在“做數(shù)學(xué)”中催化實踐創(chuàng)新①

趙維坤 侯正永

摘要：“做數(shù)學(xué)”是一種以“做”為支架的發(fā)現(xiàn)和提出問題、分析和解決問題的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)活動，其中既包含直觀體驗性的“做”，也包括有意識的“用”?！白鰯?shù)學(xué)”能夠幫助學(xué)生透過實際現(xiàn)象看到數(shù)學(xué)本質(zhì)，將實際問題抽象成數(shù)學(xué)問題，從而催化數(shù)學(xué)的實踐創(chuàng)新。義務(wù)教育階段的數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師可以設(shè)計調(diào)查推斷、測量計算、動手制作等類型的“做數(shù)學(xué)”主題活動，引導(dǎo)學(xué)生完成數(shù)學(xué)的實踐創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：做數(shù)學(xué);數(shù)學(xué)應(yīng)用;數(shù)學(xué)調(diào)查;數(shù)學(xué)測量;數(shù)學(xué)制作

數(shù)學(xué)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到現(xiàn)代社會以及人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€方面。數(shù)學(xué)教學(xué)要幫助學(xué)生理解數(shù)學(xué)知識，掌握數(shù)學(xué)方法，更要引導(dǎo)學(xué)生在真實的情境中調(diào)用已有的知識和方法，從數(shù)學(xué)的視角發(fā)現(xiàn)和提出問題、分析和解決問題，完成數(shù)學(xué)的實踐創(chuàng)新，從而積累豐富的數(shù)學(xué)活動經(jīng)驗，感悟數(shù)學(xué)與現(xiàn)實的關(guān)聯(lián)，認(rèn)識數(shù)學(xué)在社會生活諸多領(lǐng)域的作用（價值）， 激發(fā)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣與成就感，發(fā)展數(shù)學(xué)應(yīng)用能力，提高實踐創(chuàng)新能力。

在這一過程中，如何“撩開”現(xiàn)實問題的“面紗”，抽取背后的數(shù)學(xué)模型是關(guān)鍵。而“做數(shù)學(xué)”是一種以“做”為支架的發(fā)現(xiàn)和提出問題、分析和解決問題的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)活動，其中既包含直觀體驗性的“做”，也包括有意識的“用”。因此，“做數(shù)學(xué)”能夠幫助學(xué)生透過實際現(xiàn)象看到數(shù)學(xué)本質(zhì)，將實際問題抽象成數(shù)學(xué)問題，從而催化數(shù)學(xué)的實踐創(chuàng)新。

義務(wù)教育階段的數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師可以設(shè)計多種類型的“做數(shù)學(xué)”主題活動，引導(dǎo)學(xué)生完成數(shù)學(xué)的實踐創(chuàng)新。

一、在調(diào)查推斷類“做數(shù)學(xué)”活動中催化實踐創(chuàng)新

調(diào)查推斷類“做數(shù)學(xué)”活動是指，針對某個具有現(xiàn)實意義的主題（問題）， 選取一定的樣本，收集有關(guān)的數(shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)推斷得到相應(yīng)的結(jié)果（結(jié)論）。它在解決現(xiàn)實問題時有著廣泛的應(yīng)用。

例如，教學(xué)三年級的“長方形和正方形的面積計算”后，教師提出“學(xué)校實踐基地菜園大白菜的產(chǎn)量是多少？” 這一實際問題，引導(dǎo)學(xué)生通過數(shù)學(xué)調(diào)查活動加以解決。

教師帶領(lǐng)學(xué)生來到學(xué)校實踐基地的菜園，學(xué)生看到其中有3塊并排的長方形菜地。教師先讓學(xué)生小組討論解決問題的方案，再讓小組代表匯報討論的結(jié)果。有小組代表說：”把地里的大白菜全部拔出來稱一下。”有小組代表說：“只要撥出其中1棵大白菜，稱出其質(zhì)量，再數(shù)出大白菜的棵數(shù)，就行了。”還有小組代表說：“拔出幾平方米地里的大白菜稱一下，算出1平方米地里的大白菜產(chǎn)量，再測出這片菜地的面積，就可以算出大白菜的總產(chǎn)量了?！?/p>

面對學(xué)生不同的想法，教師引導(dǎo)學(xué)生交流?？紤]到工作量、破壞性以及一定程度的準(zhǔn)確性，學(xué)生的方案趨于一致：第一步，圈出1平方米的菜地;第二步，拔出其中的大白菜;第三步，稱出這些大白菜的質(zhì)量;第四步，測量這片菜園的菜地有多少平方米;第五步，將1平方米菜地里大白菜的質(zhì)量與這片菜園中菜地的面積數(shù)相乘，就可以估算出這片菜園大白菜的產(chǎn)量了。教師指出：這就是數(shù)學(xué)中的調(diào)查方法，即調(diào)查部分的情況，推測整體的情況。然后，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計出表1，用于記錄。

接著，教師讓學(xué)生小組合作，各自圈出1平方米的菜地，拔出大白菜，稱出質(zhì)量，然后匯報。匯報時，學(xué)生發(fā)現(xiàn)每個小組稱出的大白菜質(zhì)量不一樣。教師順勢引導(dǎo)：到底取哪個小組的數(shù)據(jù)來計算呢？ 有的小組提出：取數(shù)據(jù)最大的好，可以使總產(chǎn)量高一些。有的小組提出：取數(shù)據(jù)最小的好，可以知道總產(chǎn)量最少是多少。還有的小組提出：取中間的數(shù)據(jù)好，這樣結(jié)果與實際差得不多。最后， 大家一致認(rèn)為：取平均數(shù)比較合理，這樣結(jié)果比較準(zhǔn)確。

于是，教師又讓學(xué)生小組合作，各自測量這片菜園中菜地的面積。有的小組發(fā)現(xiàn)，只要分別測出3塊長方形菜地的長和寬，算出面積，然后相加，就能得到總面積了。也有的小組發(fā)現(xiàn)，每塊長方形菜地的長相同，所以可以把3塊長方形菜地整體看作一塊菜地，就是一個大長方形，只要測出大長方形的長和寬，將寬減去長方形菜地之間的空隙，就能算出這片菜園中菜地的面積了。這樣， 學(xué)生在無意間發(fā)現(xiàn)（創(chuàng)造）了四年級才會學(xué)到的乘法分配律。

“學(xué)校實踐基地菜園大白菜的產(chǎn)量是多少？” 這一實際問題貼近學(xué)生生活。教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系已有知識和方法，打開思維視角，進行有條理、合邏輯的思考，最終選取一定的樣本，展開調(diào)查推斷活動，在應(yīng)用數(shù)學(xué)知識和方法分析和解決實際問題的過程中嘗試實踐創(chuàng)新。

二、在測量計算類“做數(shù)學(xué)”活動中催化實踐創(chuàng)新

測量計算類“做數(shù)學(xué)”活動是指，針對某個具043有現(xiàn)實意義的主題（問題）， 確立具體的事物，量化有關(guān)的屬性，通過數(shù)學(xué)計算得到相應(yīng)的結(jié)果（結(jié)論）。它在解決現(xiàn)實問題時同樣有著廣泛的應(yīng)用。

例如，教學(xué)九年級的“圖形的相似”和“銳角三角函數(shù)”后，教師提出“學(xué)校旗桿的高度是多少？” 這一實際問題，引導(dǎo)學(xué)生通過數(shù)學(xué)測量活動解決。期間，學(xué)生小組合作，經(jīng)歷了開題（查閱資料、設(shè)計方案）、做題（準(zhǔn)備工具、實施測量）、結(jié)題（總結(jié)經(jīng)驗、吸取教訓(xùn)）、評價等過程。

（1）開題。課前，學(xué)生小組合作，設(shè)計兩套以上測量方案。課上，學(xué)生小組代表匯報測量方案。有的小組提出：測量旗桿頂部的仰角，借助銳角三角函數(shù)知識計算旗桿的高度。教師提醒學(xué)生選擇實用的測量儀器。有的小組提出：將平面鏡置于平地上，人后退至能從鏡中看到旗桿頂部的位置， 測量人與鏡子、鏡子與旗桿底部的距離，借助相似三角形知識計算旗桿的高度。教師提醒學(xué)生注意精確性。有的小組提出：在太陽光下，測量旗桿和人的影長，按照比例，利用人的身高計算旗桿的高度。教師提醒學(xué)生注意測量時間，以及旗桿和人的影長是同時測量還是先后測量好。還有小組提出：用照相機拍一張旗桿和人的合影，按照比例， 利用人的身高計算旗桿的高度。教師提醒學(xué)生注意人站的位置，以及與旗桿的位置關(guān)系。通過匯報與交流，學(xué)生清楚了測量細節(jié)及計算模型，完善了測量方案。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計出表2，用于記錄。

（2）做題。教師安排特定時間， 帶學(xué)生來到操場，讓學(xué)生實施測量。期間，教師關(guān)注學(xué)生的態(tài)度，關(guān)注小組的分工合作，關(guān)注測量的過程、數(shù)據(jù)的記錄以及誤差的處理，提醒學(xué)生寫好測量報告; 在學(xué)生遇到困難或出現(xiàn)問題時，啟發(fā)學(xué)生尋找原因，探求辦法。

（3）結(jié)題。課上， 教師遴選測量結(jié)果比較準(zhǔn)確、測量過程完整清晰、誤差處理比較合理、測量報告比較規(guī)范以及測量結(jié)果出現(xiàn)明顯誤差的小組，通過照片、模型、PPT 等形式匯報成功的經(jīng)驗和失敗的教訓(xùn)。不管用什么方法，其結(jié)果與實際值相比都會有一定的誤差，尤其是失敗的方法。教師重點引導(dǎo)學(xué)生分析誤差產(chǎn)生的原因。學(xué)生發(fā)現(xiàn)：自制的量角工具精確度不夠高，測量用的皮尺、標(biāo)桿不夠長，步長測量長度，肉眼記錄位置，影子沒有全部落在一個平面上，用身高代替眼高等，都可能造成測量誤差;甚至畫圖不夠準(zhǔn)確，也會造成計算誤差。學(xué)生還對“用照相機拍出照片”的方法進行了反思，認(rèn)為其原理是有問題的。

（4）評價。課上， 教師引導(dǎo)學(xué)生評價活動的過程和結(jié)果。主要的評價點有：測量工具的合理性， 計算模型的有效性，測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，測量方法的創(chuàng)造性，減少誤差的意識和做法，測量過程中工作的狀態(tài)，測量過程中解決困難的機智，成果匯報、討論中的表現(xiàn)等。

在測量學(xué)校旗桿這一底部可及的物體高度的基礎(chǔ)上，教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生測量城市電視塔這一底部不可及的物體的高度。

有的小組采用兩次觀察鏡面的方法：如下頁圖2所示，先確定人眼距離地面的高度h，再在對準(zhǔn)（經(jīng)過）電視塔底部的直線上選取間隔一定距離

“學(xué)校旗桿的高度是多少？” 這一實際問題貼近學(xué)生生活。教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系已有知識和方法，打開思維視角，進行有條理、合邏輯的思考，最終確定適當(dāng)?shù)姆桨福归_測量計算活動， 應(yīng)用數(shù)學(xué)知識和方法分析和解決實際問題。而“測量城市電視塔的高度”這一變式問題，更是促進了學(xué)生對剛剛獲得活動經(jīng)驗的靈活遷移運用， 提升了學(xué)生的實踐創(chuàng)新。特別值得一提的是，“結(jié)題”環(huán)節(jié)中成功經(jīng)驗和失敗教訓(xùn)的總結(jié)，尤其是誤差的分析，讓學(xué)生充分內(nèi)化了活動經(jīng)驗，感受到紙“上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，真正理解了失“之毫厘，謬以千里”，深刻認(rèn)識到在分析和解決問題的過程中，只有不斷跨越障礙、克服困難，才能實現(xiàn)自我提升。

三、在動手制作類“做數(shù)學(xué)”活動中催化實踐創(chuàng)新

動手制作類“做數(shù)學(xué)”活動是指，針對某個具有現(xiàn)實意義的主題（任務(wù)）， 利用數(shù)學(xué)知識，探索制作方法并選擇制作材料和工具，通過動手制作得到相應(yīng)的作品（實物或圖形）。它在完成現(xiàn)實任務(wù)時有著廣泛的應(yīng)用。

例如，教學(xué)初中的“軸對稱圖形”和“中心對稱圖形”后，教師介紹：剪“紙是有悠久歷史和深厚底蘊的民間藝術(shù)，深受人民喜愛。剪紙時，通常是將紙折疊剪出部分圖案，展開得到完整圖案。實際上，剪紙與數(shù)學(xué)有著密切的關(guān)系，是數(shù)學(xué)文化的重要組成部分。然”后，教師提出“剪紙得到圖3—圖5所示的圖案”這一制作任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)學(xué)知識完成。

首先，教師引導(dǎo)學(xué)生分析得到：圖3所示的圖案是軸對稱圖形;圖4所示的圖案是軸對稱圖形，也是中心對稱圖形;圖5所示的圖形是中心對稱圖形。從而想到：可以先研究折紙與對稱的關(guān)系，弄清怎樣折疊可使展開后得到軸對稱圖形、中心對稱圖形;再利用這些方法，將紙折疊剪出部分圖案，展開得到與之對稱的其他部分圖案。

然后，教師讓學(xué)生用長方形紙做試驗。學(xué)生將長方形紙對折，用大頭針隨意扎出2個（或更多）孔，展開后發(fā)現(xiàn)：紙上有4個孔，這4個孔關(guān)于折痕軸對稱（如下頁圖6）。學(xué)生又將長方形紙對折再對折，用大頭針隨意扎出2個（或更多）孔，展開后發(fā)現(xiàn)：紙上有8個孔，這8個孔關(guān)于折痕軸對稱，關(guān)于折痕的交點中心對稱（如下頁圖7）。怎樣折疊可以扎出展開后僅具有中心對稱關(guān)系的若干個孔呢？ 學(xué)生犯難了。教師引導(dǎo)學(xué)生：兩次互相垂直的對折可以得到繞折痕交點旋轉(zhuǎn)180 度的關(guān)系，即中心對稱的關(guān)系。學(xué)生多次嘗試后發(fā)現(xiàn)：將長方形紙兩端留出一部分，斜著對折再對折，在留出的這部分（只有兩層紙）上用大頭針隨意扎出2 個（或更多）孔，展開后紙上有4個孔，這4個孔僅關(guān)于折痕的交點中心對稱（如下頁圖8）。

于是，教師讓學(xué)生利用這些方法，剪紙得到相應(yīng)的圖案。學(xué)生將長方形紙對折，畫出半個圖3 所示的圖案（如圖9）并剪下，展開即得到完整的圖3所示的圖案。學(xué)生又將長方形紙對折再對折，畫出四分之一個圖4所示的圖案（如圖10）并剪下， 展開即得到完整的圖4所示的圖案。對于怎樣得到圖5所示的圖案，學(xué)生感到要用圖8所示的方法，但一時想不到具體怎么辦。教師引導(dǎo)學(xué)生注意該圖案中間有一個小正方形，而圖8中的兩條折痕是一個正方形的兩條對角線。有學(xué)生想到： 如圖11，在正方形紙片中間畫一個小正方形，將正方形紙片沿虛線（兩條弧線和小正方形上下兩邊， 關(guān)于正方形的中心成中心對稱）剪開，再沿對角線對折兩次，沿小正方形被剪開的邊展開正方形的兩層，畫出半個圖5所示的圖案并剪下，展開即得到完整的圖5所示的圖案。

“剪紙得到相應(yīng)的圖案”這一現(xiàn)實任務(wù)能夠很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生分析圖案的數(shù)學(xué)特征，操作發(fā)現(xiàn)折紙與對稱的關(guān)系，歸納得到將紙折疊剪出部分圖案后展開得到完整圖案的方法，最終展開動手制作活動，應(yīng)用數(shù)學(xué)知識和方法分析和完成實際任務(wù)。這樣的活動對學(xué)生來說具有曲折性和創(chuàng)造性，既體現(xiàn)了數(shù)學(xué)的發(fā)現(xiàn)，又體現(xiàn)了數(shù)學(xué)的應(yīng)用，能夠提高學(xué)生的幾何直觀能力和邏輯推理能力。從中，學(xué)生還能感受到幾何學(xué)的神奇以及對稱圖案的美，感受到數(shù)學(xué)的文化和魅力。

參考文獻：

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（趙維坤，江蘇省鹽城市毓龍路實驗學(xué)校原校長。特級教師，正高級教師。中國教育學(xué)會中學(xué)數(shù)學(xué)專業(yè)委員會理事、學(xué)術(shù)委員。蘇科版初中數(shù)學(xué)教材核心編寫人員。主持江蘇省六大人才高峰項目1 項、江蘇省基礎(chǔ)教育前瞻性教學(xué)改革實驗項目1 項、江蘇省教育科學(xué)規(guī)劃課題4項。獲得國家教學(xué)成果獎（基礎(chǔ)教育類）二等獎項目1項，江蘇省教學(xué)成果獎（基礎(chǔ)教育類）特等獎項目1項、2等獎項目1項。侯正永，江蘇省南京市鼓樓區(qū)教育局副局長、鼓樓區(qū)教師發(fā)展中心主任。特級教師，正高級教師。江蘇省“333”工程培養(yǎng)對象，江蘇省基礎(chǔ)教育先進個人。南京師范大學(xué)、江蘇第二師范學(xué)院、南京曉莊學(xué)院特聘研究生導(dǎo)師。）