在“长方体、正方体的体积计算公式”教学中,到底哪一种推理占主导呢?笔者觉得应该是演绎而不是归纳。如果是归纳,计算公式的产生过程就是一个“发现”的过程。如果是演绎,计算公式的产生过程就是一个“抽象”的过程。数学知识的产生有发现的因素,但更多的应该是抽象的过程。皮亚杰提到过“反身抽象”也叫自反抽象,这是数学抽象的主要方式。如果以归纳推理为主要方式,整个教学过程只突出一种动作——“算”。在算的过程中发现数字之间的相乘关系,然后得出一般结论,“长方体的体积=长×宽×高”,接下来就是记忆公式和大量运算。这样的学习过程是机械的,而且这样的“发现”也是浅层的。因为数字之间的相乘关系的发现在二年级就能做到,如“5○4○2=40”。数学抽象即反身抽象,是对自己动作的反思及抽象。这种抽象建立在主体两种动作协调之上,在本课中,在测量长方体体积过程中,一种动作是“摆”的动作,另一种是“数”的动作,两种动作协调的结果是“算”的结论。
皮亚杰说:小学十一至十二岁同学,具有体积守恒及三维测量的心理结构。学生掌握了长方体的长、宽、高改变时,内部体积或积木中所包含木块可以不变这一观念,学生知道一些小木块摆成的3×1×4与3×2×2这样的长方体它们的体积是不变的。《课程标准》也指出:以图形测量为载体,渗透度量意识,体会测量的意义,了解掌握测量的基本方法,从而发展学生的空间观念。为了让学生感受“有温度的数学”思想,通过“摆”的直观动作及“数”的思维动作的协调,抽象出长方体、正方体的体积计算公式。在一系列思维活动中,自己构造直观,努力使学生空间观念的最近发展区最大化。同时此课也有统一“测量”思想与方法的意图,二年级的一维测量、三年级的二维测量、五年级的三维测量,都是在经历一个由“数”到“算”的过程。
在探索过程中,通过两种动作的协调和两种水平的抽象,得出长方体和正方体的体积计算公式,第一次抽象是“客体抽象”,以实际操作为依据,在操作中通过“数”的动作,初步抽象出长方体的体积等于体积单位的数量。第二次抽象是将第一次“数”的动作内化,进一步抽象出“长方体的体积=长×宽×高”。在第一次用小正方体操作时,学生已经知道长方体的体积就是所含体积单位的数量,只是这种认识还没有内化。通过操作,便于学生将“摆长方体”的动作内化为自己的知识结构,这一结构是学生继续同化后续知识基础。在学生的测量动作完成后,不必让学生观察体积和长、宽、高的关系,因为这是“找规律”,是浅层“发现”。让学生说一说如何测量长方体的体积,这仍然是以“数”为前提,但这时的数已经不止是“动作”,里面有了充分的“运算”,学生已经跳过动作表征,会用符号表征体积,即“长方体的体积=长(每排体积单位数)×宽(排数)×高(层数)”。数学学习要让学生探寻数学产生的本原,即有温度的数学。操作后急于得出结论,有悖认知逻辑,发生认识论认为,认识的发展是随知识本身的发展而进行的。在最初,人们测量长方体的体积时可能经历漫长的“数”体积单位的阶段,虽然在课堂上我们要极力缩短这一过程,但也不能太过着急。在这个操作的过程中应突出这样一点——活动内化,如果始终停留在实际操作,却未能在头脑中实现必要的重构,就根本不可能发起任何真正的数学思维。这样,在学生有了“长方体的体积=体积单位的数量”这一结构后,抽象水平就要有所提升,进入皮亚杰所谓的“反身抽象”阶段,就是对抽象的抽象。这时学生得到的结论是“长方体的体积体积单位的数量”,对于能测量的长方体很好解决,不方便测量体积的长方体怎么办?这时就会引起学生思考,长方体的长、宽、高和体积单位的数量有什么关系?一系列的问题在学生头脑里迅速翻炒,前后对比,发现长方体的长就相当于每排体积单位的数量……于是又得出结论“长方体的体积=长×宽×高”,学生开始用思维把握对象。尘埃落定,在这个不断探索、不断抽象的过程中,总是伴随着学生的不断发现,在这个过程中,学生体验到学习数学的乐趣。
对于长方体和正方体的体积公式,我们不应满足帮助学生很好的掌握体积公式,然后机械的套用它进行所谓的解决问题,而是应十分重视帮助学生很好的理解体积公式,要让学生经历公式的产生过程,这个过程是什么?就是“数体积单位”。皮亚杰发生认识论的基本假设是,“儿童逻辑上的进展与相应的心理形成过程之间存在着一种平行关系”,儿童认知的发展,是通过科学概念本身的发生、发展进行的,教师传授学生
一个新概念,应尽可能按其自发的认识过程进行,让学生在课堂上感受到什么是“有温度的数学”。长方体或正方体的“体积公式”是一个怎样的发展过程呢,对儿童来讲,毫无疑问它是一个“数体积单位”的过程,小学生分阶段经历了长度测量、面积测量、体积测量。从测量的维度看,恰好是从一维测量到二维测量,再到三维测量的过程,测量的实质就是单位累加的过程。但我们要在这样累加的过程中进行必要的抽象,积累活动经验很重要,但结果同样重要。我们的数学学习最终还是要抽象出逻辑数学知识,大道至简,我们探究出来的体积公式,仍然是在“数体积单位”,只是数的更简洁,这也就是数学的魅力所在。这正向皮亚杰认为的那样,人类的知识不管多么高深、复杂,都可以追溯到人的童年时期。
本课的核心问题是“怎样测量体积更快?”核心目标是“经历体积公式的形成过程”。学生开始在“数”体积单位的数量时,各有各的标准,有的横着数有的竖着数,但无论怎么数,都是先数一层再数几层。对于体积单位数量每位同学都不是一个一个数的,此时学生已经开始进入形式运算阶段。在解决问题过程中,学生的逻辑运算思维已经占据很大一部分,确切的说,学生是边数边算。开始学生进行一个顺向思维的测量,有的摆长方体,再数体积单位的数量,有的摆出长、宽、高,再算体积是多少。但光有这样一种操作式的测量还不够,还不足以引起学生对体积单位数量的关注,接下来要让学生思考“怎样测量更简单?”,学生马上想到用“公式”测量更简单,这个过程中,就是“数学化”或“结构化”的过程。开始用小正方体摆满了测量长方体的体积,然后知道只测量长方体的长、宽、高也可以知道体积。在这个过程中,学生的“数”与“算”两种动作协调在一起,逐步抽象出“长方体的体积=长×宽×高”,这就将学生已有的测量手段“结构化”了,这也是学生测量动作不断内化的结果……
这样一来,体积公式悄然形成。
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