
未来教育探索
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
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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
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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