本文发表于国家级刊物《小学数学教师》 |
数学教材中“空间与图形”领域分四条线索展开:一是图形的认识,二是图形的测量,三是图形与变换,四是图形与位置。其中,图形的测量主要包括长度、面积、体积的度量概念生成和图形周长、面积、体积的计算公式推导两大部分。因此,图形的测量课型可以分为两大类,一是度量概念的生成课型,一是计算公式的推导课型。这里主要以“平面图形的面积计算”为例对“转化探究课型”的展开进行具体阐述。
一、教材特征
尽管图形周长计算、面积计算和物体体积计算有各自的一般方法和特殊方法,但其解决问题的思路具有一致性,教学中都是从规则图形入手,使学生掌握规则图形测量计算的一般方法,再把不规则图形转化为规则图形,从而运用规则图形测量计算的一般方法解决不规则图形的计算问题,最后进行图形测量问题的估测与估算。
分析“平面图形面积计算”这一部分知识,不难发现长、正方形的面积计算是一般方法,平行四边形面积计算过程是学生第一次接触转化的思想方法,学会通过一定的途径将未知转化为已知;到三角形面积的计算就可以直接运用这一思路和方法,承上启下,适当拓展;到梯形面积的计算,学生独立运用学过的方法解决新的问题。这一过程既是学生习得知识与方法,同时转化为自身素养的过程,更是数学思想的体验和感悟过程,学生通过自主探索和逐步抽象归纳,对于平面图形面积的结构有了一定的认识,对图形之间的内在联系和相互间的转化有更深刻的体会。
二、基本结构
作为以“转化探究”为主的课型,必然与直观猜想、实验操作、概括结论等基本要素相关,通过实践,我们确立了如下的课程实施流程:
提供素材,引发猜想 操作验证,感悟方法 沟通关系,总结公式 应用公式,解决问题 总结学习 方法结构 运用学习 方法结构 进入新的学习
三、教学策略
1.以整体的方式建构学习模型。教学,就是“让新知之舟泊在旧知的锚桩上”,为新知的学习提供最佳关系和固定点。图形面积计算从纵向来看,是以转化的形式把不规则图形的面积计算这一新知顺应于原有的认知结构即已知的一般规则图形的面积计算之中,从横向来看,又可以以类比的形式把一个一个点状的新知同化建构成一个完整的认知结构。在起始课中,我们就可以有意识地引导学生归纳梳理学习的过程,建立清晰的探索学习的方法结构,到了后续的学习中,从半扶半放到逐步放手,指导学生调用学习经验,自主展开探索过程,“猜想——转化——推导——应用”的过程也就逐步成为学生内化并能自觉调用的学习经验,真正转化为学生的学习能力。
2.以转化的策略强化直观猜想。学生生活在万千信息的社会里,生活中无处不见的数学现象无时不刻地进入他们的认知领域,成为他们的数学活动经验,并作为学习者原有的一部分构成进一步学习新知的“现实数学”。当拿到一个新图形、面对一个新问题时,学生会根据各自不同的生活经验和理解,进行自己的尝试,有的学生会试图画格子,数面积单位的个数;有的学生会折,即使是无意识的折也会发现能转化成其他图形;有的学生会剪、拼,成为比较好说、好用的长方形。这一过程,学生自己动起来了,还可以看到身边同学的操作,相互启发,体验转化的过程,看到转化的结果,体悟新旧转化的数学策略无处不在。
3.以方法的体悟增强数学敏感。当学生通过直观猜想和偶然尝试,发现转化的方法后,思维的兴奋点会始终停留在具体拼折的方法上,思维是点状的,对“为什么有些方法能转化成功”,“在这些活动中如何使图形之间的联系更加清晰?”等问题没有追问。再到下个内容的学习时,学生的水平依然停留在自己摸索到的几种偶然成功的方法上,而没有体悟到转化成功的必然性,体悟到转化背后的道理。说到底,教师对学生动手操作和实验探究的目的和意义缺乏深层次的思考,对平面图形之间的内在关系缺乏结构分析。如何将方法通过点拨、提炼得以清晰推广呢?教学过程中教师可以用有意识的追问和受到同学启发后再次操作体悟紧密结合,帮助学生发现和总结:都是通过特殊的线——“高”和点——“中点”才能转化成功。这个过程的夸张和演绎,是师生、生生思维的相互激发,是学生思维由直观描述走向抽象关联,并最终建立数学敏感的必经之路。
4.以互动的推导发展逻辑思维。众所周知,直觉思维与逻辑思维是数学思维的两种互补形式,直觉思维的培养应与逻辑思维培养结合起来进行。在经历一系列操作探究后,有必要使学生的思维走向抽象概括,因为不同的转化办法,最后都可以归纳成同一个公式。学生的能力有差异,有的学生比较敏感,知识基础较扎实,发现就比较快,对公式的记忆也是建立在形象的理解上,但还会有部分学生只看到一个结果。因此,虽然教材不要求学生亲自推导生成公式,但我们对公式的处理也不能简单化,可以通过师生、生生互动的方式,请学生找一找、比一比、写一写、记一记,致力于从理解到符号化的过程,从而为后续的几何学习乃至数学逻辑思维能力的发展进行积极的渗透。
四、实施建议
在课型实施的过程中,教师不仅要根据学生的起点进行针对性的教学,还要根据课堂当下的状态需要不断作出方案的动态调整,不仅要关注学生当堂课的目标达成状态,还要关注前节课的目标要求是否能够在学生身上自觉地加以体现。因此,课型实施过程中,教师要注意以下方面:
1.重建目标,拓展价值
掌握图形的面积或体积公式,是图形测量内容的重要方面,但教学不能将主要精力放在套用公式进行计算上,以至于将这部分内容简单地处理为计算问题。因为从平行四边形的面积到三角形的面积、梯形的面积在知识运用和思维方法上具有类同关系,可以通过教结构、用结构的方式有序展开。对于规则图形面积和体积公式的探索和应用,不仅有利于学生解决实际问题,并且对于学生认识图形的特征和图形间的相互关系,体会重要的数学思想,发展空间观念也是大有好处的。
因此,我们把“图形面积转化”教学的育人价值定位在:在探索图形面积的过程中感受转化的数学思想方法,感受渗透其中的关系分析思维方式,并对图形特征和内在关系建立基本的敏感。这一系列课型的总目标和每一课的递进目标设计如下表:
内容 |
长正方体的面积 |
平行四边形的面积 |
三角形的面积 |
梯形的面积 |
圆的面积 |
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年级 |
三下 |
五上 |
五上 |
五上 |
五下 |
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总 目 标 |
1. 学生通过剪拼、平移、旋转等方法,探索并掌握长正方形、三角形、平行四边形、梯形、圆的面积公式,能正确的计算它们的面积。 2. 学生通过列表、画图等策略,推导平面图形的面积公式,加深对各种图形特征及面积公式之间内在联系的认识。 3. 学生经历操作、观察、填表、讨论、分析、归纳等数学活动过程,体会等积变形、转化等数学思想方法,发展空间观念,发展初步推理能力。 4. 学生在操作、思考的过程中,提高对空间与图形内容的学习兴趣,逐步形成积极的数学情感。 |
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递 进 目 标 |
1.在观察、操作等活动中初步理解面积的含义。建立面积单位的概念,在实际应用中能作出初步估计与判断。 2.探索、发现长方形、正方形面积计算公式,体验面积公式形成过程,能正确计算长方形、正方形的面积。 3.渗透“猜想-实验—发现—验证”的学习方法,培养学生的自主学习能力、合作意识和科学探究精神。 |
1.通过实际操作、尝试,将平行四边形折叠、剪切、平移,转化成学过的长方形,了解转化在平面图形中的运用。 2.观察总结转化的途径,发现高和中点在转化中的作用。 3.建立利用数据比较、探索新图形与已学图形之间关系的意识,从而找到平行四边形面积的计算方法,学会字母公式的表示方式。 |
1.在学习了平行四边形面积计算方法的基础上,进一步学习采用拼合、沿高或中点剪开的方法,自主探究三角形的面积计算公式。 2.在割补、拼剪的过程中进一步体悟转化的数学思考方法,学会用数学语言把转化的方法和推理的过程清晰地表达出来。 |
1.进一步运用已有方法,自主探究梯形的面积计算公式。 2.在割补、拼剪的过程中进一步体悟转化的数学思考方法,学会用数学语言把转化方法和推理过程清晰地表达出来。 3.回顾和总结平面图形面积计算的方法,沟通图形之间的内在联系,构建整体认知框架。 |
1.掌握图形转化或图形分割的方法,感受化曲为直和无限逼近的数学思想。 2.能根据关系用符号表达推理的过程。 3.回顾和总结平面图形面积计算的方法,沟通直边图形和曲边图形之间的内在联系,从而更好地完善平面图形的整体认知框架。 |
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2.明晰关系,层次推进
为了在教学中体现和落实以上育人价值,教师要清晰的把握和推进三个层次的关系,一是知识结构的内在关联,二是探究过程的层次递进,三是知识递进与学生能力发展之间的互动关系。
要对平面图形面积计算问题进行内在的知识结构分析,必须透过各图形表面的不同去寻找他们之间共有的内在本质联系。平行四边形要转化成长方形的前提是要找到直角,三角形要转化成长方形的的前提也是要找到直角或斜边上的中点,而三角形要转化成平行四边形的前提是要找到平行线,同理,从梯形斜边上的中点,或既从高又从中点出发,都可以将梯形转化成长方形、平行四边形和三角形。教师如果能对类似的关键问题点拨到位,那么就为后面三角形和梯形的转化做好了渗透和铺垫。这实际上就是将图形之间的内在关系结构教给学生,学生把握了这个关系结构就为他们解决其他平面图形面积问题提供了转化的基本方法。
根据知识之间的结构关联性,可以循序渐进地教给学生平面图形面积计算的学习方法结构,也就是探究学习的三个具体步骤:第一步,掌握把未知转化成已知的方法,也就是从关键的点或线出发实现转化,这些经验的积累可以为学生实现转化提供具体的方法支撑。第二步,找到转化前后的关系,教师帮助学生明确“变”不是盲目随意的变,不是为了变而变,而是在“变”的基础上能找到变化前后的关系,这是很关键的一步。教师要努力引导学生发现图形转化前后线段之间的对应关系和面积的相等关系、加倍关系、减半关系,为学生获得结论提供有力的桥梁。第三步,利用转化前后的关系推出结论,前两步的最终目的是要获得未知图形面积计算的结论,根据转化前后的关系,可以用字母或文字的符号形式来表达从已知推理未知的过程,这是发展学生逻辑思维的重要资源和手段。学生掌握了这样的学习方法和步骤,就有可能主动探究其他图形的面积计算。
综上所述,整个单元的知识结构是一个大的整体,每一堂课也是一个完整的探索、学习的过程。教师在教学中要充分关注学生的能力发展:一是让学生自己尝试探究方法,充分发挥学生的自主探究能力。二是通过小小组交流各种方法,畅通学生之间的交流和合作。三是在交流和反馈中发现问题,将疑虑放下去让学生自己再动手操作,再次感悟。在此基础上寻找每种方法之间的联系,有意识地引导学生整体思考问题,探寻各种转化方法的异同,体会转化背后的道理。从而帮助学生整体的把握和感知方法,加深对平面图形的特征的认识,也加深了平面图形之间关系的理解,有效培养学生的空间观念。
3.灵活结构,自主创造
根据知识结构的整体规划和学生能力发展的现实状态,整个教学长段并不是一成不变的程式化教学。每节课都应体现目标的递进和对学生当下状态的把握,具有灵活结构的特点。
这种灵活结构性表现在两个方面:一是教学目标递进的设计决定了每节课各有其培养的侧重点。长正方形的面积计算教学重在引导学生整体感悟图形最基本的度量单位和方法,区分一维周长计算和二维的面积计算之间的差异;平行四边形的面积计算重在转化策略和方法的体悟;三角形面积计算的教学重在引导学生发现图形转化前后的关系和用符号表示推理的结论;梯形面积计算重在巩固方法结构,梳理思维策略;圆的面积计算重在引导学生感悟化曲为直和无限逼近的数学思想。
二是每节课教学的学生起点的差异:在平行四边形教学时,学生的差异是对转化方法和关键的差异,因此教学重在实践——体悟——再实践;在三角形的学习时,学生运用平行四边形学习中的学习方法结构和转化途径,有很多的方法出来,但由于所选材料也就是三角形的类型的不同,又会发现许多不同,在此基础上,教师可以引导学生相互模仿实践同学的思路,并进一步反思自己的操作结果,用这种方法一定能转化成功吗?对所有的三角形都适用吗?学生受上节课的影响,还是局限在用一个三角形上。教师可以有意识地追问,把学生的思维从上节课的转化方式中拓展出来。因此,教师不仅要根据学生的起点状态进行有针对性的教学,还要根据学生的现实状态不断做出方案上的动态调整,不仅要关注本堂课的目标达成情况,还要关注上节课目标要求能否在学生身上自觉地加以体现。教学的灵活结构性也就体现在如何处理这些差异和变化中。