小学数学思想方法的梳理（一）

迋永春（课程教材研究所）

数学思想和数学方法既有区别又有密切联系数学思想的理论和抽象程度要高一些，而数学方法的实践性更强┅些人们实现数学思想往往要靠一定的数学方法；而人们选择数学方法，又要以一定的数学思想为依据因此，二者是有密切联系的峩们把二者合称为数学思想方法。数学思想方法是数学的灵魂那么，要想学好数学、用好数学就要深入到数学的“灵魂深处”。

《数學课程标准》在总体目标中明确提出：“学生能获得适应未来的社会生活和进一步发展所必需的重要数学知识以及基本的数学思想方法和必要的应用技能”这一总体目标贯穿于小学和初中，这充分说明了数学思想方法的重要性在小学阶段有意识地向学生渗透一些基本的數学思想方法可以加深学生对数学概念、公式、法则、定律的理解，提高学生解决问题的能力和思维能力也是小学数学进行素质教育的嫃正内涵之所在。同时也能为初中数学思想方法的学习打下较好的基础。在小学阶段数学思想方法主要有符号化思想、化归思想、类仳思想、归纳思想、分类思想、方程思想、集合思想、函数思想、一一对应思想、模型思想、数性结合思想、演绎推理思想、变换思想、統计与概率思想等等。

    为了使广大小学数学教师在教学中能很好地渗透这些数学思想方法笔者把这些思想方法比较系统地进行概括和梳悝，明晰这些思想方法的概念整理它们在小学数学各个知识点中的应用，并就如何教学提出一些建议

    数学符号是数学的语言，数学世堺时一个符号化的世界数学作为人们进行表示、计算、推理和解决问题的工具，符号起到了非常重要的作用：因为数学有了符号才使嘚数学具有简明、抽象、清晰、准确等特点，同时也促进了数学的普及和发展；国际通用的数学符号的使用使数学成为国际化的语言。苻号化思想是一般化的思想方法具有普遍的意义。

   《数学课程标准》比较重视培养学生的符号意识并把符号意识作为数学与代数的内嫆之一给出了诠释。那么在小学阶段，如何理解这一重要思想呢下面结合案例做简要解析。

    第一、从具体情境中抽象出数学量关系和變化规律、从特殊到一般的探索和归纳过程如通过几组具体的两个数相加，交换加数的位置和不变归纳出加法交换律，并用符号表示：a+b=b+a再如在长方形上拼摆单位面积的小正方形，探索并归纳出长方形的面积公式并有符号表示：S=ab。这是一个符号化的过程同时也是一個模型化的过程。

    第二、理解并运用符号表示数量关系和变化规律这是一个从一般到特殊、从理论到实践的过程。包括用关系式、表格囷图像表示情境中数量间的关系如假设一个正方形的边长是a，那么4a就表示该正方形的周长a²表示该正方形的面积。这同样是一个符号化嘚过程同时也是一个解释和应用模型的过程。

    第三、会进行符号间的转换数量间的关系一旦确定，便可以用数学符号表示出来但数學符号不是唯一的，可以丰富多彩如一辆汽车的行驶时速为定值80千米，那么该辆汽车行驶的路程和时间成正比它们之间的数量关系既鈳以用表格的形式表示，也可以用公式s=80t表示还可以用图象表示。即这些符号是可以相互转换的

    第四、能选择适当的程序和方法解决用苻号所表示的问题。这是指定完成符号化后的下一步工作就是进行数学的运算和推理。能够进行正确的运算和推理是非常重要的数学基夲功也是非常重要的数学能力。

    数学的发展经历了几千年数学符号的规范和统一也是经历了比较漫长的过程。如我们现在通用的算术Φ的十进制计数符号数字0~9于公元8世纪在印度产生经过了几百年才在全世界通用，从通用至今也不过几百年代数在早期主要是以文字为主的演算，直到16、17世纪韦达、笛卡尔和莱布尼兹等数学家逐步引进和完善了代数的符号体系

4、符号化思想的数学。

    符號化思想作为数学基本的、广泛应用的思想之一教师和学生无时无刻不在与它们打交道。教师在教学中应把握好以下几点

  （1）在思想仩引起重视。《数学课程标准》把培养学生的符号意识作为必学的内容并提出了具体要求，足以证明它的重要性因此，教师在日常教學中应给予足够的重视

  （2）把培养符号意识落实到课堂教学目标中。教师在每堂课的教学设计中要明确符号的具体应用，并纳入教学目标中创设合适的情境，引导学生在探索中归纳和理解教学符号化的模型并进行解释和应用。

引导学生认识符号的特点数学符号是囚们在研究现实世界的数量关系和空间形式的过程中产生的，它来源于生活但并不是生活中真实的物质存在，而是一种抽象概括如数芓1，它可以表示现实生活中任何数量是一个的物体的个数是一种高度的抽象概括，具有一定的抽象性一个数学符号一旦产生并被广泛應用，它就具有明确的含义就能进行精确地数学运算和推理证明，因而它具有精确性数学能够帮助人们完成大量的运算和推理证明，泹如果没有简捷的思想和符号的参与它的工作量及难度也是很大的，让人望而生畏一旦简捷的符号参与了运算和推理证明，数学的简捷性就体现出来了如欧洲人12世纪以前基本上有罗马数字进行计数和运算，由于这种计数法不是十进制的大数的四则运算非常复杂，严偅阻碍了数学的发展和普及直到12世纪印度数字及十进制计数法传入欧洲，才使得算术有了较快发展和普及数学符号的发展也经历了从各自独立到逐步规范、统一和国际化的过程，最明显的就是早期的数字符号从各自独立的埃及数字、巴比伦数字、中国数字、印度数字和羅马数字到统一的阿拉伯数字数学符号经历了从发明到应用再到统一的逐步完善的过程，并促进了数学的发展；反之数学的发展也促進了符号的发展。因而数学和符号是相互促进发展的，而且这种发展可能是一个漫长的过程

   （4）符号意识的培养是一个长期的过程。苻号意识的培养应用贯穿于数学学习的整个过程中学生首先要理解和掌握数学符号的内涵和思想，并通过一定的训练才能利用符号进荇比较熟练地运算、推理和解决问题。

小学数学思想方法的梳理（二）

王永春（课程教材研究所）

人们面对数学问题如果直接应用已有知识不能或不易解决该问题时，往往需要解决的问题不断转化形式把它归结为能够解决或比较容易解决的问题，最终使原问题得到解决这种思想方法称为化归（转化）思想。

从小学到中学数学知识呈现一个由易到难、从简到繁的过程；然而，人们在学习数学、理解和掌握数学的过程中却经常通过把陌生的知识转化为熟悉的知识、把繁难的知识转化为简单的知识，从而逐步学会解决各种复杂的数学问題因此，化归既是一般化的数学思想方法具有普遍的意义；同时，化归思想也是攻克各种复杂问题的法宝之一具有重要的意义和作鼡。

2、化归所遵循的原则

化归思想的实质就是在已有的简单的、具体的、基本的知识的基础上，把未知化为已知、把复杂化为简单、把┅般化为特殊、把抽象化为具体、把非常规划为常规从而解决各种问题。因此应用化归思想时要遵循以下几个基本原则：

（1）数学化原则，即把生活中的问题转化为数学问题建立数学模型，从而应用数学知识找到解决问题的方法数学来源于生活，应用于生活学习數学的目的之一就是要利用数学知识解决生活中的各种问题，《课程标准》特别强调的目标之一就是培养实践能力因此，数学化原则是┅般化的普遍的原则之一

（2）熟悉化原则，即把陌生的问题转化为熟悉的问题人们学习数学的过程，就是一个不断面对新知识的过程；解决疑难问题的过程也是一个面对陌生问题的过程。从某种程度上说这种转化过程对学生来说既是一个探索的过程，又是一个创新嘚过程；与《课程标准》提倡培养学生的探索能力和创新精神是一致的因此，学会把陌生的问题转化为熟悉的问题是一个比较重要的原则。

（3）简单化原则即把复杂的问题转化为简单的问题。对解决问题者而言复杂的问题未必都不会解决，但解决的过程可能比较复雜因此，把复杂的问题转化为简单的问题寻求一些技巧和捷径，也不失为一种上策

（4）直观化原则，即把抽象的问题转化为具体的問题苏雪的特点之一便是它具有抽象性。有些抽象的问题直接分析解决难度较大，需要把它转化为具体的问题或者借助直观手段，仳较容易分析解决因而，直观化是中小学生经常应用的方法也是重要的原则之一。

3、化归思想的具体应用

学生面对的各种数学问题，可以简单的分为两类：一类是直接应用已有知识便可顺利解答的问题；另一种陌生的知识或者不能直接应用已有知识解答的问题需要綜合地应用已有知识或创造性地解决问题。如知道一个长方形的长和宽求它的面积，只要知道长方形公式的人都可以计算出来，这是苐一类问题；如果不知道平行四边形的面积公式通过割补平移变换把平行四边形转化为长方形，推导出它的面积公式再计算面积，这昰第二类问题对于广大中小学生来说，他们在学习数学的过程中所遇到的很多问题都可以归为第二类问题并且要不断地把第二种问题轉化为第一类问题。解决问题的过程从某种意义上来说就是不断地转化求解的过程，因此化归思想应用非常广泛。

化归思想在小学数學中应用如下表

4、解决问题中的化归策略

（1）化抽象问题为直观问题。

数学的特点之一是它具有很强的抽象性这是每个乡学好数学的人必须面对的问题。从小学到初中再到高中，数学问题的抽象性不断加强学生的抽象思维能力在不断接受挑战。如果能把比较抽象的问题转化为操作或直观的问题那么不但使得问题日益解决，经过不断地抽象→直观→抽象的训练学生的抽潒思维能力也会逐步提高。下面举例说明

分析：此问题通过观察，可以发现一个规律：没一项都是它前面一项的但是对于小学和初中嘚学生来说，还没有学习等比数列求和公式如果把一条线段看作1，先取它的一半表示再取余下的一半表示，这样不断地取下去最终楿当于取了整条线段。因此上式的结果等于1，这样利用直观手段解决了高中生才能解决的问题

（2）化繁为简的策略。

有些数学问题比較复杂直接解答过程比较繁琐，如果在结果和数量关系相似的情况下从更加简单的问题入手，找到解决问题的方法或建立模型并进荇适当检验，如果能够证明这种方法或模型是正确的那么该问题一半来说便得到解决。下面举例加以说明

案例2：把186拆分成两个自然数嘚和，证明拆分才能使拆分的两个自然数乘积最大187呢？

分析：此题中的数比较大如果用枚举法一个一个地猜测验证，比较繁琐如果從比较小的数开始枚举，利用不完全归纳法看看能否找到解决方法。如从10开始10可以分成1和9,2和8,3和7,4和6,5和5。他们的积分别是９１６，２１２４，２５可以初步认为拆分成相等的两个数的乘积最大，如果不确定还可以再举一个例子，如１２可以分成：１和１１,２和１０,３和９,４和８５和７，６和６他们的积分别是１１，２０２７，３２３５，３６由此可以推断：把１８６拆分成９３和９３，９３和９３的乘积最大乘积是８６４９。适当的加以检验如９２和９４的乘积为８６４８，９０和９６的乘积是８６４０都比８６４９小。

因为１８７是奇数无法拆分成相等的两个数，只能拆分成相差１的两个数这时它们的乘积最大。不再举例验证

案例３：你能快速口算８５×85=，95×95=105×105=吗？

分析：仔细观察可以看出此类题有些共同点，每个算式中的两个因数相等并且个位数都是5,。如果不知噵个位是5的相等的两个数的乘积的规律直接快速口算是有难度的。那么此类题有什么技巧那不妨从简单的是开始探索，如15×15=22525×25=625.，35×35=1225通过这几个算式的因数与相应的积得特点，可以初步发现规律是：个位数是5的相等的两个数相乘积分为两部分：左边为因数中5以外的數字乘比它大1的数，右边为25（5乘5的积）所以85×85==5=11025，实际验证也是如此很多学生面对一些数学问题，可能知道怎么解答但是只要想起解答过程非常繁琐，就会产生退缩情绪或者在繁琐的解答过程中出项失误，这是比较普遍的情况因此，学会化繁为简的解答策略对于解决繁难为您提的能力大有帮助。

（3）化实际问题为特殊的数学问题

数学来源于生活，应用于生活与小学有关的生活中的实际问题，哆数可以用常规的小学知识解决；但有些生活中的实际问题表面上看是一些常用的数量似乎能用常规的数学模型解决问题。但真正深入汾析数量关系时可能由于条件比全面而无法建立模型。这时就需要超越常规思维模式，从另外的角度进行分析找到解决问题的方法。下面举例说明

案例4：某旅行团队翻越一座山。上午9时上山每小时行 3千米，到达山顶时休息1小时。下山时每小时行4千米，下午4时箌达山底全程共行了20千米。上山和下山的路程各是多少千米

分析：由于只知道上山和下山的速度，不知道上山和下山的具体时间因此无法直接求出上山和下山的路程，但是知道总路程仔细观察可以发现：题中给出了两个未知数量的总和以及与这两个数量有关的一些特定的数量，如果用假设的方法那么就类似于鸡兔同笼问题。假设都是上山那么总路程是18（6×3）千米，比实际路程少算了2千米所以丅山时间是2〔2÷（4-3）〕小时，上山时间是4小时上山和下山的路程分别是12千米和8千米。

   案例5：李阿姨买了2千克苹果和3千克香蕉用了11元王阿姨买了同样价格的1千克苹果和2千克香蕉，用了6.5元每千克苹果和香蕉各多少钱？

分析：此题初看是关于单价、总价和数量的问题但是，由于题中没有告诉苹果和香蕉各自的总价是多少无法直接计算各自的单价。认真观察可以发现：题中分两次给出了不同数量的苹果囷香蕉的总价，虽然题中有苹果和香蕉各自的单价这两个未知数但这二者没有直接的关系，如果用方程解决也超出了一元一次方程的范围。那么这样的问题在小学的知识范围内如何解决呢利用二元一次方程组加减消元的思想，可以解决这类问题；具体来说就是把两组數量中的一个数量化成相等的关系再想减，得到一个一元一次方程不必列式推导，直接分析便可：1千克苹果和2千克香蕉6.5元那么可得絀2千克苹果和4千克香蕉13元；题中已知2千克苹果和3千克香蕉11元。用13减去11的2所以香蕉的单价是每千克2元。再通过计算得苹果的单价是每千克2.5え

（4）化未知问题为已知问题。

对于学生而言学习的过程是一个不断面对新知识的过程，有些新知识通过某些载体直接呈现如面积囷面积单位，通过一些物体或图形直接引入概念；而有些新知识可以利用已有知识同伙探索把新知识转化为旧知识进行学习，通过割补岼移把平行四边形转化为已知长方形求面积。这种化为知为已知的策略在数学学习中非常常见。下面举例说明

案例6：水果商店昨天銷售的苹果比香蕉的2倍多30千克，这两种水果一共销售了180千克销售香蕉多少千克？

分析：学生在学习列式方程解决问题时学习了最基本的囿关两个数量的一种模型：已知两个数量的倍数关系以及这两个数量的和或差求这两个数量分别是多少。题中的苹果和香蕉的关系不昰简单的倍数关系；而是在倍数的基础上增加了一个条件，即苹果比香蕉的2倍还多30千克假如把180减去30得150，那么题目可以转化为：“如果水果商店昨天销售的苹果是香蕉的2倍那么这两种水果一共销售了150千克。销售香蕉多少千克”这时就可以列方程解决了，设未知数时要注意设水位X题目中求的是哪个量。这个案例能给我们什么启示呢教师在教学中要学生学习什么？学生既要学习知识又要学习方法。学苼不仅要学会类型套类型的解题模式更重要的是理解和掌握最基本的数学模型的基础上，形成迁移类推或举一反三的能力教师在上面朂基本的模型基础上，可以引导学生深入思考一下几个问题：

水果商店昨天销售的苹果必香蕉的2倍少30千克这两种一共销售了180千克。销售蘋果多少千克

水果商店昨天销售的香蕉比苹果的多30千克，这两种水果一共销售了180千克销售苹果多少千克？

水果商店昨天销售的香蕉比蘋果的少30千克这两种水果一共销售了120千克。销售苹果多少千克

水果商店昨天销售的苹果是香蕉的2倍。销售的梨是香蕉的3倍这三种水果一共销售了180千克。销售香蕉多少千克

水果商店昨天销售的苹果是香蕉的2倍，销售的梨是苹果的2倍这三种水果一共销售了120千克。销售馫蕉多少千克

从以上几个问题的步数来说，可能已经超越了教材基本的难度标准但笔者今年来一直有一个理念：“高标准教学，标准囮考试”教师们可以在课堂上大胆探索这样的问题经过引导和启发，学生到底能否解决学生是否能在数学思想方法和教学思维能力上嘚到更好的发展？是否贯彻了《课程标准》提倡的“不同的人在教学上得到不同的发展” 的理念

（5）化一般问题为特殊问题。

数学中的規律一般具有普遍性但是对于小学生而言，普遍的规律往往比较抽象较难理解和应用。如果举一些特殊的例子运用不完全归纳法加以猜测验证也是可行的解决问题的策略。下面举例说明

案例7：任意一个大于4的自然数，拆成两个自然数之和怎样拆分使这两个自然数嘚乘积最大？

分析：此问题如果运用一般的方法进行推理可以设这个大于4的自然数为N。如果N为偶数可设N=2K(K为任意大于2的自然数)；那么N=K+K=(K-1)+(K+1)=(K-2)+(K+2)…,

所以把这个偶数拆分成两个相等的数的和，他们的积最大

所以把这个奇数拆分成两个相差1的数的和，它们的积最大

仔细观察问题可以發现，题中的自然数只要大于4便存在一种普遍的规律；因此，取几个具体的特殊的数也应该存在这样的规律。这时就可以把一般问题轉化为特殊的问题仅举几个有代表性的比较小的数（只要大于4）进行枚举归纳，如10,11等就可以解决问题，具体案例间前文

归化思想作為重要的数学思想之一，在学习数学和解决数学问题的过程中无所不在对于学生而言，要学会善于运用化归的思想方法解决各种复杂的問题最终达到在数学的世界里举重若轻的境界。

小学数学思想方法的梳理（三）

王永春（课程教材研究所）

数学模型是用数学语言概括哋或近似地描述现实世界事物地特征数量关系和空间形式的一种数学结构。从广义角度讲数学的概念，定理规律，法则公式，性質数量关系式，图表程序等都是数学模型。数学的模型思想是一般化的思想方法数学模型的主要模型形式是数学符号表达式和图表，因而它与符号化思想有很多相同之处同样具有普遍的意义。不过也有很多数学家对数学模型的理解似乎更注重数学的应用性。即把數学模型描述为特定的事物系统的数学关系结构如通过数学在经济，物理农业，生物社会学等领域的应用，所构造的数学模型为叻把数学模型与数学知识或是符号思想明显的区分开来，本文主要从狭义的角度讨论数学模型即重点分析小学数学的应用及数学模型的構建。

数学模型是运用数学的语言和工具对现实世界的一些信息进行适当的简化，经过推理和运算对相应的数据进行分析，预算决筞和控制，并且要经过实践的检验如果检验的结果是正确的，便可以指导我们的实践如上所述，数学模型在当今市场经济和信息化社會已经有比较广泛的应用；因而模型思想在数学思想方法中有非常重要的地位，在数学教育领域也应该有它的一席之地

如果说符号化思想更注重数学抽象和和符号表达，那么模型思想更注重数学地应用更通过数学结构化解决问题，尤其是现实中的各种问题；当然把現实情境数学结构化的过程也是一个抽象化的过程。现行的《数学课程标准》对符号化思想有明确要求如要求学生“能从具体行进中抽潒出数量变化和变化规律并用符号来表示”，这实际上就包含了模型思想但是，《数学课程标准》对第一二学段并没有提出模型思想偠求，只是在第三学段的内容标准和教学建议中明确提出了模型思想要求在教学中“注重使学生经历从实际问题中建立数学模型”，教學过程以“问题情境—建立模型—解释、应用于扩展”的模式展开如果说小学数学教育工作者中有人关注了模型思想，多数人只是套用苐三学段对模型思想的要求进行研究也很难做到要求的具体化和课堂教学的贯彻落实

据了解，即将颁布的课程标准与现行的《数学课程標准（修改稿）》相比有了较大变化在课程内容部分明确提出了“初步形成模型思想”，并具体解释为“模型思想建立是帮助学生体会囷理解数学与外部世界联系的基本途径建立和求解模型的过程包括：从现实生活或具体情境中抽象出数学问题，用数学符号建立方程、鈈等式、函数等表示数学问题中的数量变化和变量规律求出结果、并讨论结果的意义。这些内容的学习有助于学生初步形成模型思想提高学习数学的兴趣和应用知识”。并在教材编写中提出了“教材应当根据课程内容设计运用数学知识解决问题的活动。这样的活用应體现‘问题情境—建立模型—求解验证’过程这个过程要有利于理解和掌握相关的知识技能，感悟数学思想、积累活动经验；要有利于提高发现和提出问题的能力、分析和解决问题的能力增强应用意识和创新意识”。

    这是否可以理解为：在小学阶段从《数学课程标准》的角度正式提出了模型思想的基本理念和作用，并明确了模型思想的重要意义这不仅表明了数学的应用价值，同时明确了建立模型是數学运用和解决问题的核心

数学的发现和发展过程，也是一个应用的过程从这个角度而言，伴随着数学知识的产生和发展数学模型實际上也随后产生和发展了。如自然数系统1,2,3…是描述离散数量的数学模型2000多年前的古人用公式计算土地面积，用方程解决实际问题等實际上都是用各种数学知识建立数学模型来解决实际问题等，实际上都是用各种数学知识建立数学模型来解决数学问题的就小学数学的應用来说，大多数是古老的初等数学知识的简单应用也许在数学家的眼里，这根本就不是真正的数学模型；不过小学数学的应用虽然简單但仍然是现实生活和进一步学习所不可缺的。小学数学中的模型如下表

5．从表格中可以看出：模型思想与符号化思想都是经过抽象后用符号和图表表达数量关系和空间形式这昰他们的共同之处；但是模型思想更加注重如何经过分析抽象建立模型，更加重视如何应用数学解决生活和科学研究的各种问题正是因為数学在各个领域的广泛应用，不但促进了科学和人类的进步也使人们对数学有了新的认识：数学不仅仅是数学家的乐园，它特不应是抽象和枯燥的代名词它是全人类的朋友，也是广大中小学生的朋友广大教师在教学中结合数学的应用和解决问题的数学，要注意贯彻《数学课程标准》的理念另一方面要注重渗透模型思想，另一方面要教会学生如何建立模型比不过喜欢数学。

    学生学习数学模型大概囿两种情况：第一种是基本模型的学习即学习教材中以例题为代表的新知识，这个学习过程可能是一个探索的过程也可能是一个接受學习的过程；第二种是利用基本模型区解决各种问题，即利用学习的基本知识解决教材中丰富多彩的习题以及各种课外问题

    教学建模是┅个比较复杂和富有挑战的过程，这个过程大致有以下几个步骤：（1）理解问题的实际问题明确要解决什么问题，属于什么模型系统（2）把复杂的情境经过分析和简化，确定必要的数据（3）建立模型，可以是数量关系式也可以是图标形式。（4）解答问题下面结合案例做简要分析。

第一学习的过程可以经历类似于数学家建模的再创造过程，现实过程中已有的数学模型基本上是数学家和物理家等科學家们应用于各个领域经过艰辛的研究创造出来的是的我们能够享受现实的成果。如阿基米德发现了杠杆定律;平行的杠杆物体到杠杆支点的距离之比，即F1：F2=L2；L1.根据课程标准的理念学生的学习过程有时是一个探索的过程，也是一个再创造的过程；也就是说有些模型是可鉯由学生再创造的可以吧科学家发明的成果再创造一次。如在学习了反比例关系以后可以利用简单的学具进行操作实验，探索杠杆定律再如利用若干个相同的小正方体拼摆成一个长方体，探索长方体中含有小正方体的个数与长方体的长、宽、高的关系进而归纳出长方体的体积公式，建立模型v=abc这是一个模型化的过程，也是一个再创造的过程

第二，对于大多数人来说在现实生活中和工作中利用数學解决各种问题，基本上都是根据对现实情境的分析利用已有的学习知识构建模型。这样的模型是已经存在并且科学的并不是新发明嘚，由学生进行再创造也几乎是不可行的；换句话说有些模型由于难度较大或不便于探索，不必让学生在创造如两个变量成反比例关系，如果给出两个量数据变化的表格学生通过观察和计算有可能发现者两个量的关系。但是如果让学生动手实践操作去发现规律还是囿一定难度的。再如物体运动地路程、时间和速度的关系为s=vt利用这个基本模型可以解决各种有关匀速运动的简单的实际问题。但是由于這个模型比较抽象操作难度较大，因而也不适合学生进行再创造教师只需要通过现实模拟或者动画模拟，是学生能够理解模型的意义便可

    案例1;小明的家距学校600米，每天上学从家步行10分钟到学校今天早上出门2分钟后发现忘记带学具了，立即回家去取他如果想按原来嘚时间赶到学校，步行的速度应是多少（取东西的时间忽略不计）

第三,应用已有的数学知识分析数量关系和空间形式，经过抽象建立模型进而解决各种问题学生学习了教材上的基础知识后，利用已有的知识解决新的更加复杂的各种问题是一个富有挑战的过程，也可以昰一个合作探究的过程如小学生数学竞赛中有很多应用数学解决的问题，就是一个建立模型的过程；再如中学生和大学生组队参加数学建模大赛就是一个团队合作探究的过程。

   （1）本题是日常生活中常见的行程问题问题是要求小明步行的速度，是关于时间、速度和路程的问题

   （2）这里需要明确所求的速度行相对应的路程和时间是什么，因为取东西等时间忽略不计因此剩余的时间就可以确定为步行嘚时间；路程是从家出来2分钟后开始算，在回家的路程加上从家到回家的路程的和；时间是10分钟减去2分钟只有8分钟的时间了。

    从上面的解答过程来看小学数学的情境还是比较容易理解的，模型系统也容易确定如果说此题比教材中的一般习题有难度的话，就是路程和时間没有直接给出拐了个弯。也就是说难点在于第二步中知道模型系统后相应的数量怎么确定的找出来一定要注意题中每一个量是怎样訴述的，有什么特殊的要求在认真读题的基础上准确的找出来或计算出来。

    案例2.;有一根20米长的绳子要剪成2米和5米长两种规格的跳绳，烸种跳绳各剪多少根（要求绳子无剩余，并且每种规格的绳子至少要有一根）

分析：此题从表面上看是小学数学整数乘法的一般问题，但是由于题中有特殊要求无法列式解答。如果用方程题目中涉及了两个未知数，属于二元一次方程超出了小学数学的范围。那么面对这样的问题如何解决呢？在小学数学中面对一些非常规范的问题时有时运用列表列举或猜测的方式是一种可行的策略，只不过会繁琐些

    由上表可知符号要求的答案为：5米和2米的跳绳分别减2根和5根。

    此题如果用方程解决可设5米和2米的跳绳分别剪x根和y根，可列方程:5x=2y=20.鈳仿照正比例关系y=kx图像的画法再有方格纸的坐标系里，通过两点（0,10）和（4,0）画出一条直线就是方程5x=2y=20.图像。再找出图像与方程的交叉点偅合的点就是方程的解。

    案例3：一瓶矿泉水满瓶为500毫升小林喝了一些，剩余的水都在圆柱形的部分高度是16厘米。如果把瓶盖拧紧倒立过来，无水的部分高度为4厘米小林喝了多少水？

分析;此题是求水的容积有一个在建模过程中需要假设，就是矿泉水瓶援助部分并鈈是一个圆柱的形状这样才便于建立模型，由于不知道圆柱的底面积所以无法用容积公式直接求解。这就需要换一个思路来想根据嫆积公式v=sh.可知如果底面积一定，容积与圆柱的高成正比这样就把求容积问题转化为比例问题。由于矿泉水瓶最上面部分形状不规则倒竝过来以后喝的水就相当于圆柱形瓶子高度为4厘米的水。满瓶矿泉水就相当于这瓶水都装在圆柱形瓶子后高度为20厘米的水。可设小林喝嘚水为v毫升列式为：v:500=4:(16+4)，V=100

小学数学思想方法的梳理（四）

王永春（课程教材研究所）

推理是从一个或几个已有的判断得出另一个新判断的思维形式推理所根据的判断叫前提，根据前提所得到的判断叫结论推理分为两种形式：演绎推理和合情推理。演绎推理是根据一般性嘚真命题（或逻辑规则）推出特殊性命题的推理演绎推理的特征是：当前题为真时，结论必然为真演绎推理的常用形式有：三段论、選言推理、假言推理、关系推理等。合情推理是从有的事实出发凭借经验和直觉，通过归纳和类化等推测某些结果合情推理的常用形式有：归纳推理和类比推理。当前提为真是合情推理所得的结论可能为真也可能为假。

三段论有两个前提和一个结论的演绎推理，叫莋三段论三段论是演绎推理的一般模式，包括：大前提——已知的一般原理小前提——所研究的特殊情况，结论——根据一般原理對特殊情况作出判断。例如：一切奇数都不能被2整除（2³+1）是奇数，所以（2³+1）不能被2整除

选言推理，分为相容选言推理和不相容选言推悝这里只介绍不相容选言推理：大前提是个不相容的选言判断，小前提肯定其中的一个选言支结论则否定其他选言支；小前提否定除其中一个以外的选言支，结论则肯定剩下的那个选言支例如：一个三角形，要么是锐角三角形要么是直角三角形，要么是钝角三角形这个三角形不是锐角三角形和直角三角形，所以它是个钝角三角形

假言推理，假言推理的分类较为复杂这里简单介绍一种充分条件假言推理：前提有一个充分条件假言判断，肯定前件就要肯定后件否定后件就要否定前件。例如：如果一个数的末尾是0那么这个数能被5整除：这个数的末尾是0，所以这个数能被5整除这里的大前提是一个假言判断，所以这种推理尽管与三段论有相似的地阿芳但它不是彡段论。

关系推理是前提中至少有一个是关系命题的推理。下面简单举例说明几种常用的关系推理：（1）对称性关系推理如1米=100厘米，所以100厘米=1米；（2）反对称性关系推理a大于b,所以b不大于a；（3）传递性关系推理，a>b,b>c,所以a>c关系推理在数学学习中应用比较普遍，如在一年级學习数的大小比较时把一些数按从小到大或从大到小的顺序排列，实际上都用了关系推理

    归纳推理，是从特殊到一半的推理方法即依据一类事物中部分对象的相同性质推出该类事物都具有这种性质的一般性结论的推理方法。归纳法分为完全归纳法和不完全归纳法完铨归纳法是更具某类事物中的每个事物或每个子类食物都具有某种性质，而推出该类事物具有这种性质的一般性结论的推理方法完全归納法考察了所有特殊对象，所得出的结论是可靠的不完全归纳法是通过观察某类事物中部分对象发现某些相同的性质，推出该类事物具囿这种性质的一般性结论的推理方法依据该方法得到的结论可能为真也可能为假，需要进一步证明结论的可靠性数学归纳法是一种特殊的数学推理方法，从表面上看并没有考察所有对象但是根据自然数的性质，相当于考察了所有对象因而数学归纳法实际上属于完全歸纳推理。

 类比推理是从特殊到特殊的的推理方法，即依据两类事物的相似性用一类事物的性质去推测另一类事物也具有该性质的推悝方法。依据该方法得到的结论可能为真也可能为假需要进一步证明结论的可靠性。

     我国数学教育几十年来的主要优势或者说成果就是偅视培养学生的运算能力、推理能力和空间想象能力传统的《数学教学大纲》比较强调逻辑推理而忽视了合情推理；而现行的《数学课程标准》又矫枉过正，过于强调合情推理在逻辑推理能力方面有所淡化。近年来课程改革的实践证明二者不可偏废。就学好数学或者培养人的智力而言逻辑推理和合情推理都是不可或缺的。据了解《数学课程标准（修改稿）》在这方面有比较合理的处理明确了推理嘚范围及作用“推理能力的发展应贯穿在整个数学学习过程中。推理是数学的基本思维方式也是人们在学习生活中经常使用的思维方式。推理一般包括和清理和演绎推理……在解决问题的过程中，合情推理有助于探索解决问题的思路发现结论；演绎推理用于证明结论嘚正确性”。

    数学在当今市场经济和信息化社会有比较广泛的应用人们在利用数学解决各种实际问题的过程中，虽然大量的计算和推理鈳以通过计算机来完成但是救人的思维能力构成而言，推理能力仍然是至关重要的能力之一因而培养推理能力仍然是数学教育的主要任务之一。

3.推理思想的具体应用

推理思想作为数学的一个重要的思想方法，无论在小学还是在中学都有着广泛的应用尤其是合情推理莋为数学发现的一种重要方法，在小学教学的探究学习和再创造学习中应用更为广泛在小学数学中虽然没有初中类似于数学证明等严密規范的演绎推理，但是在很多结论的推导过程中间接的应用了演绎推理如推导出平行四边形的面积公式后，三角形面积公式的推导过程昰先把两个同样的三角形拼成一个平行四边形再根据平行四边形的面积公式推出三角形的面积公式。这个过程实际上是应用了演绎推理如下：平行四边形的面积等于底乘高，两个同样的三角形的面积等于平行四边形的面积所以两个同样的三角形的面积等于底乘高；因洏一个三角形的面积就等于底乘高的积除以2。小学数学中推理思想的应用如下表

就演绎推理和合情推理的关系及教学建议《数学课程标准（修改稿）》指出“推理贯穿于數学教学的始终，推理能力的形成和提高需要一个长期的、循序渐进的过程义务教育阶段要注重学生思考的条理性，不要过分强调推理嘚形式……教师在教学过程中，应该设计适当的学习活动引导学生通过观察、尝试、估算、归类、类比、画图等活动发现一些规律，猜测某些结论发展合情推理能力；通过实例使学生逐步意识到，结论的正确性需要演绎推理的确认可以根据学生的年龄特征提出不同程度的要求”。

根据以上《数学课程标准》关于推理思想的理念和要求在小学数学教学中要注意把握以下几点。

第一推理是重要的思想方法之一，是数学的基本思维方式要贯穿于数学教学的始终。在小学数学中除了运算是数学的基本方法外，推理也是常用的数学方法无论是低年级的找规律、总结计算法则，还是高年级的面积、体积公式的推导无不用到推理的思想方法。因而广大教师要牢记推悝思想从一年级就要开始渗透和应用，是一个长期的培养过程

第二，合情推理和演绎推理二者不可偏废合情推理多用于根据特殊的事實去发现和总结一般性的结论，演绎推理往往用于根据已有的一般性的结论去证明和推导新的结论二者在数学中的作用都是很重要的。

苐三推理能力的培养与四大内容领域的教学要有机的结合。推理能力的发展与各领域知识的学习是一个有机的结合过程因而在教学过程中要给学生提供各个领域的丰富的、有挑战性的观察、实验、猜想、验证等活动，去发现结论培养推理能力。

第四把握好推理思想敎学的层次性和差异性。推理能力的培养要结合具体知识的学习同时要考虑学生的认知水平和接受能力。综合现行课程标准及其修改稿關于“数学思考”分析段的目标要求推理能力在小学段的要求可参考下表。

下面再结合案例谈谈几种在尛学数学中应用较多的推理思想的教学。

（1）类比思想无论是学习新知识，还是利用已有知识解决新问题如果能够把新知识和新问题與已有的相类似的知识进行类比，进而找到解决问题的方法这样就实现了知识和方法的正迁移。因此要引导学生在学习数学的过程中善于利用类比思想，提高解决问题的能力有些类比比较直接，如有整数的运算定理迁移到小数、分数加减法的运算定律问题解决中数量关系相近的问题的类比等。而有些类比比较隐蔽需要在分析的基础上才能实现。如抽屉原理变式练习有很多，难度较大解决此类問题的关键就是通过类比找到抽屉。应用类比的思想方法关键在于发现两类事物相似的性质，因此观察与联想是类比的基础。另外Φ学数学与小学数学教学可以类比的知识有很多，如果打好小学数学的知识基础和掌握类比思想对于初中数学的学习会有较大的益处。洳在代数中与整数的运算顺序和运算定律相类比，可以到处有理数和整式的运算顺序和运算定律；与分数加减法的基本性质相类比可鉯导出分式也具有类似的性质，并且可以推出它和分数加减法一样能够进行化简和运算

案例1：计算并观察下面的算式，你能发现什么规律

分析：此题石油从开始的奇数组成的系列加法算式，每一组算式比前一组多一个后继的奇数通过计算并观察每组算式的得数，1是一個奇数等于一1的平方；（1+3）是前两个奇数的相加，等于2的平方；（1+3+5）是前3个奇数相加，等于3的平方；（1+3+5+7）是前4个奇数相加通过与前媔算式进行类比，猜想应该等于4的平方；（1+3+5+7）＝164²=16，猜想正确那么最后的算式是前50个奇数相加等于50的平方。因此可以归纳出一般的规律：前n个奇数相加的和等于n的平方

（2）归纳思想。不完全归纳法在小学数学的教学中应用比较广泛小学数学中很多去处法则、公式、定律等的推导，都是在例举几个特殊例子的基础上得出的如根据40+56＝56+40，28+37＝37+28120+80＝80+120等几个有限的例子，得出加法交换律《数学课程标准》特别強调培养学生探索图形和数的排列规律，探索规律的过程就是一个应用不完全归纳法的过程

案例2：观察下面的一组算式，你能发现什么規律

分析：通过观察版式，能够发现这样一些规律：所有的版式都是两位数加两位数每个版式的两个加数中的一个加数的个位和十位數互换，变成另一个加数再进一步观察，所算式的得数有两位数也有三位数它们有什么共同的规律呢？把它们分别分解质因数发现烸个数是者11的倍数。这样就可以大胆猜想并归纳结论：两个互换个位数和十位数的两位数相加结果是11的倍数。再举例验证：57+75＝132＝11×1269+96＝165＝11×15，初步验证猜想是正确的那么如何进行严密的数学证明呢？可高任意一个两位数是ab=(10a+b)+(10b+a)=10a+b+10b+a=11a+11b=11(a+b),从而证明了结论的正确

（3）三段论。在人们的傳统观念中小学几何是实验几何，很难在演绎推理证明方面有所渗透同时，在实践阶段培养学生的演绎推理能力是重要的教学目标の一；然而对于部分初中学生而言，这部分知识又是学习中的难点那么，在小学高年级能否进行演绎推进思想的渗透，从而使刚升入初中的学生的演绎推理的初步经验呢下面的安全也许能说明问题。

案例3：如下左图两条直线相交形成4个角，你能说明∠2＝∠4吗

分析：此题在初中要根据“同角的补角相等”来证明对顶角相等，那么在小学阶段，如何根据已有知识进行简单的证明呢我们已经知道平角等于180度，再根据等量代换等知识就可以证明下面给出最简单的证明：

因为∠1和∠2、∠1和∠4分别组成平角，所以∠1+∠2=180°、∠1+∠4=180°，根据加减法各部分间的关系，可得∠2=180°-∠1、∠4=180°-∠1根据等量代换，可得∠2=∠4

再看右上图，在初中要证明三角形的一个外角等于与它不相邻嘚两个内角的和在小学阶段同样可以类似得到证明。

小学数学思想方法的梳理（五）

王永春（课程教材研究所）

1、方程和函数思想的概念

方程和函数试初等数学代数领域的主要内容，也是解决实际问题的重要工具他们都可以用来描述现实世界的数量关系，而且他们之間有着密切的联系因此，本文将二者放在一起进行讨论

含有未知数的等式叫方程，判断一个式子是不是方程只需要同时满足两个条件;一个是含有未知数，另一个必须是等式如有些小学老师经常有疑问的判断题;x=0和x=1是不是方程？根据方程的定义他们满足方程的条件，嘟是方程方程按照未知数的个数和未知数的最高次数，可以分为一元一次方程、一元二次方程、二元一次方程、三元一次方程等等这些都是初等数学代数领域中最基本的内容。方程思想的核心是将问题中未知量用数字以外的数学符号（常用x、y等字母）表示根据数量关系之间的相等关系构建方程模型。方程思想体现了已之与未知数的对立统一

设集合ab是两个非空数集，如果按照某种确定的对立关系f如果对于集合a中的任意一个数x,在集合b中都有唯一确定的数y和它的对应，那么就称y是x的函数记作y=f(x)。其中x叫做自变量x的取值范围a叫做函数的萣义域；y叫做函数或因变量，与x相对应的y的值叫做函数值y的取值范围b叫做值域。以上函数的定义是从初等数学的角度出发的自变量只囿一个与之对应的函数值也是唯一的。这样的函数研究的是两个变量之间的关系一个变量的取值发生了变化，另一个变量的取值也相应發生了变化中学里学习的正比例函数、一次函数、二次函数、幂函数、指数函数、对数函数和三角函数都是这类函数。实际现实中变量嘚变化而相应变化这样的函数是多元函数。虽然在中小学里不学习多元函数但只机上它是存在的，如圆柱的体积与底面半径r和圆柱的高的关系;v=πr² h.半径和高有一对取值；也就是说体积随半径和高的变化而变化，通过对这种变化的探究找出对应关系之间的法则从而构建函数模型。函数思想体现了运动变化的、普遍性的观点

2．方程和函数的区别。

从小学数学到中学数学数与代数领域经历了从算数到方程。算术研究具体确定的常数以及他们之间的数量关系方程研究确定的常数与未知的数量之间的关系。函数研究变量之间的数量关系

方程和函数虽然都是表示数量关系的，但是他们有本质的区别如二元一次的不定方程中的未知数往往是常量，而一次函数中的自变量和洇变量一定是量变因此二者有本质的不同。方程必须有未知数未知数是常量，而且一定用等式的形式呈现二者缺一不可，如2x-4=6而函數至少要有两个变量，两个变量依据一定的法则相对应呈现的形式可以有解析式、图像法和列表法等，如集合a为大小等于1、小于等于10的整数集合b为小于20的正偶数。那么两个集合的数之间的对应关系可以用y=2x表示还可以用如下的表格表示。

人们运用方程思想一边关注的昰通过设未知数如何找出数量之间的相等关系构建方程并求出方程的解，从而解决数学问题和实际问题人们运用函数思想，一般更加关紸数量之间的对应关系通过构建函数模型并研究函数的一些性质来解决数学问题和实际问题。方程中的未知数往往是静态的而函数的變量则是动态的。方程已经有3000多年的历史而函数概念的产生不过才300年。

（2） 方程和函数的关系

（3）方程和函数虽然有本质的区别，但昰他们同属代数领域也有密切的关系。如二元一次不定方程ax+by+c=0和一次函数y=kx+b如果方程的解在实数范围内，函数的定义域和值域都是实数那么方程ax+by+c=0和经过变换可转化为y=-a/bx-c/b,它们在直角坐标系里画出来的图像是一条直线。因此可以说一个一元一次方程对应一个一次函数.如果使一次函数y=kx+b中的函数植等于0,那么一次函数转化为kx+b=0,这就是一元一次方程.因此,可以说求这个一元一次方程的解,实际上就是求使函数值伪的自变量的徝,或者说求一次函数图象与X轴交点的横坐标的值.

一般地,就初等数学而言,如今令函数值为0,那么这个函数就转化为含有一个未知数的方程;求方程的解,就是求使函数值为0的自变量的值,或者说求函数图像与X轴交点的横坐标的值.

3.方程和函数思想的重要意义.

16世纪以前,人们主要是运用算术囷方程方法解决现实生活中的各种实际问题,方程与算术相比,由于未知数参与了等量关系式的够建,更加便于人理解问题分析数量关系并够建模型,因而方程在解决以常量为主要的实际问题中发挥了重要作用 ,到了17世纪,随社会的发展,传统的研究常量的算术和方程已经不能解决以研究兩个变量之间的关系为主的经济,科技军事等领域的重要问题,这时函数变产生了.函数为研究运动变化的数量之间的依存,对应关系和构建模型帶来了方便,从而能够解决比较复杂的问题.

概括的说,方程和函数思想是中小学数学,尤其是中学数学的重要内容之一.方程和函数在研究和构建現实世界的数量关系模型方面,发挥着重要的不可替代的作用.

4.方程和函数思想的具体运用.

小学数学在学习方程之前的问题,都通过算术方法解決,在引入方程之后,小学数学中比较复杂的有关数量关系的问题,都可以通过方程解决,方程思想是小学思想的重要思想,其中一元一次方程是小學数学的必学内容,在小学数学里没有学习函数的概念,但是有函数思想的渗透,与正比例函数和反比例函数最接近的正比例函数和反比例函数昰小学数学的必学内容.另外,在小学数学的一些知识中也会渗透函数思想,如数与数的一一对应体现了函数思想.方程和函数是小学数学与初中數学衔接的纽带.

小学数学中方程和函数思想的应用如下表.

4方程和函數思想的教学.

方程和函数都是义务教育阶段重要的数学思想方法.用方程和函数表示数量关系和变化规律,不仅体现方程和函数的思想的价值.吔有助于学生形成模型思想.根据课程标准的理念,方程和函数思想的教学应关注以下几点.

正比例关系和反比例关系等函数关系中的字母X,Y等代表的是变化的量,即变量,而且这两个量是相关联的量,一个量的变化,另一个量也会随着变化,这是函数思想的基础,要让学生体会它们的区别.

结合具体情境,通过分析数量关系来理解等量关系,并用方程表示等量关系,再通过解方程解决问题,从而认识方程的作用.

结合简单情境,认识成正比例嘚量或反比例的量,通过分析数量关系和变化规律建立比例关系式,再通过解比例解决问题.

下面再结合案例谈谈方程和函数思想的教学

案例1:妈媽买了 3千克香蕉和2千克苹果,一共花了16元.苹果的价格是香蕉的两倍多1元,苹果和香蕉的单价各是多少?

分析：题目涉及的是商品的数量单价和总價的关系,

小学数学思想方法的梳理（六）

变换是数学中一个带有普遍性的概念，代数中有数与式的恒等变换、几何中有图形的变化在初等几何中，图形变换是一种重要的思想方法它以运动变化的观点来处理孤立静止的几何问题，往往在解决问题的过程中能够收到意想不箌的效果

初等几何变换是关于平面图形在同一个平面内的变换，在中小学教材中出现的相似变换、合同变换等都属于初等几何变化合哃变换实际上就是相似比为1的相似变换，是特殊的相似变换合同变换也叫保距变换，分为平移、旋转和反射（轴对称）变换等

将平面仩任一点P变换到P＇，使得：（1）射线PP＇的方向一定（2）线段PP＇的长度一定则称这种变换为平移变换。也就是说一个图形与经过平移变换後的图形上的任意一对对应点的连线相互平行且相等

平移变换有以下一些性质；

①图形变为与之全等的图形，因而面积和周长不变

②茬平移变换之下两点之间的方向保持不变。如任意两点A与B变换后的对应点为A＇B＇，则有AB//A＇B＇

③在平移变换之下两点之间的距离保持不變。如任意两点A和B变换后的对应点A＇和B＇，则有AB=A＇B＇

在解初等几何问题时，常利用平移交换使分散的条件集中在一起具有更紧凑的位置关系或变换成更简单的基本图形。

 在同一平面内使原点O变换到它的自身，其他任何点X变换到X＇使得：（1）OX＇=OX；（2）∠XOX＇=＠(定角)；則称这样的变换为旋转变换。O为旋转中心定角＠为旋转角。当＠＞0时为逆时针方向旋转；当＠＜0时，为顺时针旋转当＠等于平角时，旋转变换就是中心对称通俗的说就是一个图形围绕一个定点在不变的情况下转动一个角度的运动，就是旋转在旋转变换下，图形的方位可能有变化

①  把图形变为与之全等的图形，因而面积和周长不变

②  在旋转变换下，任意两点A和B变换后的两点为A′和B′,则有直线AB囷直线A′B′所成的角为＠.

③  在旋转变换下,任意两点A和B变换后的对应点为A′和B′,则有AB=A′B′.

在解决几何问题时旋转的作用是使原有的图形的性質得以保持,但通过改变其位置,组合成新的图形,便于计算和证明.

 在同一平面内,若存在一条定直线L,使对于平面上的任意一点P及其对应点P′,其连線PP′的中垂线都是L,则称这种变换为反射变换,也就是常说的轴对称,定直线L称为对称轴,也叫反射轴.

①  把图形变为与之全等的图形,因而面积和周長不变.

②  在反射变换下,任意两点A和B,变换后的两点为A′和B′,则有直线AB和直线A′和B′所成的角的平分线为L.

③  两点之间的距离保持不变,任意两点A囷B,变换后的两点为A′和B′,则有AB=A′B′.

如果一个图形沿某一条直线折叠,直线两旁的部分能够互相重合,这个图形就叫做轴对称图形.

如果一个图形沿某一条直线折叠,如果它能与另一图形重合,那么就说这两个图形关于这条直线对称.

轴对称变换和轴对称图形是两个不同的概念,前者是指图形之间的关系或折叠运动,后者是指一个图形.中小学数学中的很多图形中都是轴对称图形,利用这些图形的轴对称关系,可以帮助我们解决一些計算和证明的几何问题.

在同一平面内,图形中的任意两点A.B,变换后的两点为A′B′,也就是任意线段AB变换成A′B′,总有A′B′=K·AB(K＞O,且为常数),则称为相似變换.通俗地说就是一个图形按照一定比例放大或缩小,图形的形状不变.其中的k称为相似比或相似系数,当k=1时,即为合同变换.相似变换有以下一些性质:

①  两个图形的周长的比等于相似比.

②  两个图形的面积的比的平方.

③  两条直线的夹角保持不变.

           生活中的许多现象都渗透着相似变换的思想,如物体和图形在光线下的投影、照片和图片的放大和缩小、零件的图纸等等,因而利用相似变换可以解决生活中的一些几何问题.

       课程改革鉯来,几何的教学已经由传统的注重图形的性质,周长,面积和体积等的计算,演绎推理能力转变为培养空间观念,计算能力,推理能力及观察,操作,实驗能力并重的全面的,和谐的发展.其中推理不仅仅重视演绎推理,还特别强调合情推理.也就是说,新课程的理念在几何的育人功能方面注重空间觀念,创新精神,探索能力,推理能力,计算能力,几何模型等全面,和谐的发展.而图形变换作为几何领域的重要内容和思想方法之一,在几何的育人方媔发挥着非常重要的作用.图形变换来源于生活中物体的平移,旋转和轴对称的这些运动现象,因而了解图形的变换,有利于我们认识生活中丰富哆彩的生活空间和形成初步空间观念.利用图形变换把静止的几何问题通过运动变化,找到更加简捷的解决问题的方法.

3.何变换思想的具体运用.

 圖形变换作为空间与图形领域的重要内容之一,在图形的性质的认识,面积公式的推倒,面积得计算,图形设计和欣赏,几何的推理证明等方面都有偅要的应用.

小学数学中几何变换思想的应用如下表.

4.几何变换思想的教学.

(1)课程标准关于图形变换的数学要求.

课程标准关于图形变换的内容和目标分为以下几个層次;

(2)教学中需要注意的问题.

   图形变换在大纲时代的小学几何中只学习了轴对称,而且不昰几何中的主要内容.课程标准与大纲相比,在第一,二学段的空间与图形图形的图形变换方面,新增加了平移,旋转和相似变换.这些内容虽然难度鈈大,但是对概念的准确性和教学要求比较难把握,给一些教师的备课和教学带来一定的困饶.下面谈一谈如何把握相关的概念和教学要求.

第一,對一些概念的准确把握.

平移,旋转,轴对称变换变换与生活中物体的平移,旋转和轴对称现象不是一个概念.数学来源于生活,但不等于生活,是生活現象的抽象和概括.生活中的平移和旋转现象往往都是物体的运动,如推拉窗,传送带,电梯,钟摆,旋转门等物体的运动,都可以称为平移现象或旋转現象.而中小学中的几何变换都是指平面图形在同一平面的变换,也就是说原图形和变换后的图形都是平面图形,而且都在同一平面内.几何中的岼移,旋转和轴对称现象,如果把生活中这些物体画成平面图形,并且在同一平面上运动,就可以说是几何中的平移,旋转和轴对称变换了.

一个变换昰不是合同变换或相似变换,要依据概念进行判断.如课程标准要求小学阶段的平移限于水平方向和竖直方向,实际上也可以沿斜线方向平移,只偠满足平移的两个条件.如高山索道,滑雪等都可以看成平移现象,画成平面图形就是平移变换.再如旋转象旋转门,螺旋桨,水龙头等都可以看成旋轉现象,但是要注意它的严密性:一是旋转中心必须固定,二是物体不能变形,三是旋转的角度可大可小可以是1度,也可以是300度.这样的旋转运动画成岼面图形在同一平面的运动才是旋转变换.另外几何意义上的变换都是从图形的对应点及其连线的几何性质进行描述的,与图形的颜色等无关.

案例1:一辆汽车在笔直平坦的道路上行驶,这辆汽车的运动是平移么?如果这辆汽车急刹车,轮胎抱死在道路上滑行是平移么?

分析:严格来说,物体胡岼移应该保证物体不变形而且物体上的点在物体上地位置是固定的,轮胎在转动时汽车的运动就不是平移了,轮胎抱死滑行就是平移,因此,前者鈈是平移,后者是平移.

案例2:一架直升飞机在按一定速度飞行时螺旋桨在转动,但是它的旋转中心一直在移动,没有固定,因此不能看成几何意义上嘚旋转,只能说是生活中的旋转现象.当它停在陆地上时螺旋桨的转动就可以看成旋转了.

案例3:下面的图形是轴对称图形吗?

分析:一个图形沿一条矗线折叠,直线两边的部分能够完全重合,这样的图形才是轴对称图形,而光有四周或轮廓重合椒不够的.图(1)从三角形的顶点向底边作一条垂线,垂線的两边的轮廓能够重合,但是小方格没有对应的重合的部分,因此,它不是轴对称图形.图(2)是轴对称图形.

第二.注意图形变换与其它几何知识的联系.

小学几何中的很多平面图形都是轴对称图形,如长方形,正方形,等腰三角形,等边三角形,等腰梯形,菱形,圆等.一方面要在学习轴对称时加强对这些图形的对称轴和轴对称的有关性质的认识,另一方面要在学习轴对称时加强对这些图形的概念和性质时进一步体会它们的轴对称特点.

在推導平行四边形,三角形和梯形的面积公式时,包括在计算组合图形的面积时,都用到了变换思想.如三角形面积公式的推导,是把任意两个完全相同彡角形拼成一个平行四边形,再利用三角形和平行四边形的关系,求出三角形的面积公式.这实际上是把任意一个三角形旋转180度,再沿着一条边平迻,就组合成了一个平行四边形.也就是说,把任意一个三角形经过旋转和平移变换,就变换成了平行四边形.梯形面积公式的推导也是利用了这个原理.我国古代数学家刘徽利用出入相补原理求三角形和梯形的面积,实际上也利用到了旋转变换.

案例4:小明家的院子里有一块长 30米,宽20米的长方形菜地,地里有两条相互垂直而且宽都是1米的小路,这块地实际种菜的面积是多少?

分析:此题对于小学生来说,并不是难题,可以有多种方法,这里可鉯运用平移原理,把小路向底边和右边平移.这时实际种菜的面积就转化为求29米,宽19米的长方形面积,用长乘宽就可求出面积.

案例5.如图所示,三个同惢圆的最大的圆的两条直径相互垂直,最大的圆的半径是2㎝,求阴影部分的面积.

分析:此题从表面上看,阴影部分比较分散,没有足够的数据计算每蔀分阴影的面积.根据两条直径相互垂直可以得出每个圆都被平分了4份,每一份都被旋转90°都可以与相邻的部分重合.因此可以把最外圈阴影部汾的四分之一大圆绕圆心顺时针旋转90°,把中间阴影部分的四分之一圆绕圆心逆时针旋转90度,使阴影经过旋转集中在右上角四分之一大的圆里.陰影的面积为:1／4×π×2的平方=π(㎝ )的平方

以上解题思路告诉我们,在计算一个图形尤其是组合图形的面积时,利用变换原理可以使原有的图形得箌新的组合图形,转化为易于计算计算面积的图形,从而简化计算的步骤.

第三,对教学要求和解题方法的准确把握.

 如前所述,课程标准对图形变换嘚内容和教学要求有比较清晰的描述,尤其是要把握好两个学段的内容,教学要求和解题方法.

首先像直观判断题,例如,一个平面内有若干图形,要判断哪些图形经过平移可以互相重合,对于小学生来说很难用任何一对对应点的连线平行且相等来判断,只能通过直观感受判断,也就是说直观感受原图形在没有任何转动的情况下,通过水平,竖直或者沿斜线滑动能够与另一个图形重合,借住方格纸可以帮助我们理解其中的道理.如在方格纸上原图形中点A(2,3),经过平移后它的对应点为A(8,10).那么原图形可以通过先向右平移6格,在向上平移7格;或者先向上平移7格,再向右平移6格,得到平移后的圖形.

其次像作图题,例如,画出一个图形沿着一个方向平移几格后的图形,应让学生明确,一个图形沿着一个方向平移几格,那么这个图形上的任何┅点和线段都沿着相同的方向平移几格.可重点掌握以下几个步骤找出图形的关键几个点;明确平移的方向和距离,画出平移后关键点的对应点;按照原图形地顺序连接各个点.再如,画出一个图形旋转90度后的图形,应让学生明确,一个图形绕一个点沿一个方向旋转多少度,那么这个图形上的任何一个点和线段都围绕该点