4数形结合思想的内涵及其在小学数学教学中的渗透3

2026/1/27 14:22:52

对应起来,数可以视为点,点可以视为数,点在直线上的位置关系可以数量化,而数的运算(特别是有理数的运算)也可以几何化(具体内容见后文)。在此基础上,笛卡尔把数轴(一维)扩展到平面直角坐标系(二维),把有序数对P(x,y)与平面上的点一一对应起来,从而使得平面曲线的点集与二元方程的解集一一对应起来。于是,就可以用代数方法来研究几何图形的性质,把几何研究转换成相应的代数研究,从而诞生了解析几何这门学科。

例如,要研究两条直线平行,在几何上,我们可以通过平行线性质定理来判定,比如,两条直线被第三条直线所截,如果截得的内错角相等,则这两条直线平行。有了解析几何,在平面直角坐标系下,每条直线都唯一地对应着一个二元一次方程或者一个一元函数,比如直线l1对应着y?2x?3,直线l2对应着y?2x?1,通过这两个函数关系式可以看出这两条直线的斜率都是2,所以这两条直线平行,判定两条直线平行不需要前面的判定定理,也不需要画出直观图象,通过判断函数关系式的系数是否相等即可判定其是否平行。这就是用代数方法解决几何问题。

解析几何为几何学的研究提供了新的方法,使许多几何问题变得简单易解,它使几何从定性研究阶段发展到定量分析阶段,使人们对形的认识由静态发展到动态,这才是“数形结合”思想的本质所在。

继笛卡尔之后,数与形更进一步密切结合。例如数学分析中,导数——切线的斜率;积分——曲边梯形的面积;代数中,方程f(x)=0的根——曲线y=f(x)与x轴的交点等等,近代数学中,从几何的角度看,代数和几何的结合产生了代数几何;分析和几何结合产生了微分几何;而代数几何和微分几何又转过来为代数与分析(以及其它学科)提供几何背景、解释和研究课题,促进它们的发展,并使数学在实践中的应用更加广泛和深入。可见,“数形结合”也是今日数学发展的必然,“数形结合”贯穿于数学发展的全过程。

三、不是“数形结合”的案例

依据前面对数形结合思想的分析我们知道“形”主要指点、线、基本几何图形,运用“数形结合”思想时要研究这些几何图形的形状和它的度量特征。否则很难说是在渗透“数形结合”思想。例如发表在本刊200年11期的《数形结合的完美演绎》一文中所说的几个片段:

师:大家讲得都非常好,现在有更多的图形让我们来仔细观察、看图说话。(出示下图)这些图形一共有几个?你能不能用加法算式来计算呢?想出的算式越多越好。

生:3+3+3=9。因为每排都有3个,那3排一共有9个。

生:5+4=9。5个红色的图形加上其他4个颜色的图形一共有9个。 ……

在上述教学片段中,虽然有图形,有算式,但这一活动设计的目的不是渗透“数形结合”思想,因为在该活动中不关注这些图形的形状与度量特征,而是关注图形的“个数”,对图形的个数进行计算。另外,笔者认为,这一活动不仅不能渗透数形结合思想,也不利于小学一年级学生学习加、减法运算(包括理解运算意义与如何运算),因为这样的“图形”不适合作为“学具”,该阶段学习运算的最好学具应是具有齐性、结构性的材料,例如,小木棒、豆子、小石头、计数器、算盘、第纳斯木块等,这样的学具更利于计数个数而排除无关因素的干扰。

(师出示4个完全一样的等腰直角三角形)

师:看着这幅图,你又发现了什么?

生:这4个三角形是按红色、蓝色、红色、蓝色这样排的,它们都有一个直角,而且形状一模一样。

……

师:如果1个三角形代表3,那么拼成的这个正方形代表几? ……

师:(指黄色的1/4圆)如果这部分代表5,那么这一部分(指红色的3/4圆)代表几? 生:这块红色的图形代表15。 师:为什么?

生:因为红色的图形里有3个黄色的图形。

这一教学活动的目的也不是渗透“数形结合”思想,因为该活动中不关注“图形”的几何特征,这里的“图形”起到的只是“符号”的作用,可以说渗透的是“符号思想”,这

里的“图形”是未知量x的前身,与数学意义上的“数形结合”思想无关。类似的案例还有:

若 Δ+5=12,求Δ

=?

解决上述小问题过程中渗透的也不是“数形结合”思想,而是符号思想。

那么,小学数学教学中能渗透“数形结合”思想吗?

四、“数形结合”思想在小学数学教学中的渗透

虽然在小学阶段不讲数轴、不讲直角坐标系、不讲函数图象,但“数形结合”思想在小学数学教学中仍有很多“渗透点”。

(一)用好“数尺”、“数线”或数轴,感知“数与形”的结合

由于学生对直尺非常熟悉,因此,可以将直尺抽象为“数尺”,即将“数”有规律、有方向地排列,将抽象的数在可看得见的“数尺(没有刻度,只有自然数)”上形象、直观地表示出来,将数与“位置(还没有“点”的概念)”建立一一对应关系,既有助于理解数的顺序、大小,又有助于理解数列的规律。如下图所示。

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 “数线”与数轴的区别在于“数线”没有画出“方向”,“数线”与数轴的运用不但能够比较数的大小,而且将“数”与直线上的“点”建立了一一对应关系,而且任何两个点之间都存在无数个点,即任意两个数之间都存在无数个数。

数轴不但将抽象的“数”直观形象化,而且也有助于理解运算,将运算直观形象化,例如:

“加法”就是在数轴上继续向右“数”,或者看做是向右平移若干个单位。

“减法”就是在数轴上先找到“被减数”,然后再向左“数”,或者看做是向左平移若干个单位。

“乘法”就是在数轴上几个几个地向右“数”,或者把一“线段”拉长几倍。

“除法”就是在数轴上先找到“被除数”,然后向左几个几个地“数”,如果恰好数到“0”,则就是“除尽”,数了几次,商就是几。当不能恰好数到“0”,就产生了“余数”,数轴是理解“有余数除法”的形象化载体。例如,48÷5=9??3

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

(麻烦在上面的“数轴”画出对应于每个数的“点”,并从48开始,5个5个地向左数(用‘弯箭头’表示,最后一个箭头指向3) (二)借助线段图,直观形象地理解抽象的数量关系 线段图是理解抽象数量关系的形象化、视觉化的工具。

例如解决下面的问题时,对比线段图则易于理解算式中的每一符号的意义。

张老师要买一个打印机,王老师要买一件毛衣。打印机:800元/台。毛 衣:200元/件。商场促销活动,如果购买500元以上的商品就把超出500元的部分打八折。问:两位老师合着买比分着买可以省多少钱?

方法一:多数同学的解题方法:

分购买所花的钱数:(800-500)×80%+500+200=940(元)

合着购买所花的钱数:(800+200-500)×80%+500=900(元) 合买比分买省的钱数:940-900=40(元)

方法二:一名学生的解题方法:

200×(1-80%)=40(元)

当时很多同学不理解第二种算法,于是教师请这名学生进一步解释。

生:合着买与分着买别的地方都没有变,区别只是少花了一个200元的(1-80%),所以可以直接用200×(1-80%)=40(元)来进行计算。

这名学生解释完后,大多数学生仍然很茫然,没有理解方法二的道理。但是当教师引导学生借助线段图,以形助数,用线段图对比呈现两种方法的所蕴涵的数量关系,学生就能很好地理解每一种方法的道理。通过画线段图就使抽象复杂的数量关系变简单明了,将抽象的数学问题直观化:

500元

300×80%

200×80%

500元

300×80%

200元

借助线段图,变“看不见”为“看得见”,学生便能清晰直观地看到合买合分买的区别,从图中直观地看出真正省的其实就是200元的20%,所以是40元。将复杂的解题过程化繁为简,不但能很好地帮助理清数量之间的关系,还能进一步明确和拓宽解题思路。

又如,有的问题文字上比较“拗口”,问题解决者的头脑中不易理清数量关系,但是将文字上的数量关系转化为线段图表示时,数量关系就一目了然。

十一快到了,妈妈买了2千克的苹果和5千克的梨,共用去10.8元。已知买2千克梨的钱可以买1千克苹果,每千克苹果、梨各多少元?


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