数学开放题于20世纪70年代由日本岛田茂等学者提出,1980年《外国教育》杂志第4期发表了日本国立教育研究所泽田利夫《从“未完结问题”提出的算术、数学课的教学的新方案》的译文,引起了国内数学教育界人士的关注。1998年由张奠宙、戴再平等发起在上海举行了我国首次“‘数学开放题及其教学’学术研讨会”; 2000年5月起上海教育出版社出版了由戴再平教授主编的《中小学数学开放题丛书》,此后开放题的研究在国内形成了一个新的局面。
近几年市场上相继出现了不少有关数学开放题方面的书籍。这些书籍无疑反映了数学开放题研究队伍的扩大,但同时我们也发现:有些书籍中存在着良莠不齐的现象:有的题目表述不当,有的答案表述不当,既不能有效地引导学生开展创新思维活动,更不能帮助教师在教学上得到正确的指导。这里仅以《小学数学开放题教练》(上海远东出版社,2003年第1版)(下称该书)第84页中的例1为例进行分析。现将原题及其“分析与解答”照录如下:
新亚大厦第六层的写字楼共有16个面积相等的房间(如下图:划双线部分表示公用过道)。现将这层楼出租给四家公司作办公用,要求:
(1) 每家公司“三室一厅”,面积相等;
(2) 每家公司“三室一厅”的平面图形状不同(经旋转后形状相同,算作同一形状);
(3) 每家公司至少有一个房间的门与公共过道相通。请你设计一种符合以上三个条件的方案。
[分析与解答] 其实这是要在正方形内画出用“俄罗斯方块”拼成的一个大正方形,并且要满足形状不同至少有一个小方块的边在大正方形的边上。所以答案有多种,下面就是其中三种:(略)
我们认为,作为有多个结论的开放题,要体现其教育价值,应给学生以广阔的思维空间及有序的思考过程。[分析与解答]中关于答案的个数,应明确是有限的还是无穷多的。如是有限的,最好能分类列出全部答案,如个数太多,可给出有代表性的若干个;如个数是有限混沌*的,也应该交待清楚,并给出有代表性的若干个。同时作为一个数学开放题,以联系实际情景的面貌出现,应考虑到学生的年龄特征和实际经验基础。我们认为以上两方面作者都处理不当,这样的题目和解答是有问题的,作为“教练”,甚至可能产生对读者的误导。在此谨与作者进行商榷。
一、 题目的情景脱离现实生活和学生实际,问题也提得不够明确,不够得当:
(1) “第六层的写字楼”,这里“第六层”是多余的,其中有“六”这个数字,容易引起学生不必要的运算联想;多数小学生不明白什么叫“写字楼”,特别是广大农村儿童甚至没有听说过“写字楼”。(2) 将过道设在四周,16个房间都不见阳光,并且每个房间都是大小相同的正方形,这种设计是找不到现实例子的。(3) “面积相等”想必是对每家公司而言,但并未排除4个房间不相连的情况。(4) “经旋转后形状相同,算作同一形状”,那么“经翻折后形状相同”(轴对称图形),是否算作同一形状?在平面几何中,轴对称图形较旋转对称图形的概念更容易让学生掌握。因为轴对称图形只有1条对称轴,而旋转对称图形的旋转角却可以是任意角。(5) 第3个条件“每家公司至少有一个房间的门与公共过道相通”,这实际上只排除了有一家公司的4间房间都在正中间这唯一的情况(如右图),这个条件似可取消,使题目更简明些。实在不想舍弃,也可以在解答中作为引申的问题提出。(6) 为使题目的切入点更低,全体学生都能参与,题中的约束条件可再少些,问题提得有层次些。
我们认为,数学问题联系实际情景固然是好的,过去我们的小学数学教学中注意不够,所以今天要提倡,但是如果联系实际情景脱离了生活和学生的实际,反而影响学生数学知识和创新能力的发展,这就本末倒置,得不偿失。
二、 我们建议将该题改为:
◆ 将4×4的大正方形(如右图)剪分成4个俄罗斯方块。
(1) 你能给出两种不同的剪分方法吗?
(2) 你能给出更多的剪分方法吗?
(3) 为使剪分的方法更多些,而又不重复,你发现了一些什么规律?
(该书68页-69页指出: ① 由四个连在一起的同样大小的小正方形组成;② 每个小正方形至少和另一个小正方形有一条公共边。我们把具有以上特点的图形叫做“俄罗斯方块”。)
数学开放题于20世纪70年代由日本岛田茂等学者提出,1980年《外国教育》杂志第4期发表了日本国立教育研究所泽田利夫《从“未完结问题”提出的算术、数学课的教学的新方案》的译文,引起了国内数学教育界人士的关注。1998年由张奠宙、戴再平等发起在上海举行了我国首次“‘数学开放题及其教学’学术研讨会”; 2000年5月起上海教育出版社出版了由戴再平教授主编的《中小学数学开放题丛书》,此后开放题的研究在国内形成了一个新的局面。
近几年市场上相继出现了不少有关数学开放题方面的书籍。这些书籍无疑反映了数学开放题研究队伍的扩大,但同时我们也发现:有些书籍中存在着良莠不齐的现象:有的题目表述不当,有的答案表述不当,既不能有效地引导学生开展创新思维活动,更不能帮助教师在教学上得到正确的指导。这里仅以《小学数学开放题教练》(上海远东出版社,2003年第1版)(下称该书)第84页中的例1为例进行分析。现将原题及其“分析与解答”照录如下:
新亚大厦第六层的写字楼共有16个面积相等的房间(如下图:划双线部分表示公用过道)。现将这层楼出租给四家公司作办公用,要求:
(1) 每家公司“三室一厅”,面积相等;
(2) 每家公司“三室一厅”的平面图形状不同(经旋转后形状相同,算作同一形状);
(3) 每家公司至少有一个房间的门与公共过道相通。请你设计一种符合以上三个条件的方案。
[分析与解答] 其实这是要在正方形内画出用“俄罗斯方块”拼成的一个大正方形,并且要满足形状不同至少有一个小方块的边在大正方形的边上。所以答案有多种,下面就是其中三种:(略)
我们认为,作为有多个结论的开放题,要体现其教育价值,应给学生以广阔的思维空间及有序的思考过程。[分析与解答]中关于答案的个数,应明确是有限的还是无穷多的。如是有限的,最好能分类列出全部答案,如个数太多,可给出有代表性的若干个;如个数是有限混沌*的,也应该交待清楚,并给出有代表性的若干个。同时作为一个数学开放题,以联系实际情景的面貌出现,应考虑到学生的年龄特征和实际经验基础。我们认为以上两方面作者都处理不当,这样的题目和解答是有问题的,作为“教练”,甚至可能产生对读者的误导。在此谨与作者进行商榷。
一、 题目的情景脱离现实生活和学生实际,问题也提得不够明确,不够得当:
(1) “第六层的写字楼”,这里“第六层”是多余的,其中有“六”这个数字,容易引起学生不必要的运算联想;多数小学生不明白什么叫“写字楼”,特别是广大农村儿童甚至没有听说过“写字楼”。(2) 将过道设在四周,16个房间都不见阳光,并且每个房间都是大小相同的正方形,这种设计是找不到现实例子的。(3) “面积相等”想必是对每家公司而言,但并未排除4个房间不相连的情况。(4) “经旋转后形状相同,算作同一形状”,那么“经翻折后形状相同”(轴对称图形),是否算作同一形状?在平面几何中,轴对称图形较旋转对称图形的概念更容易让学生掌握。因为轴对称图形只有1条对称轴,而旋转对称图形的旋转角却可以是任意角。(5) 第3个条件“每家公司至少有一个房间的门与公共过道相通”,这实际上只排除了有一家公司的4间房间都在正中间这唯一的情况(如右图),这个条件似可取消,使题目更简明些。实在不想舍弃,也可以在解答中作为引申的问题提出。(6) 为使题目的切入点更低,全体学生都能参与,题中的约束条件可再少些,问题提得有层次些。
我们认为,数学问题联系实际情景固然是好的,过去我们的小学数学教学中注意不够,所以今天要提倡,但是如果联系实际情景脱离了生活和学生的实际,反而影响学生数学知识和创新能力的发展,这就本末倒置,得不偿失。
二、 我们建议将该题改为:
◆ 将4×4的大正方形(如右图)剪分成4个俄罗斯方块。
(1) 你能给出两种不同的剪分方法吗?
(2) 你能给出更多的剪分方法吗?
(3) 为使剪分的方法更多些,而又不重复,你发现了一些什么规律?
(该书68页-69页指出: ① 由四个连在一起的同样大小的小正方形组成;② 每个小正方形至少和另一个小正方形有一条公共边。我们把具有以上特点的图形叫做“俄罗斯方块”。)
三、 分析与解答:
为了解决本题,我们可以通过逆向思考,设想“俄罗斯方块”是由硬纸板做成的,它可以旋转过来或翻转过来用,现在用4块俄罗斯方块去拼成4×4的大正方形,正好覆盖上,不多不少,那么有几种不同的拼法,本题就有几个答案。
说明: 由于硬纸板做成的俄罗斯方块可以旋转过来或翻转过来用,我们就默认了图形经旋转对称变换或轴对称变换后仍然是这个图形,这就回避了小学生难以理解的“旋转对称图形”和“轴对称图形”的概念;同时还默认所谓“不同的拼法”,就是指覆盖大正方形的俄罗斯方块的拼接线缝图形不同,如果两个俄罗斯方块的拼接线缝图形具有旋转对称或轴对称关系,教师也要引导学生讨论解决。其实把它们看成相同或不同都是允许的。但下面的解答中,为简明起见,我们把它们看成相同的。
现在考虑俄罗斯方块的个数:
一排4个小正方形,1种(图①);一排3个小正方形,2种(图②③);一排2个小正方形,2种(图④⑤);共5种。(图略)
现在通过枚举法,为防止遗漏和重复,分类列举答案的个数:
A. 用一种俄罗斯方块拼成的。
除⑤以外,都有可能,但②有3种不同的拼法,合计有6个答案图1~图6)(图略)
B. 用两种俄罗斯方块拼成的。
①②有2种不同的拼法,①④也有2种不同的拼法,②④、②⑤分别各有1种拼法,合计有6个答案(图7~图12)(图略)
C. 用三种俄罗斯方块拼成的。
考虑排除的方便,从五种罗斯方块中任取三种,先取①②,再在③④⑤中取一种,实际上含④的有4个,含⑤的有3个,含③的有2个(图13~图21);另外含②③⑤有1个(图22)。合计有10个答案。
没有用四种不同的俄罗斯方块拼成的答案。
以上依次序不重复计算,共有答案22个。
下面提出对本题的教学建议:
作为课堂教学的例题,本题需要用一节课,可分为五步:
(一) 界定“俄罗斯方块”的概念,确定不同的俄罗斯方块的个数;准备好足够的俄罗斯方块及4×4的大正方形图,分发给学生作为学具;
(二) 提出本题,由学生自主探索;
(三) 组织学生进行交流,向全班同学展示不同的答案;
(四) 对展示的答案进行分类,找出规律和方法,使答案既不重复也不遗漏。对A类用一种俄罗斯方块拼成的6个答案要完整给出。其他两类答案则要求量力而,多多益善。
(五) 未发现的答案,可让学生在课后继续探索。
数学开放题进入课堂,在我国虽然已有10年的历史,作为转变学习方式的载体,其教育价值得到数学教育界的认同,但这一新事物仍有许多问题需要研究,大多数数学教师对它仍不甚熟悉,为这一新事物能更健康地成长,抛砖引玉,谨与广大读者共勉,盼指正。