數(shù)形結合在小學數(shù)學課堂的三種有效應用

張仰發(fā)

【摘要】本文以《加法運算定律》一課為例，論述數(shù)形結合思想在小學數(shù)學課堂的應用，具體提出以形釋數(shù)、以數(shù)化形及數(shù)形互變?nèi)N應用方式，目的是提高學生分析問題及解決問題的能力。

【關鍵詞】小學數(shù)學 數(shù)形結合 《加法運算定律》

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）45-0081-02

“數(shù)”與“形”是數(shù)學學科中最基本的兩個研究對象，在一定條件下二者可以互相轉(zhuǎn)化。數(shù)形結合思想就是利用“數(shù)”“形”互變的特點，將抽象的數(shù)學語言與直觀的圖形結合起來，既分析其代數(shù)含義，又揭示其幾何意義。數(shù)形結合思想的應用大致可分為“以形釋數(shù)”“以數(shù)化形”“數(shù)形互變”等幾種形式，其應用目的是使復雜抽象的問題趨于簡單化和具體化。在小學數(shù)學教學中，學科的抽象特征和小學生的思維特點決定了數(shù)形結合教學策略的優(yōu)勢，其將代數(shù)和幾何等不同領域相互關聯(lián)，幫學生構筑起更加緊密的數(shù)學知識體系。以下，筆者以人教版數(shù)學四年級下冊《加法運算定律》一課為例，嘗試運用上述三種數(shù)形結合形式進行教學，幫助學生提高分析問題和解決問題的能力，優(yōu)化學習效果。

一、以形釋數(shù)，發(fā)現(xiàn)計算規(guī)律

學生在探究與數(shù)量有關的數(shù)學問題時，尤其面對某些較為抽象復雜的數(shù)量關系時，很難從中發(fā)現(xiàn)和把握計算規(guī)律。此時，教師可以利用數(shù)字之間的結構特征，將數(shù)量關系設計成直觀、形象的幾何圖形，利用“形”化繁為簡。這樣，學生在觀察圖形時，更容易發(fā)現(xiàn)其中蘊含的計算規(guī)律，使問題迎刃而解。在教學《加法運算定律》一課時，筆者針對“理解加法交換律和結合律”這一教學重點，詳細介紹加法交換律，先出示兩條不同顏色的線段，然后提問：“如果第一條線段長度為12cm，第二條線段長度為19cm，現(xiàn)在把它們的位置互換，總長發(fā)生什么變化？”（見圖1）學生審題時發(fā)現(xiàn)這兩條線段只是互換位置，沒有發(fā)生長度的變化，認為其總長沒有發(fā)生變化。根據(jù)學生看法，筆者出示了互換位置的圖示。（見圖2）

以上兩個圖示直觀地呈現(xiàn)了兩條線段的位置與長度，算式為：12+19=19+12，結論則為：兩條線段位置互換后，總長度不變?；诖?，筆者再次提問：“經(jīng)過剛才的試驗，我們得到了一個猜想——兩個數(shù)相加，交換加數(shù)的位置，和不變。我們要怎么驗證這一猜想呢？”學生討論了片刻，提出“可以再舉出一些加法算式，把兩個加數(shù)交換，看看前后兩個結果有沒有改變，只要不變，就證明這個猜想是正確的”，并相應列舉了一些加法算式來證明，如2+5=5+2，18+25=25+18等。筆者追問：“我們能舉完所有的算式嗎？”學生齊答“不能”。于是筆者提出新的問題：“如果要用一個簡單的式子來表示所有的情況，你會怎么做？”學生一時陷入沉默，筆者提示：“可以利用符號或字母來代替數(shù)字?！辈糠謱W生受到啟發(fā)，馬上列舉出諸如“△+○=○+△”“a+b=b+a”等式子。至此，猜想的正確性獲得證實，具有概括性和理論性的加法交換律表達形式也被概括出來。

在以上的教學過程中，教師先用簡潔的圖形解釋加法交換律，讓學生初步感受數(shù)形結合的數(shù)學思想;接著教師引導學生從圖形中總結經(jīng)驗，提出猜想，并鼓勵學生開展自主探究，證實猜想的正確性。學生通過自主探究概括表達形式，認識到在解決數(shù)字問題時，圖形、符號與數(shù)字之間存在相通之處和內(nèi)在聯(lián)系，無形中經(jīng)歷了探尋“算理”和“算法”的過程，這是法則學習更進一步的延伸拓展。所謂“算理”，就是計算過程中的道理，是解決“為什么這樣算”的理論，而“算法”則是計算的方法，解決“怎么算”的問題。算理是算法的理論依據(jù)，只有充分理解“算理”，才能根據(jù)需要正確使用、靈活選擇“算法”。在上述內(nèi)容中，用列舉單一算式的方式來表現(xiàn)加法交換律，學生的思維認知囿于數(shù)字層面，認識的是計算方法，而圖形、符號與數(shù)字相比具有更大的融合性和普適性，能夠概括和揭示無數(shù)算式中所包含的“算理”，使其顯性化、直觀化，確保學生既“知其然”，又“知其所以然”，在理解算理的基礎上牢固掌握計算方法，并養(yǎng)成利用符號、畫圖等方式解決問題的良好習慣。

二、以數(shù)化形，建構抽象模型

雖然利用圖形這一形象化的表示方法，能夠更好地解釋數(shù)學概念、簡化數(shù)學問題，但圖形缺乏精確的定量，在實際應用中仍需要借助代數(shù)的計算，以確保能準確表現(xiàn)數(shù)學問題的特點，表達出題目隱藏的信息。因此，教師應當充分利用圖形特點與已知條件之間的關系，以數(shù)化形，將“形”正確表現(xiàn)為“數(shù)”的形式，幫助學生理解概念、精確計算。在教學加法結合律時，筆者仍然采用數(shù)形結合的方式，先出示了三條長度不等的線段，要求學生將其以首尾相接的形式組合起來。學生采用了不同的組合順序，發(fā)現(xiàn)無論是先將前兩條線段組合起來，還是先將后兩條線段組合起來，最終獲得的線段均為相同形式的一條線段。但由于這三條線段沒有量化，學生在拼接的過程中不能真切體會加法結合律“先把前兩個數(shù)相加，或者先把后兩個數(shù)相加，和不變”的含義。因此，筆者對線段進行了賦值，第一條線段長12cm，第二條線段長5cm，第三條線段長19cm，并提問：“先組合前兩條線段，和先組合后兩條線段，其總長會變嗎？”學生根據(jù)提問分別列出算式：（12+5）+19=36cm，12+（5+19）=36cm，最后得出“無論組合怎么變化，組合后線段的總長度均不受影響”的結論。在此基礎上，筆者對教學做了進一步延伸，將線段增加到四條、五條，并賦予不同的值，要求學生自由組合，然后觀察計算結果。學生發(fā)現(xiàn)無論哪兩個數(shù)先相加，最終的和都沒有變化，與之前的情況并無不同。通過實踐，學生深刻體會加法結合律的含義，并能自發(fā)利用符號或字母將計算方法概括表達為（△+○）+□=△+（○+□）或（a+b）+c=a+（b+c）等式子。

考慮到小學生的思維方式以形象思維為主，筆者仍以圖形為切入點，利用圖形直觀的特點演示不同相加順序這一條件，幫助學生理解加法結合律的運算形式。在隨后的教學中，筆者給圖形賦予明確的數(shù)字信息，將原本具體的圖形內(nèi)容抽象化，同時利用增減線段的方式將具有特殊性的具體圖例一般化、普遍化，用以論證加法結合律的正確性。這一環(huán)節(jié)承接加法交換律的知識經(jīng)驗，以學生熟悉的圖形為開端，利用具體數(shù)據(jù)對圖形進行轉(zhuǎn)化，引導學生從具體數(shù)據(jù)的討論上升到對規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和總結，最終形成具有高度抽象化和普適性的數(shù)學模型，充分詮釋數(shù)形結合思想中以“數(shù)”化“形”的思想，這一過程增強了學生對知識的理解，拓寬了學生的學習視角，使其更牢固地掌握從具體內(nèi)容中總結規(guī)律、構建數(shù)學模型的方法，形成嚴謹而具有邏輯性的數(shù)學思維。

三、數(shù)形互變，解決數(shù)學難題

小學生對直觀圖形感受能力較強，對抽象問題的理解則存在一定的難度，因此教師應當致力于順應小學生的認知特點，將數(shù)形結合思想與學生的已有知識及生活經(jīng)驗緊密聯(lián)系起來，讓學生能循著認知基礎與生活經(jīng)驗認識數(shù)學問題，解決數(shù)學難題。

當完成上述兩個運算定律的學習后，筆者請學生舉出一些生活中的實例，并選擇適合的加法運算定律來解決問題。例如：小A同學計劃買2雙單價為127元的跑鞋，2本單價為19元的書，2把單價為33元的玩具槍，以及2條單價為11元的毛巾，他必須快速判斷出手上的400元錢是否夠用，請問應當如何解決？學生觀察數(shù)字后，按順序列出算式：127+127+19+19+33+33+11+11=127+33+127+33+19+11+19+11=380，這個計算過程，實際上是先利用加法交換律調(diào)整數(shù)字前后位置，再利用加法結合律進行“湊整法”簡便計算。那么，為了使算式看起來更簡潔明了，可以指導學生把一個加法結合數(shù)視為一個整體，即“127+33”為△，代表160元，“19+11”為○，代表30元，根據(jù)題意計算△+△+○+○，可迅速得出“380元”的結果。本例來自學生熟悉的現(xiàn)實生活，先從實物提取數(shù)字信息，再將其化為更易理解的數(shù)學圖形，賦值后進行計算，迅速解決了問題。這一過程是對加法交換律和加法結合律的實際運用，不僅能幫助學生迅速便捷地解決問題，同時也使學生加深理解數(shù)學之于生活的意義。總的來說，掌握數(shù)形互變的方法，對發(fā)展學生的思維靈活性，以及提高學生分析問題、解決問題的能力，都有明顯的促進作用。

綜上所述，在小學數(shù)學教學中引入數(shù)形結合思想，能夠?qū)⒊橄蟮臄?shù)量關系具體化、形象化，同時能夠豐富表象、拓寬思路、引發(fā)聯(lián)想、訓練思維，幫助學生快速找到解題思路。因此，小學數(shù)學教師應當重視數(shù)形結合思想的應用，積極地通過以形辯數(shù)、以數(shù)化形、數(shù)形互變等方式，幫助學生提升分析問題及解決問題的能力，提高數(shù)學綜合素養(yǎng)。

（責編 黃健清）