生活原型,給學(xué)生一個數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的支點

杜海良

[摘 要]在“理性化”的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)生通常需要一個理解數(shù)學(xué)知識的支點，這個支點可以是數(shù)學(xué)知識的“生活原型”，包括蘊涵數(shù)學(xué)知識的生活背景、生活經(jīng)驗、生活事例、生活表達等。以“圓的認識”教學(xué)為例，適時去到生活的源頭處，找尋數(shù)學(xué)與生活的關(guān)聯(lián)，找到數(shù)學(xué)知識的生活原型，讓知識進入學(xué)生的生活，幫助學(xué)生理解抽象化的數(shù)學(xué)知識，從而使學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)更顯本真。

[關(guān)鍵詞]支點;生活原型;圓的認識

[中圖分類號] G623.5 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-9068（2019）26-0018-03

“圓的認識”一課，很多名師都有過精彩的演繹與詮釋，如張齊華老師就有前后五次不同的演繹與重建，從歷史人文視野下的豐沛厚重，到洗練純粹至只剩下線條的文字的干凈素樸，從“大問題”整合下課堂的開放，到“先學(xué)后教”背景下對學(xué)生主體學(xué)習(xí)的徹底回歸……由外而內(nèi)、 由物及人、由師轉(zhuǎn)生的一次次否定與超越，見證著張齊華老師對數(shù)學(xué)課堂“另一種可能”的不斷探尋與發(fā)現(xiàn)。正如他的座右銘：“永不重復(fù)別人，更不重復(fù)自己！”受此影響，我對“圓的認識”一課教學(xué)有了“另一種可能”的探索與嘗試。

古希臘著名的數(shù)學(xué)家阿基米德有一句名言：“給我一個支點，我將撬起整 個地球?！痹凇袄硇曰钡臄?shù)學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)生同樣需要一個理解數(shù)學(xué)知識的支點，在本課中，這個支點就是數(shù)學(xué)知識的“生活原型”，這個原型可以是蘊涵數(shù)學(xué)知識的生活背景、生活經(jīng)驗、生活事例、生活表達等。教學(xué)中，找到與數(shù)學(xué)知識適切的生活原型，既可以讓學(xué)生深刻體會到數(shù)學(xué)與生活的密切聯(lián)系，更可以促進學(xué)生感悟和深刻認知數(shù)學(xué)知識，并在感悟和認知的過程中進行數(shù)學(xué)分析、數(shù)學(xué)歸納、數(shù)學(xué)演繹、數(shù)學(xué)比較等，從而使學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)更顯本真、更深刻。

一、在“生活原型”的經(jīng)驗還原中理解數(shù)學(xué)本質(zhì)

【教學(xué)片段】

（課前玩“你說我猜”的游戲：描述圖形獨一無二的特征，看誰猜得又快又準）

師：學(xué)校舉行趣味運動會，進行投球比賽，同學(xué)們圍成這三種隊形（如圖1）向中心的球筐投球，比誰投中的次數(shù)多。你認為哪種隊形比賽才公平？

生（齊）：圓形隊形。

師：為什么圍成圓形隊形比賽才公平？

生1：圓形隊形中的每個人離球筐的距離是一樣的。

師（出示圖2）：如果用這些點表示隊形中的同學(xué)，只有圓才具有一個獨一無二的特征，那就是圓上（不是圓內(nèi)，也不是圓外）每個點到中心的距離都相等，對嗎？

師：憑我們的生活經(jīng)驗，感覺的確如此。但數(shù)學(xué)不能僅憑感覺，需要驗證。你有什么辦法來證明圓的這些線段都一樣長嗎？請大家拿出身邊的圓片，自己標一標、畫一畫，證明一下。

（學(xué)生通過量或折的辦法驗證線段相等）

師：圓是怎樣的一個圖形？如果現(xiàn)在再來玩“你說我猜”的游戲，你打算怎樣描述圓？

生2：邊上點到中心都一樣長的圖形。

師：同學(xué)們說的都非常棒，說清了圓獨一無二的特征！我國古代偉大的思想家墨子，是這樣來描述圓的——圓，一中同長也。你理解這句話的意思嗎？墨子說的“一中”是什么意思？“同長”是什么意思？

生3：“一中”指圓中心的這一點。

師：圓中心的這一個點就叫圓的圓心，用字母“O”表示。那“同長”呢？

生4：每個點到中心距離相等。

生5：這些線段都一樣長。

師：是的，圓邊上每個點到圓心的距離都相等，無數(shù)個這樣到圓心距離相等的點連起來就得到了這個圓。（課件出示“連點成圓”的動畫）

師：這些相等的線段就是圓內(nèi)第一種重要的線段，叫半徑，用字母“r”表示。能說說你對“半徑”的認識嗎？

生6：一個圓里有無數(shù)條半徑。

生7：而且它們都一樣長。

師：是的，一個圓里的無數(shù)條半徑都相等。這就是墨子說的“同長”。

生8：半徑是一條從圓邊上到圓心的線段。

師：是的，你說的就是半徑的概念。

【評析】胡塞爾說：“生活世界是自然科學(xué)被遺忘的基礎(chǔ)?！痹跀?shù)學(xué)知識遠離學(xué)生生活時，我們需要去到生活的源頭處，找尋數(shù)學(xué)與生活的關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)生理解抽象化的數(shù)學(xué)知識?！耙恢型L”是圓的本質(zhì)特征，圓內(nèi)的重要概念“圓心”“半徑”“直徑”及其特征，以及畫圓的原理都基于此特征。因此，對這一特征的認識深度就決定了對“圓”認識的高度，但這一特征對學(xué)生而言又比較抽象和難懂。

課始，通過投球比賽的生活情境，學(xué)生尋找到了“一中同長”的生活原型：“球筐位置”即“圓心”，“同學(xué)到球筐的距離”即“半徑的長度”，要使比賽公平，“每個同學(xué)到球筐的距離都相等”也就是“半徑都相等”。因此，通過“圍成怎樣的隊形向中心球筐投球比賽才公平”問題的思考、討論，激活了學(xué)生的生活經(jīng)驗，再結(jié)合量、折等操作驗證，幫助學(xué)生從生活原型中抽取出 “一中同長”的內(nèi)涵。有了特征內(nèi)涵的理解，隨后的“圓心”“半徑”概念的教學(xué)其實只是賦予名稱，在“一中”指什么和“同長”指什么的追問思索中，明晰“一中”就是指圓的中心即“圓心”，“同長”（邊上每個點到中心距離都相等）指的就是圓有無數(shù)條“半徑”，長度都相等。

二、在“生活原型”的經(jīng)驗改造中進行數(shù)學(xué)創(chuàng)造

【教學(xué)片段】

師：剛才我們一起認識了圓“一中同長”的獨一無二的本質(zhì)特征，你會根據(jù)這樣的特征畫一個圓嗎？

師：這里有兩支鉛筆、一枚硬幣，試著畫一畫。

（學(xué)生描述畫法）

師：大家都很聰明！不過這樣畫圓有什么缺點？

生1：只能畫和硬幣一樣大小的圓。

師：若只用這兩支鉛筆，能不能畫？（教師展示用兩支鉛筆畫出大小不同的兩個圓）這樣畫圓有什么優(yōu)點？

生2：這樣畫圓可以畫出大小不同的圓。

師：試著用兩支鉛筆畫圓，看誰畫得又快又好。

師：用兩支鉛筆畫圓有什么感受，要注意什么？

生3：鉛筆容易滑，不容易固定。

生4：兩支鉛筆不容易控制。

生5：要使一支鉛筆固定不動。

師：是的，要畫得“圓”，就得符合圓“一中同長”的特征，要做到“一中”，第一支鉛筆就不能移動位置;要做到“同長”，兩支鉛筆的間距就不能隨意改變。

師（出示圖3）：聰明的人類，為了做到以上兩點，用針代替了第一支鉛筆，便于固定位置，又用特殊的機械裝置，使這兩支筆既能自由調(diào)整間距又能相對固定，這就是現(xiàn)在人們常用的專業(yè)的畫圓工具——圓規(guī)。

【評析】“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行?！苯處煈?yīng)該而且必須讓學(xué)生獲得深刻的數(shù)學(xué)體驗，讓學(xué)生“以身體之、以心驗之”。在畫圓的教學(xué)中，教師沒有直接出示圓規(guī)，而是找到了圓規(guī)的“生活原型”——兩支鉛筆，讓學(xué)生在自己動手用兩支鉛筆畫圓的活動中，體驗這樣畫圓的優(yōu)點與缺點，在“為什么畫不圓”的反思中體會到“要畫得圓，必須要做到‘一中同長”，然后通過“如何做到‘一中”“如何做到‘同長”的思考討論，用針尖替換第一支鉛筆，用特殊裝置固定兩支鉛筆的間距。這樣，通過原型啟發(fā)、改進，帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷畫圓工具的再創(chuàng)造，既加深了學(xué)生對“一中同長”特征的認識，也使學(xué)生在獲取知識、形成技能的同時，真切體驗數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)帶來的思維愉悅，體現(xiàn)出數(shù)學(xué)“作為一門課程與文化”對學(xué)習(xí)個體應(yīng)有的課程意義與教育價值之所在。

三、在“生活原型”的數(shù)學(xué)實驗中探索數(shù)學(xué)文化

【教學(xué)片段】

師：圓在生活中無處不在，有人說，圓是世界上最美的圖形，但生活中有些地方的圓不僅僅是為了美。（出示下水道的窨井蓋圖）你知道窨井蓋為什么一般都是圓形的？（學(xué)生猜測）

師（出示一長方體與圓柱體分別模擬方形窨井與圓形窨井，演示方形蓋子易掉進井里，圓形蓋子無論怎么放都掉不下去）你現(xiàn)在有答案了嗎？

生1：方形井口有的地方更寬。

生2：圓形井口都是一樣寬的。

師：的確如此，在圖4中，圓形窨井的最寬處在哪？

生3：中間那條線段。

師：最寬處還能畫嗎？要怎么畫？

生4：能畫，只要兩端在圓上，并且通過圓心。

師：可以畫出多少條？

生5：無數(shù)條。

師：圓形具有一個特征——通過圓心畫出來的都是圓的最寬處，而且是處處一樣寬。

師（出示圖5）：正方形具有這樣的特征么？通過正方形的中心畫幾條線段，有長有短，所以蓋子就有可能從長的地方掉下去了。

師：這無數(shù)條圓內(nèi)最長的線段，其實就是圓內(nèi)第二種特別重要的線段，叫“直徑”，用字母“d”表示。現(xiàn)在能說說直徑是一條怎樣的線段嗎？

生6：直徑是圓內(nèi)最長的線段。

生7：直徑是從圓上一點通過圓心到達對面另一點的線段。

生8：圓里有無數(shù)條直徑，而且都一樣長。

生9：直徑其實就是由兩條半徑連起來的。

【評析】數(shù)學(xué)不僅僅是“紙筆數(shù)學(xué)”，更是“猜想數(shù)學(xué)”“驗證數(shù)學(xué)”“實驗數(shù)學(xué)”。在數(shù)學(xué)實驗中，學(xué)生能主動經(jīng)歷數(shù)學(xué)觀察、數(shù)學(xué)猜想、數(shù)學(xué)操作、數(shù)學(xué)推理與交流等諸多數(shù)學(xué)活動?；谥睆脚c半徑的聯(lián)系，直徑及其特征的教學(xué)完全可以在半徑及其特征的教學(xué)基礎(chǔ)上相機出示或讓學(xué)生看書自學(xué)。而本課教學(xué)更多地體現(xiàn)了數(shù)學(xué)知識的教育價值與文化意義，引導(dǎo)學(xué)生帶著數(shù)學(xué)的眼光去看待現(xiàn)實生活，尋找直徑的生活原型，發(fā)現(xiàn)其中的數(shù)學(xué)內(nèi)涵。

微軟有一個著名的面試問題：為什么下水道的井蓋是圓的？而這一個問題可以看作是直徑及其特征的原型。正因為圓有無數(shù)條直徑且都相等，即最寬處處處相等，所以圓形蓋子無論怎么放都掉不下去。教學(xué)中，教師首先提出問題“為什么窨井蓋是圓的？”然后讓學(xué)生帶著問題進行實驗，在演示、觀察、思辨、比較等活動中發(fā)現(xiàn)圓具有一個特征“過中同長”——通過圓心兩端在圓上的線段有無數(shù)條且等長，而正方形等其他平面圖形不具備這樣的特征（當然，“過中同長”的特征本質(zhì)上還是圓的“一中同長”）。在探索這一特征的過程中，直徑及其特征在學(xué)生討論交流“最寬處在哪”“還能怎么畫”“能畫多少條”等問題的答案的過程中自然生成。

在本課中，半徑、直徑、圓心是三個基本概念，是典型的陳述性知識，是告訴我們“是什么”的知識。但這些概念都是認識、描述圓的特征所需的要素，所以教師沒有選擇用“告訴”“自學(xué)”等方式來揭示，而是在“生活原型”支點的幫助下，引導(dǎo)學(xué)生先理解特征內(nèi)涵再自然賦予名稱。只有這樣，半徑、直徑、圓心才不再是構(gòu)成“圓”這一整體機器的小零件，而成為“圓之所以為圓”“圓之所以具備這樣那樣諸多外部特征”的真正內(nèi)在機理和“幕后操縱者”。

數(shù)學(xué)課堂上，教師只有利用種種“生活原型”促進學(xué)生理解數(shù)學(xué)，才能培養(yǎng)學(xué)生從生活的“感性認識”上升為數(shù)學(xué)的“理性認識”，才能真正引導(dǎo)學(xué)生在課堂上經(jīng)歷知識、方法與智力的探險，使數(shù)學(xué)課堂呈現(xiàn)出磨礪思維、提升智慧的本來面目。

（責編 金 鈴）