从算术思维到代数思维,探寻数学核心素养 ——以“认识方程”教学为例
2024年9月开始使用的北师大版初中数学新教材[1]凝聚了编者的集体智慧,是数学课程理念的基本物化形式,是学生学习数学、教师教授数学的最基本蓝本,是连接数学课程目标与数学课程教学的最主要桥梁,它关系到学生的未来成长和教师的专业发展。只有通读教材、分析教材、融入教材,才能创新使用教材。
以下我针对北师大七年级上册第五章一元一次方程第一节“认识方程”,我从三个方面浅谈从教材变化、教材处理、教学反思中探寻的数学核心素养。
一、教材变化
方程是描述现实世界等量关系的重要模型,可解决算术难以解决的复杂问题,是初中阶段“数与代数”领域的核心内容之一,也是后续学习不等式、函数的重要基础。荷兰数学教育家弗来登塔尔说过:“与其说学习数学,倒不如说学习‘数学化’。”方程就是将众多实际问题“数学化”的一个重要模型。新课标在小学阶段已经删除了“简单方程”的内容,因此,本章是初中阶段学习方程的起始课程。
二、教材处理
教材通过实际情境的分析,引导学生寻找等量关系,并借助用字母表达的未知数建立等量关系的数学表达,理解方程的意义。
教材中的问题[1]:在班级秋游活动中,全体学生和老师共购买了45张门票,学生票每张10元,成人票每张15元,师生总票款为475元。你知道学生和老师的人数分别是多少吗?购买学生票和成人票的票款分别是多少?
学生可能的解答:因为,且
,所以学生有40人,教师有5人,因为成人票每张15元,所以成人票的票款为
元。可以发现,学生受小学算术思维的影响,还停留在小学解决“鸡兔同笼”问题的思维模式上,没有上升到代数思维。
学生出现这样的解答,教师要抓住契机“随机生智”,帮助学生实现从算术思维到代数思维是一种思维的飞跃。那么算术思维和代数思维有哪些区别呢?
算术思维[2]着重的是利用数量计算求出答案的过程,这个过程具有情境性、特殊性、计算性的特点,甚至是直观的。而代数思维[2]就其本质而言是一种关系思维,它的要点是发现(一般化的)关系和结构,以及明确这些关系与结构之间的关系。在教学中渗透代数思维在小学数学学习中,每个学生都必须面对从算术思维过渡到代数思维的知识。这个指数抽象,难以理解,大多数学生而言都会存在不同程度的困难。因此,教师在教学中首先应重视对学生代数思维的培养,在之前学习的运算定律字母表达式中,可以有意无意渗透一些代数思维了。也就是说,“字母表示数”及“方程”相关内容的学习是在初中出现的,但对学生代数思维的培养,不一定也不应该等到这个时候才开始。在前面的很多内容教学中应该有意识地铺垫,让学生有机会在不同内容的学习中“找感觉”,积累经验,不断地为完成好认识上的重要飞跃打基础。
我们借助小学最经典的“鸡兔同笼”问题 来具体分析一下。一群鸡和兔,共有头35个,脚94只。鸡、兔分别有多少只?设鸡x只,兔y只,则所给问题中的数量关系可以列成两个方程,即。在算术中虽然不用x,y这种符号,却也可以同样地有
。由此可见,代数和算术毫无本质上的差别。现在代入具体数据解释两种解法的区别:①算法解法:假设35个头全是兔的头,则应有
只脚,但实际只有94只脚,多出
只脚。这46只脚是怎么多出来的呢?其实,每把一只鸡算成一只兔,脚的数量就会多出4-2=2只,因此
就是把鸡算成兔的数量,也就是鸡的实际数量。所以,鸡的数量是
只,兔的数量是35-23=12只。在算术解法中,教师其实早已“心中有式”,然后再用一套“说词”来解释其合理性。②代数解法:设鸡x只,兔y只,则所给问题中的数量关系可以列成两个方程,即
,利用代入消元法解得x=23.可以看到两种解法的真正区别[4]:在算术中未能有效利用运算律;而代数则有系统地用运算律去简化给定的数量关系,从而化未知为已知。更进一步,可利用鸡兔同笼问题帮助学生理解可持续思考问题:方程的本质是什么?设鸡x只,则鸡头建立等量关系:
;兔头建立等量关系:
;鸡脚建立等量关系:
;兔脚建立等量关系:
.由此可见,方程的本质是借助未知数讲两个故事,这两个故事在某一要素上量相等。即等号两边对同一件事情的两种不同刻画方法。因此,方程的定义由“含有未知数的等式”改为“含有未知数的表示量相等的等式”[1]。方程是什么,它是一种工具,这种工具有一整套合乎逻辑的解法,只要通过一个问题掌握这个解法,就能把成千上万的问题解决掉。这才是学习数学的正道,而不是做更多的题。中国的这些数学论著相比欧洲的和阿拉伯的有一个大的缺陷[2],就是它们给出的都是一个个具体问题的解法,而不是一套系统的方法,因此再多解法也难穷尽所有的问题。
通过上述教学案例的分析和进一步研究,可以总结出学生能够逐步从算术思维到代数思维转变的关键为:
①符号意识的培养:学生需要理解符号的抽象意义,能够用符号表示未知数和关系。
②方程思想的建立:学生需要学会将实际问题转化为数学方程,并通过解方程得答案。
③逻辑推理能力的提升:学生需要掌握基本的逻辑推理方法,能够通过推理解决问题。
这一转变不仅提高了学生的数学能力,还培养了他们的抽象思维和逻辑推理能力。教师在教学中应注重符号意识的培养和方程思想的建立,帮助学生顺利完成思维转变。
三、教学反思
本节是第五章的第一节,属于章起始课,既要有本节基本内容认识方程,又要使学生对第五章的内容有一个宏观的认识,符合大单元教学的要求。
1.授课流程和讲授效果反思
本节课通过设置丰富的问题情境,使学生经历模型化的过程,引出方程和一元一次方程的概念,整个探究过程自然顺畅,学生易于理解,效果较好。在整个教学实施过程中,自始至终坚持以问题为主线,诱导学生思考问题[5],进而去解决问题,同时问题的设计遵循学生的思维特点,着重引导学生探索、归纳[5],注重过程教学,这样既有利于培养学生的分析归纳能力,也真正体现了以学生为主体的教学理念。课堂上学生的参与度较高,大部分学生能够积极参与讨论和练习。
2.师生互动反思
由几个具体的实例列方程,通过学生的合作学习,观察、归纳、概括出一元一次方程的定义,使得教学过程十分自然,螺旋上升,接着,老师紧扣教材,让学生完成巩固新知,熟练技能,增强了数学教学的现实性,使学生能深刻地体会到数学的应用价值,从而探索数学的核心素养[5]。
3.不足反思
没有强调小学算术法和方程法的异同,学生从算术思维向方程思维的过渡存在困难。所以课后重点研究了此问题,比较了算术思维和代数思维的区别,并借助小学最经典的“鸡兔同笼”问题来具体分析,最后得到初步的方法。
各学段的教师都应该善于捕捉恰当的内容,善于寻找恰当的时机,选择恰当的方式,及时训练代数思维,让学生在数学活动中有所感、有所悟。不断的让学生从算术思维到代数思维,进一步认识和理解方程,并从中探寻数学核心素养。
【 参考文献】
[1]马复.义务教育教科书数学七年级下册[M].北京师范大学出版社,2024.
[2]吴军.数学通识50讲[M].新星出版社,2019.
[3]项武义.基础代数学[M].人民教育出版社,2004.
[4]王凯利.小学生算术思维与代数思维转化的案例研究[D].延边大,2018.
[5]赵相刚.浅析七年级数学教学中学生代数思维的培养[C].“基于核心素养的课堂教学改革”研讨会论文集,2020.
- 【发布时间】2025/8/29 10:44:38
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