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未来教育探索

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Exploration of Future Education

  • 主办单位: 
    未來中國國際出版集團有限公司
  • ISSN: 
    3079-3637(P)
  • ISSN: 
    3079-9511(O)
  • 期刊分类: 
    教育科学
  • 出版周期: 
    月刊
  • 投稿量: 
    4
  • 浏览量: 
    466

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运算律教学在发展学生数学思维中的价值

The Value of Teaching the Laws of Operation in Developing Students' Mathematical Thinking

发布时间:2026-03-10
作者: 高振栋 :扬州大学教育科学学院 江苏扬州;
摘要: 数学是思维的体操。小学生正处于具体形象思维向抽象逻辑思维发展的过渡阶段,因此小学数学学习往往更加偏向于具体形象性与直观性,教学中需要学生通过观察、操作、验证、推理等操作逐步掌握新知。加法和乘法运算律作为小学阶段少有的较为抽象的运算定律,对发展学生的各类数学思维,都具有相对特有的教育价值。
Abstract: Mathematics is the gymnasium of thinking. Primary school students are in the transitional stage concrete image thinking to abstract logical thinking. Therefore, primary school mathematics learning often leans more towards concreteness and intuition, and students need to gradually master new knowledge through observation operation, verification, reasoning and other operations in teaching. As one of the few relatively abstract operation laws in the primary school stage, the addition and multiplication operation laws have relative and unique values for the development of various kinds of mathematical thinking of students.
关键词: 运算律;数学思维;教育价值;小学数学
Keywords: laws of operation; mathematical thinking; educational value; primary school mathematics

引言

运算律是进行数学运算的理论基础,也是小学数学教材中的重要组成部分。运算律从表象看,不过是运算流程的操作规范,无论是交换律调整元素顺序,还是结合律、分配律优化运算步骤,都是人为设定的方法。但其本质绝非技巧,而是数的意义与运算内涵的深度联结,是运算自身固有的、不以人的意志为转移的本质属性。小学阶段的运算律包括加法交换律、加法结合律、乘法交换律、乘法结合律、乘法分配律。而数学思维是指主体在认识数学对象、解决数学问题的过程中,运用数学概念、逻辑规则、方法工具进行观察、分析、抽象、概括、推理、转化、建模的理性思维活动。运算律通常是通过对一系列具体的等式进行观察、比较与分析而抽象概括出来的,是运用各类数学思维对数学运算固有本质属性的探索。因此,其在发展学生数学思维当中具有独特的教育价值。

一、运算律有利于培养学生的推理意识,发展其归纳思维和演绎思维

运算律教学中,教师往往需要引导学生从具体算式中归纳得出规律,并以字母表达式呈现出来,再运用于解决具体的运算问题。这一过程大致可以总结为:偶然现象(或特殊问题)→引发猜想→举例验证→概括结论→运用结论。这一过程中的每一步骤都蕴含着对学生推理意识的培养。

首先,由特殊问题到引发猜想,需要学生从若干具体算式探索推理出对于运算规律的可能猜想。猜想的得出并不是凭空而来的,这有赖于学生对具体算式的观察、比较,并加以归纳。

其次,在举例验证中,教师通常采用让学生对猜想举出正例以及反例的方法。而举例过程自然也是一个简单的推理过程,因为推导出的最终结论必定需要接受大量例子的验证。可以说举例验证是推理过程中必不可少的因素,让学生尝试给出关于猜想的不同正例与反例,就是在让他们亲身经历推理过程,丰富推理方式,形成数学学习中的推理意识,提升其推理能力。

然后,在概括结论时,当学生验证猜想成立之后,将以文字语言表述的运算律,转换为以字母表达式这类数学符号所呈现出的运算律,表述更为简洁。总体来看,从观察最初具体特殊算式,经历猜想与验证之后,归纳总结为抽象概括化的一般结论,较为完整地让学生感知特殊到一般的完整归纳推理过程,发展了学生的数学归纳思维。

最后,将结论运用于解决实际问题,把一般运算律运用于具体的问题情境。让学生经历了由一般到特殊的具体运用过程,有利于发展学生的演绎推理思维。至此,看到学生的推理意识得到了充分的唤醒,归纳思维和演绎思维都得到了发展,运算律的教育价值也得到了彰显。

二、运算律渗透了转化与化归思维,实现复杂问题的灵活处理

运算律不仅是简化计算的工具,更深度渗透了转化与化归的数学思维,成为实现复杂问题灵活处理的关键载体。转化与化归思维的核心要义是将陌生、复杂、无序的问题形态,转化为熟悉、简单、有序的问题形式,而运算律恰好为这种转化提供了严谨的逻辑依据和可操作路径。

从基础运算层面,加法交换律、结合律与乘法交换律、结合律的核心作用,是通过改变运算顺序实现“凑整转化”。例如:在计算47+85+53的时候,未曾学习过运算律的学生,可能大多数会按照从左至右的顺序依次进行运算。但在掌握运算律之后,学生便会主动地先观察式子中运算数据的特征,从而运用运算律,将47与53先进行运算得出100,再加上85。乘法分配律则更进一步,实现了不同运算形式的转化,是转化与化归思维的典型体现。例如:在“99×47+47”的计算中,原式看似是“乘法+加法”的混合运算,通过逆向运用乘法分配律,可将其转化为“(99+1)×47”,把加法运算化归为整百数乘法运算。

从思维价值来看,运算律所承载的转化与化归思维,并非局限于运算本身,更培养了“化繁为简、化异为同”的问题处理逻辑。这种思维延伸到后续的代数变形、方程求解、因式分解等知识模块中,成为解决复杂数学问题的核心能力——例如因式分解中的提取公因式法,本质是乘法分配律的逆向化归;方程求解中的移项、合并同类项,实则是加法与乘法运算律在等式变形中的延伸应用。

总之,正是运算律为转化与化归思维提供了具象化的表达形式,才使得复杂数学问题的灵活处理得以实现。因此,教师教学过程中应充分挖掘运算律中蕴含的思维提升价值,助力学生转化与化归思维的进阶。

三、运算律使运算变得简洁,有助于培养学生创造性思维

运算律的教育价值之一便是简化运算,培养学生创造性思维。在2022版《义务教育数学课程标准》中对此也有相应描述:“能运用运算律进行简便运算,解决相关的简单实际问题,形成运算能力。”运算律通过以字母表达式的形式呈现出了四则运算当中的客观规律。学生掌握了运算律可以跳出固有的运算习惯性(如从左至右依次按照四则运算法则进行运算),对数与数之间进行合理且巧妙的组合,以简洁、快捷的方式运算得出结果,提高运算效率,甚至有的学生可以运用多种运算律组合解同一道题目、运用运算律验证新的运算性质、逆向运用运算律自行设计新的简便运算题目等等。这些过程中,学生数学创造性思维得以发展与外延。

例如:学生在计算25×36+75×36时,既可以先运用乘法分配律的逆运算,提取公因数36,得到(25+75)×36,再计算括号内的加法得100×36,最终算出结果3600;也可以先把36拆成4×9,将原式转化为25×4×9+75×4×9,这里先运用乘法结合律,分别算出25×4=100和75×4=300,式子变为100×9+300×9,接着再用乘法分配律的逆运算,得到(100+300)×9=400×9=3600,两种方法都借助运算律简化了计算,且结果一致,体现了学生的创造性思维。

总之,运算律这一知识点的掌握,给予学生数学运算最为直接显著的益处便是运算变得简洁,提升了运算效率以及学生的运算能力。以运算律简化运算之过程间接性地培养了学生数学思维创造性。灵活的创造性思维不仅是迅速且简洁地解题需要,更是学生优化思维品质、领悟数学精神、提高创新能力的有效途径。

四、运算律有助于形成结构化思维,构建知识之间的内在联系

《义务教育数学课程标准(2022年版)》在核心素养导向的课程目标中指出“重点是对内容进行结构化整合,探索发展学生核心素养的路径”。数学结构化思维是一种关联的、结构的、系统的思维方式与思维习惯。而运算律教学本质上蕴含着结构化思维的培养。

首先,运算律自身具有高度结构化的特征,加法交换律、结合律,乘法交换律、结合律与分配律等,每一条运算律都以简洁而严谨的形式呈现,它们相互独立又彼此关联,共同构成一个有机的整体。学生在学习运算律的过程中,会不自觉地按照其逻辑体系进行梳理和记忆,这种对运算律本身结构的把握,是形成结构化思维的初步体现。

其次,运算律犹如一条无形却强韧的丝线,为数学知识搭建起沟通的桥梁,促进知识间的内在联系。以整数、小数、分数的运算为例,尽管它们的数字表现形式不同,但都遵循相同的运算律。学生在掌握整数运算律后,能够顺利迁移到小数和分数的运算中,明白不同数域的运算本质上是相通的。这种迁移不仅加深了学生对各类数运算的理解,更让他们看到数学知识之间的连贯性与统一性,从而在头脑中构建起一个相互关联的知识网络。

最后,结构化思维的培养也体现在借助运算律解决复杂数学问题当中。学生可以依据运算律对问题进行分解和重组,将复杂问题转化为多个简单问题的组合,然后逐步解决,形成一系列问题解决的流程模式。这种思维方式让学生能够从整体上把握问题,有条不紊地推进解题过程,进一步提升数学学习和解决问题的能力,形成学生独特的认知结构,使知识在实践运用中更加融会贯通,最终使学生学会用数学的眼光观察现实世界、用数学的思维思考现实世界、用数学的语言表达现实世界。

五、运算律培育严谨思维,树立数学学习的逻辑规范意识

数学课堂教学以数学知识传授为核心,知识传递与学生反馈等互动,大多依赖数学语言实现。鉴于数学学科的逻辑属性,关注其严谨性是确保教学质量的必要前提。运算律教学正是渗透这一特质、培育学生严谨思维的重要载体,能帮助学生在数学学习中建立清晰的逻辑规范意识,避免思维的随意性与片面性。

从运算律的探究过程来看,其本身就蕴含着“严谨验证”的逻辑要求。学生从具体算式提出猜想后,不能仅凭少数几个正例就判定规律成立,还需经历“多案例覆盖”与“主动寻找反例”的过程——比如探究加法交换律时,不仅要验证整数加法(如2+3=3+2),还要延伸到小数(1.5+2.8=2.8+1.5)、分数(1/2+1/3=1/3+1/2)的加法场景,同时思考“是否存在任何两个数相加,交换位置后和不相等的情况”。这种“全面验证、排除例外”的过程,能让学生意识到数学结论的成立需具备充分依据,而非主观臆断,逐步养成“言必有据、证必严谨”的思维习惯。

从模型应用价值来看,运算律模型能帮助学生高效解决多样化的现实问题,强化“用数学解决实际问题”的意识。例如,在“计算全校6个班级各采购25本故事书和15本科技书的总数量”时,学生可借助乘法分配律模型,将问题转化为“6×(25+15)”,先算每班采购总量,再求全校总数,避免逐班计算的繁琐;在“计算长方形菜地(长增加3米,宽不变)的面积增加量”时,可通过乘法分配律推导“(长+3)×宽=长×宽+3×宽”,快速得出增加的面积。这些应用让学生感受到数学模型的实用性,学会主动从现实问题中识别运算律模型的适用场景,实现“从模型到现实”的反向迁移。

此外,运算律模型的拓展性还能为后续数学学习奠定基础。小学阶段掌握的运算律模型,会在初中代数(如整式运算、方程求解)、几何(如图形面积公式推导)中进一步延伸,成为连接不同数学领域的“通用模型”。这种持续的模型应用与拓展,能让学生逐步形成“建模→用模→拓模”的思维习惯,真正理解数学模型的本质,提升用数学思维解决现实问题的能力。

参考文献:

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  5. [5]蔡山查.运算律的知识意义与核心价值——简便运算不简单[J].名师在线,2018(31):49-50.
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