以文化人 感受數學的魅力
——談數學文化在“雞兔同籠”中的滲透
作者:楊曉燕
發布時間:2022-05-13 15:24:53 來源:陜西教育報刊社
特級教師華應龍曾說:“作為數學教師,你必須借助數學這個通道,引導學生去感悟世界的奧秘,而不是僅僅傳授數學知識本身。你是帶著你所了解的數學世界,而不只是一種數學教材走近學生的。只有這樣,你才會感受到數學教學的生動與多樣,學生的數學學習、數學思考也才能豐富多樣。”隨著課程改革的不斷深入,人們對數學教育的認識正在由知識層面上升到精神層面,從片面關注知識的傳授轉變到同時關注人的精神品質和未來發展。以人為本,是一切教育的出發點和歸宿,只有知識而缺乏文化浸潤的數學教育不僅是蒼白的,而且是膚淺的。中華優秀傳統文化博大精深,在課堂上進行文化的滲透,不僅可以豐富我們的課堂,而且還能讓學生的學習過程更加生動有趣。
“雞兔同籠”是一個經典的數學問題,也是我國古代的數學名題。大約1500年前,我國古代數學名著《孫子算經》中就已經記載“雞兔同籠”問題:“今有雉兔同籠,上有三十五頭,下有九十四足,問雉兔各幾何?”在我國現行不同版本的教材中,也都安排了“雞兔同籠”問題。北師大版教材被安排在五年級上冊“嘗試與猜測”,人教版教材安排在四年級下冊“數學廣角”等。從教材編排和年級分布來看,涉及各個版本、各個年段。由此可見,“雞兔同籠”問題從古至今都有著重要的價值和獨特地位。
在教學實踐中我們可以發現,學生在學習這部分內容時,他們的認知起點是參差不齊的,有的已經初步接觸過這個問題;有的可能已經知道了解題方法;有的從家長那里已經學會了解方程……可見,學生的認知存在“夾生飯”現象。同時,我們還發現,多數教師在執教“雞兔同籠”這節課時,滿足于“列表法”“假設法”解題思路和結果的呈現,往往忽略文化的滲透,忽略數學思想方法的價值,忽略數學知識在課堂中的地位和作用。“雞兔同籠”之所以成為世界名題,到底名在哪里?我想應該是利用建模的思想解決同類型題目,最終形成解決生活中類似問題的方法。而滲透中華優秀傳統文化的、具有建模思想的數學課,我們該如何上呢?在研究了相關案例,結合自己的執教實踐,我有以下幾點思考:
一、精心設計教學環節,以文化人
課堂是弘揚中華優秀傳統文化的主要陣地,在現行小學數學幾個不同版本的教材中,均通過增加數學史料,對數學家和數學發展歷史的考察,滲透數學知識。北師大版教材以“你知道嗎”為素材,向學生介紹數學發展中的趣聞軼事、輝煌成就、數學家傳記、數學概念產生的背景等,引導學生多維思考。作為教師,在研讀教材和進行教學設計的過程中,既要關注顯性的數學知識,又要透過數學知識的本身對教材進行二度開發,追尋隱藏在知識背后的數學文化,從數學文化的層面解讀教材,精心設計教學環節,以文化浸潤數學知識,以文化浸潤課堂,然后通過文化滲透浸潤學生的生命。如陜西省優秀教學能手童燕老師在執教“雞兔同籠”這節課時,導課環節是這樣設計的:
師:在我國博大精深、源遠流長的歷史文化中,不僅有四大名著這樣的文學巨著,還誕生了《九章算術》《周髀算經》和《孫子算經》這些聞名中外的數學古籍,吸引著一代又一代的數學愛好者去探索和研究,尤其是《孫子算經》,它就像一本特別有趣的故事書,里面收集了“雞兔同籠”的問題,同學們,你們想不想研究它呢?
出示《孫子算經》中“雞兔同籠”問題,學生隨即讀題。
這樣的導課,很好地把握了傳遞中華優秀傳統文化的時機,將優秀傳統文化滲透于課堂,不僅培養了學生的愛國主義情感,而且激發了學生解決問題的濃厚興趣,讓問題的思考變得更加深入,學生探索數學知識的欲望也隨之增強。
二、適時融入數學史,體會數學思想方法
數學史是數學文化不可或缺的一部分。有學者曾說:“數學史走進小學數學課堂是一種必然。數學史可以通過教師、學生、內容給課堂注入教學的深刻和歷史的厚重?!薄读x務教育數學課程標準》(2011)版指出,教師可以適時介紹有關背景知識,包括數學在自然與社會中的應用以及數學發展史的有關材料,幫助學生了解數學在人類文明發展中的作用,激發學生學習數學的興趣,感受數學家治學的嚴謹,欣賞數學的優美。作為教師要善于挖掘數學史中的思想方法和文化內涵,并在課堂中予以滲透,使學生受到數學文化的熏陶,形成探索問題的思想方法,進而提升數學文化素養。
在課堂上,根據教學內容適時引入數學史,可以幫助學生加深對數學內涵的理解?!半u兔同籠”問題這節課,我做了這樣的設計:引導學生通過“列表法”和“假設法”進行探究,在學生掌握了它們之間的聯系后設置懸念,問學生“這些是我們現在的解法,那古人是怎么解決這個問題的”,出示古人對“雞兔同籠”問題的妙解,即腳數÷2-頭數=兔數,頭數-兔數=雞數,這種解法也叫“抬足法”。接著,讓學生驗證古人的解法到底對不對?通過辨析,學生在回顧歷史中,感受著古人的智慧。最后,介紹美國數學家波利亞用“金雞獨立法”解釋古人解法的道理、張景中院士用“雞翅當腿”等獨特視角,讓學生在文化的熏陶中耳濡目染,體驗探索問題的思想方法,同時激發他們的民族自豪感,進而形成健康向上的品格。
三、進行拓展練習,讓課堂彰顯魅力
“雞兔同籠”問題趣味十足,又極具思考價值,教師要引導學生從“雞兔”等事物出發,提煉簡單的數學模型,再將模型演繹到生活現象和問題情境中。在拓展環節,我進行了這樣的設計:
師:“雞兔同籠”問題到底有什么魅力?
師:不僅我們中國人研究“雞兔同籠”問題,日本人也在研究這個問題,在日本他們稱其為“龜鶴同游”。
教師出示PPT:“龜鶴同游”——數頭40,數腳112,龜鶴各有多少只?
師:“龜鶴同游”和“雞兔同籠”有關系嗎?
生:是一樣的意思,龜相當于兔,都是四只腳,鶴相當于雞,都是兩只腳。
師:看來“雞兔同籠”不一定是雞和兔,也可以換成龜和鶴,還能換成什么?
生:也可以換成“鴨兔同籠”。
生:還可以是“鵝兔同籠”“鵝羊同籠”。
師:那能不能換成狗和兔呢?
……
繼而,引導學生在辨析中明確“雞兔同籠”問題不一定指雞和兔,而是指這一類問題。這個環節引入到日本“龜鶴同游”問題,不同文化的碰撞,更是彰顯了“雞兔同籠”問題的獨特魅力。此時,教師出示練習:儲蓄罐里有2分硬幣和5分硬幣共8枚,一共是3角4分,每種硬幣各幾枚?這種拓展練習方式對學生鞏固所學知識有很大的幫助。
四、構建數學模型,讓課堂更有厚度
從特殊到一般,對問題不斷進行抽象和概括,是數學家看問題的基本方法。通過解決“雞兔同籠”問題,概括出解決特殊問題的一般方法,這正是我國古代數學最顯著的特色——算法化思想。算法化思想對小學生來說,更容易接受。在學生做完變式訓練后,教師再次進行追問。
師:現實生活中,有沒有雞兔關在一個籠子里?
生:沒有。
師:那從古至今,這個問題一直在研究,為什么?我們來討論一下“雞兔同籠”問題,到底有什么獨特的魅力?
生:“雞兔同籠”代表了一類數學問題。
生:這類問題都有兩個未知量。
生:它們都用了“假設法”。
在此基礎上,引導學生討論“假設法”好在哪里?學生可能會說,“假設法”讓問題變得簡單了;“假設法”將兩個未知量轉化成一個未知量等。在教師的不斷追問、適時點撥下,學生在潛移默化中已經跳出了“雞兔同籠”的那只“籠子”,超越了具體的解題方法,找到了解決這類問題的方法與策略。當學生真正理解了“雞兔同籠”問題的獨特魅力——它代表的是一類數學問題,是一個模型,雖然問題的情境在變,但數量之間的關系是不變的。
張奠宙教授說過:“讓我們把數學也文而化之,使之進入人們的內心世界。讓孩子們喜歡數學、親近數學、欣賞數學。”有位教授也曾指出,“數學、教育、文化”是數學教育的三根支柱。是的,只強調文化,而忽視數學的學科知識,是行不通,也是走不遠的。只有數學知識,而缺乏文化的數學教育是蒼白的,只有將“數學、教育、文化”三者融合起來,才是完整的數學。在我們的數學教材中蘊含著豐富的中華優秀傳統文化,需要我們深入去挖掘和提煉,通過文化的熏陶讓學生進一步理解數學的內涵。當文化真正滲入教材,進入課堂,融入教學時,學生的探究過程將會從簡單走向豐滿,數學課堂也會因文化而厚重,因文化的滲透而彰顯獨特魅力!
作者單位 西安市未央區阿房路三校
