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儿童怎样学数学

数学团队 后知父母 2021-10-31

相信种子,相信岁月

山西运城国际学校 | 南明教育旗下学校
过一种幸福完整的教育生活,做一个自我实现着的自由人


儿童在学习一个新知识之前,头脑中对新知识“一无所有”吗?儿童“发明数学,创造数学”是“无中生有”吗?回答都是“No!”


以“数学发生学”为课程理论背景,从学前到高中,我们在不断地追问:此阶段的儿童认知发展有何特点?儿童头脑中已经有了怎样的数学观念?通过怎样的学习活动才能建构生成更高层次的数学观念?


整体梳理下来,你会发现,原来数学知识真的可以被儿童发明创造出来!原来数学真的可以如此好玩儿!原来数学重要的“核心问题”一直没有变,研究思路清楚了,孩子会越学越容易!


南明数学的核心理念——“创造数学,发明数学”,“像数学家一样思考”,“数学精彩观念的诞生”。



01

几何篇

 

学前儿童怎样学几何?


对于5-6岁的儿童,以及小学低段(一年级)儿童来说,学几何就是操作游戏,通过大量的操作游戏积累动作经验,儿童才能将动作经验内化,在头脑中建立起几何图形的表象。比如:彩泥制作、触摸、盲摸、磁力棒搭建、小棒制作、剪纸拼贴、搭建立体城堡等。 


 

小学生怎样学几何?


小学生学几何,仍然离不开“动手操作”。学几何变换要动手操作,学测量也要动手操作,随着年龄增长,动作游戏逐渐转向内在思维游戏。


例如:儿童怎样学习测量呢?


 

是的,您没看错,从长度测量到面积测量,再到体积测量,核心问题都一样!而且,都需要动作经验内化!


小学生学几何,离不开操作活动!只有动作经验内化,加上原有观念的纵向提升,才能构建起更加高级的空间观念。


 

初中生怎样学几何?


初中几何与小学有何不同?


小学生的点、线、面都是具体可见的,可以操作、可以测量的,而初中学习的欧氏几何中,点是没有大小的,直线是没有粗细的,平面是没有厚度的。没有大小的点、没有粗细的线、没有厚度的面,存在于哪里呢?现实生活中可找不到,它们只存在于我们的头脑中。而画在纸上的点、线、面,都是为了沟通交流,将头脑中的观念 “外化”形成的图形语言。


初中生怎么学几何呢?


既不能只靠操作活动,也不能单纯靠想象,还有最关键的一点——推理证明。

例如:怎样判定两个三角形全等?俊杰老师和亚迪(初中学生)一起分享了整个探索历程。

起初,我们只能用三角形全等的定义判定全等,但是,它需要六个条件,太麻烦了!于是我们开始探索,最少需要几个条件能证明全等呢?

只给出一个、两个条件,能判定全等吗?不能,因为我们考察了各种可能的情况,都能画出符合条件但不全等的三角形!


给出三个条件呢?


 

这次大家按照给出的“三边”画出了全等的三角形!哇,我们可以得到“边边边”能判定全等的结论了吗?不行!只画了一个“特例”,不能代表一个“一般”规律!

提出猜想总可以吧?没问题!不过,关键是,接下来呢?怎样让你的猜想具有“一般性”?


一条路是推理证明得到定理,另一条路是无法证明,承认它是“公理”。

经过探索,第一条路行不通。那就只能靠“几何直观”了!经过一番作图、想象,我们确信“边边边”可以判定全等。于是,三角形全等的第一条判定“公理”隆重地诞生了!



随后,我们又得到了两个“公理”——“角边角”、“边角边”。


而“角角边”不同,它是可以“推理证明”得到的,它是真正的“定理”!


 

几何推理的魅力就这样展现眼前!


更重要的是,不仅初中学习欧氏平面几何如此,将来高中学习欧氏立体几何、解析几何仍然是同样的逻辑。将来大学学习欧氏几何以外的新几何,也是同样的逻辑,只不过在起点处就采取了不同于欧氏几何的“设准”而已!


 

02

代数篇

 

“数”与数系的扩充


南明的孩子怎样学习“数”?其实,核心问题只有三个:

1.“数”是如何诞生的?

2.“数”可以比大小吗?

3.“数”可以参与运算吗?


数是如何诞生的?


最初,是“自然数”。

通过讲甲骨文故事、彩泥捏塑的游戏,体验数字内在的生命气息,自然数的诞生充满了惊异感,原来数字是活泼泼的有生命的啊! 

 


当下面这样的问题摆在面前,你会怎么办?



通过大量的动手操作活动,孩子们积累着动作经验。

关键问题是:如何用“数”表示它们呢?

自然数不能满足我们的需要了,怎么办?

那么,我们就需要创造一种新的数——分数!



在面临新问题的时候,原有的“数”不够用了,于是,我们就创造新的数吧!小数也是这样被创造出来的!当负数被创造出来,数系就扩充到了有理数范围;当无理数被创造出来,数系就扩充到了实数范围;当虚数被创造出来,数系就扩充到了复数范围。所有的“数”都是在“问题”中诞生的!


数可以比大小吗?



量的多少,对应着数的大小——是数都可以比大小。数轴是最好的比大小的工具。从自然数到有理数,再到实数,都可以用数轴上的点表示。孩子们从学前就开始玩跳格子游戏,并用图形语言——数轴把它表示出来。数轴上点的次序就对应着数的大小关系。

 

数可以参与运算吗?


加减乘除四则运算是如何被创造出来的?


每一种运算都对应着一系列动手操作游戏,在动作游戏中,儿童理解算理,并将动作经验内化,形成运算观念。


加法的本质是集合的“合并”,减法的本质是集合的拆分,因此,加减运算观念的建构,是儿童大量的棋子拆分与合并的游戏、跳数轴游戏之后才能达成的。



儿童的乘法观念是在花瓶与花朵游戏、棋子游戏、跳格子游戏、队列游戏、节奏游戏、画圈游戏等等的基础上,才能将动作经验内化而建构起来的。

 


除法观念是在大量平均分配游戏的基础上才能建构生成的。




从“数”到“式”



当儿童面对这样的问题时,他们会发现,算式只能“一个一个”地解决问题,而用字母表示数则能“一类一类”地解决问题!于是,代数式就诞生了。


代数式既然表示“数”,那么,它是不是也能比大小?也能参与运算呢?


代数式继续向前发展,就走向了函数、方程、不等式,它们是一个整体。


 

什么叫“数形结合”?平面直角坐标系中的这条直线对应着一次函数y=2x+1;直线上有无数个点,每个点都对应着一组数对,也就对应着一个一元一次方程;以该点为界点,直线被分割成两条没有端点的射线,它们则分别对应着一个一元一次不等式。


从形到数,从数到形,玩转了“三个一次”,以后再学“三个二次”、“幂指对”和“三角函数”,就有清晰的方向了!


 ◆ ◆


至此,老师们梳理了从学前到高中的所有的代数课程框架。我们发现,与传统的课程相比,南明数学抓住的是核心问题和研究方法,正所谓“为技日益,为道日损”,逐年的学习,归根结底不过是素材发生了改变,核心问题反复出现,学习就会变得越来越简单。


 

我们丝毫也不会怀疑,一个懵懂儿童在完整地穿越了南明的数学课程后,会成为具有理性创造能力的翩翩少年!


年会回顾:

南明年会 | 除了……这就是我们想象中聚会的样子

南明年会 | 为学日益,为道日损——南明教育简史

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南明年会 | 别以为我们只会玩艺术


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