教育界提出的”
[d6]比較閱讀后,我感覺(jué)您更側重于從一線(xiàn)教師希望了解的課改前后各種理念、名詞的聯(lián)系與解讀。這對我們的讀者而言是非常有吸引力的。而您為了篇幅的考慮,沒(méi)有呈現更多的例題;這讓我覺(jué)得頗有遺憾。張先生的文章里面的例子(巨人手印、花壇設計、檢驗碼、瓷磚數、算法設計、鐘面數字問(wèn)題、簡(jiǎn)單郵路問(wèn)題等)我看過(guò),韓老師也看過(guò),我們覺(jué)得這些例子也能為一線(xiàn)老師在練習設計、試卷設計方面給予啟發(fā),不展示挺可惜的。您看是否在文中呈現這些例子,或者以附錄的形式在文后做簡(jiǎn)要介紹?我們可以考慮在合刊中刊登這篇文章,以給予足夠的展示空間。
[d7]張先生給我們的文章中指出的三種代數型模型,與您的文章不同。詳見(jiàn)附件。兩廂比較,我個(gè)人認為,張先生文章中的分類(lèi)更清晰。那會(huì )不會(huì )是張先生在與您對話(huà)后進(jìn)一步思考的結果呢?