小学数学教材中几个问题的思考

一、倍数和几倍

一位刚参加工作的学生告诉我,她与学校的老师对一道选择题产生了争论,问我的意见。题目是:如果a÷b=30,那么:(1)a是b的倍数;(2)a可能是b的倍数。

我回答:根据倍数的定义,如果a,b是整数,那么a是b的倍数,否则不能说a是b的倍数。例如a=45,b=1.5,虽然有a÷b=30,但不能说a是b的倍数,可以说a是b的30倍。说一个数是另一个数的几倍不限于整数,可以是小数、分数,例如,可以说是的3倍。数学就是这样,它的概念必须严格按照定义来使用,容不得半点马虎。

至此问题已经回答完毕。但我又想到,这道题适合小学生做吗?

众所周知,小学生的思维处于具体运算阶段,要依靠具体事物进行思维。数字已属抽象符号,字母则比数字的抽象程度更高一级,是符号的符号。此题没有任何具体情境,只有一个不带单位的数字(不带单位比带单位更抽象),其余都是字母;并且两个选项的逻辑关系也是小学生难以理解的,可以说完全超出了小学生的思维水平。如果改为下面的形式,则比较适合小学生解答:

因为45÷30=1.5,所以:(1)45是30的倍数;(2)45是30的1.5倍。

至此关于这道题似乎再没有什么可挖掘的了,但由于职业的习惯,我还是翻阅了一下小学数学教材。人教版是用举例的方法说明因数和倍数的概念的:

2×6=12,2和6是12的因数,12是2的倍数,也是6的倍数。

注意:为了方便,在研究因数和倍数的时候,我们所说的数指的是整数(一般不包括0)。

数论中对因数和倍数的定义则是:

设a,b是整数,b≠0,如果有一个整数c,它使得a=bc,则a叫做b的倍数,b叫做a的因数。

如果认真追究一下,那么二者并不只是严谨性和通俗性的不同。首先,数论的研究对象为整数,这并不是“为了方便”,而是因为每一个数学的分支都有其特定的研究范围,而数论的研究范围就是整数。因此,“为了方便”四字是完全不必要的,它们不能增加任何通俗性,反而带来了错误的信息。

其次,数论的定义明确地告诉我们,b一定不能为0,a可以为0。而人教版教材的表述“一般不包括0”,意味着在特殊情况下三个数可以包括0。这就不是是否必要的问题了,而是一个错误。这几个字不但不能增加通俗性,反而使人犯晕:什么是一般?什么是不一般呢?

二、特殊四边形的概念体系

特殊四边形是小学几何知识的主要内容之一,包括长方形、正方形、平行四边形和梯形。这四种图形概念之间的逻辑关系如下表:

它们之间的包含关系如图1所示。

由此可以看到,唯独梯形与其他几种特殊四边形没有包含关系,独处一隅,很不协调。

那么能否将梯形与其他特殊四边形联系起来,并且其定义不使用负概念呢?

如果把梯形定义为“一组对边平行的四边形”,那么平行四边形、长方形、正方形都同时是梯形,其包含关系如图2所示。

显然,这个图显示的包含关系十分协调,给人以美感。数学家有一句话:美即有用,妙在无限。那么这种“协调美”能否给我们带来好处呢?回答是肯定的。首先,规律性越强的知识越容易记忆;其次,这样改变之后,梯形、平行四边形、长方形和正方形的面积公式都可以统一为梯形的面积公式:

S=(上底+下底)×高÷2

因为这个公式可改写成:

S=(上底+下底)÷2×高

由于平行四边形、长方形、正方形的对边都相等,所以(上底+下底)÷2就是它们的一边的长,于是它就成了这三种图形的统一的面积公式。

不仅如此,三角形面积公式也可以统一到梯形面积公式上来:这时公式中的上底为0。

因此可以说,将梯形的定义作上述修改,有利而无弊。

但是这里还有一个问题。正方形和邻边不等的长方形是最常见的两种图形,因此,小学低年级首先认识它们,并把前者称为“长方形”,后者称为“正方形”;长方形的面积公式是“长×宽”,正方形的面积公式是“边长×边长”。也就是说,二者是分开的,并没有说长方形包含正方形。学生得到的概念是:长方形的邻边是不等的,正方形是四边相等的。然而到中年级,教材又将正方形包含在长方形中,并画了如图1一样的图。

显然,这是一个矛盾。不仅如此,到高年级,教材又给长方体下了这样的定义:“长方体是由6个长方形(特殊情况有两个相对的面是正方形)围成的立体图形。”这里又把长方形与正方形分开了,于是再次出现前后不一致的矛盾。

如果按图1中长方形与正方形的关系,长方体的定义就只能写作“长方体是由6个邻边不等的长方形(特殊情况有两个相对的面是正方形)围成的立体图形。”并且凡是提到除正方形之外的长方形,都要说“邻边不等的长方形”,这是很不方便的。儿童初学长方形和正方形时,也需要把它们分开。怎么解决这个问题呢?

其实,只要让“长方形”专指“邻边不等的长方形”而把中学的“矩形”一词用来统称长方形和正方形,问题就完满地解决了。在低年级只出现“长方形”和“正方形”这两个名称,到中年级再引入“矩形”这个名称,这样,几种特殊四边形的关系就变成:

这一逻辑关系很有规律。

相应地也可引入“矩体”的概念,其定义为:由6个矩形围成的立体图形。这样,矩体包括长方体和立方体,就像矩形包含长方形和正方形一样。而长方体的定义为:由6个长方形或4个长方形、2个正方形围成的立体图形。

这一体系既消除了矛盾,又很有规律。

值得提出的是,如果按照图2的分类方法,平行四边形是特殊的梯形了,这与现行的中小学数学教材上关于梯形的定义是矛盾的。有意思的是,有些专家主张采用现行教材上梯形的定义,有些则主张采用图2的形式,没有形成统一的意见。

三、计量单位教学中的几个问题

计量单位是小学数学中“量与计量”的基本知识,是数学联系实际的重要途径。这一知识看起来很简单,但出人意料的是,教学中也存在一些问题。

1.小学数学不能教市制单位吗?

课标中没有涉及这个问题,但实际上我国出版界早已规定在各种出版物中不能使用市制单位,甚至连公里、公斤也不能用,而必须用千米、千克。理由是什么,没有看见什么地方明确说过,但可以想见,不外乎两点:一是统一——公制单位是世界通用的;二是先进——公制单位是近代、现代的产物,当然比千百年前的“老封建”要先进。

但是形成鲜明对比的是,作为公制单位发源地的欧美发达国家,却至今仍在使用本国的市制单位,例如英美两国仍广泛使用英尺、英镑等市制单位,不但民间使用,各种出版物也广泛使用,美国的小学数学教材有专门的章节介绍市制单位。这是为什么呢?也没见什么地方说过,然而理由也不难想见,不外乎两个字:需要。

这种需要有两个层次,第一个层次是生活需要。市制单位在民间广泛使用,不懂就不能理解,不便于交流。例如“斤”这个重量单位,在我国无论是农村还是城市,买菜称米都广泛使用;“亩”这个面积单位,不但农村讲田地面积一律用亩,就是城市讲到土地面积时,包括各种媒体的报道中,一般也用亩。《数学课程标准》强调数学教学要联系生活实际,如果学生连这些生活中广泛使用、媒体上大量报道的计量单位都不懂,怎么谈得上“联系生活实际”?

第二个层次是文化需要。市制单位用了成百上千年,已经成为一个国家传统文化的一部分。举一个简单的例子,中国的成语就有很多涉及市制单位,如:寸步不让,半斤八两,一落千丈,一泻千里,入木三分,分斤掰两,等等,不懂市制单位就会造成理解的障碍。成语是汉语的精华,有悠久的历史,不懂成语,岂非数典忘祖?

2.长度单位的教学重点是什么?

目前主要有两种观点,一种认为重点是经历长度单位形成的过程,体会统一长度单位的必要性;另一种认为重点是初步建立1厘米、1米等单位的长度观念,即在头脑中建立长度单位的表象。持后一种观点的教师要求学生能估计出物体的长度,在教学“千米”时,由于这个单位太大,就在课前布置学生走1000米,记下用了多少时间。然而我们容易看到,要估计出各种物体的长度,必须经历大量的长度测量,积累丰富的实际经验,远不是几节课所能做到的。经历长度单位形成的过程则可以使学生体会到,计量必须有单位,单位是把几个同类量进行比较的标准;没有统一的单位,在计量时就很难相互理解。这些都是重要的数学思考。教师还应使学生懂得,要方便地计量,还必须有大小不同的单位;相邻单位的进率为10时,计算最方便。

3.计量单位应按顺序整体教学还是分步间隔教学?

我国一直是分步间隔教学的,例如长度单位是先学厘米和米,再学毫米、分米和千米。五个单位分两步学习,并且是间隔的,厘米和米之间间隔了一个分米,毫米与分米之间间隔了一个厘米。这样安排出于两个考虑:一是分步学习可以降低难度;二是厘米和米是最常用的。然而,从毫米、厘米到米,相邻两个单位的进率都是10,非常有规律。这样分开后,就破坏了这一规律,也破坏了美感。没有规律,就增加了记忆的难度;失去美感,就降低了学习的兴趣。并且常用并不是绝对的,在工业生产中,常用的是毫米——各种零件的尺寸通常用毫米作单位;各种出版物中常常谈到里程,所以“公里”的出现十分频繁。

由以上分析可以合乎逻辑地得出结论:计量单位的教学首先应使学生懂得“单位”的意义和作用,并把它作为重点;其次,一类计量单位应整体教学,只要求学生能选择合适的单位来表示或计量某一个量,不要求学生作出正确的估计;最后,估计量的大小的能力应该通过在生活中逐步积累经验来培养,当然也可在今后的数学实践活动中有计划地安排计量活动。

(作者单位:湖南第一师范学院,基金项目:湖南省教育科学“十一五”规划重点课题(课题批准号:XJK08AJJ005);湖南第一师范学院院级课题“小学教师教育数学类专业基础课课程建设研究”)

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