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封闭导致僵化 开放产生活力
——“设计新纸箱”教学案例
上海市宝山区实验小学 潘小明
背景与主题
目前的小学数学教学现状是:由教师单向灌输知识的教学现象少见了,而教师通过简单提问将书本知识传授给学生的现象却仍是较为普遍的。教师的启发引导,大多是将学生的思维牵入预设的轨道;学生的动手实践,大多是在机械地执行教师的一个个指令。应该承认,我们的数学课堂教学多的是封闭和预设,少的是开放和生成。过分强调预设和封闭,会使课堂教学变得机械、沉闷和程式化,会使学生缺乏生气和乐趣,缺乏对智慧的挑战和对好奇心的刺激,师生的生命活力在课堂上得不到发挥。封闭导致僵化,开放产生活力。课堂教学中如何进行开放?我大胆积极地尝试着——
“设计新纸箱”一课,是在学生已经学习了长方体和正方体的表面积和体积计算的基础上进行的。
课堂情景描述
师:(电脑出示课题:设计新纸箱)看到这个课题,你在想什么?
生1:为什么要设计新纸箱?
生2:设计的新纸箱要放什么?
生3:对新纸箱有哪些新的要求?
……
师:同学们想得很多,也很有意义。听来,大家最想知道的是对设计的新纸箱有哪些要求。
电脑出示:大华纸箱公司最近要设计一种新的硬纸板纸箱。要求正好能装下24个棱长是1分米的正方体小纸盒。你能设计出最好的方案吗?
师:对于“你能设计出最好的方案吗”这个问题,你是怎样思考的?
生1:我想设计的纸箱要轻便一些。
生2:我想设计的纸箱要美观点。
生3:我在想,设计的纸箱用的材料要节省。
师:作为一项设计,同学们考虑得很周到,设计的新纸箱要轻便些、美观些,用的材料要胜一页。下面,我们主要从节省材料的角度来思考,你将怎样去设计最好的方案?(学生进行着思考——)
生:我想知道一共有多少种不同的方案,然后,再从中找找有没有最省材料的方案。
师:同学们,你同意这样的想法吗?(学生点头表示赞成。)
师:在你们的桌上放着几袋小方块,你可以利用小方块帮着设计,你觉得不必要用小方块就能设计的,那当然也可以。下面,请各自独立思考,设计方案吧!
学生认真地思考着,积极地进行着新纸箱的设计:有的学生利用小方块,在搭着不同形状的长方体;有的学生在纸上画着长方体的立体图;还有的学生在写着设计的长方体的长、宽和高。同学们自由自在地设计着新纸箱……
师:下面,请先在小组内交流你设计的方案,在由小组同学群策群力,思考用什么方法能够找出所有的设计方案,从中再介绍你们认为最好的方案。(学生积极地投入组内的交流、探究活动——)
生1:我们用搭小方块的方法,设计了4种长方体纸箱,一个的长、宽、高分别是4分米、3分米和2分米:还有的是6分米、2分米和2分米;还有8分米、3分米和1分米;还有6分米、4分米和1分米。
生2:我们觉得一共有6种,还有长是24分米、宽1分米、高1分米和长是12分米、宽是2分米、高是1分米两种长方体纸箱。
师:他们觉得一共有6种方案,你们大家同意吗?(几乎所有的学生表示同意)
师:你们凭什么说一共只有6种呢?
生3:(积极地举高着手——)我还有一种方案(见右图),我这样设计不仅造型美观,而且可以手提,携带方便。
师:你的设计太富有想象力了,太富有创造性了!如果设计成长方体形状的纸箱,你认为共有几种不同的方案?
生3:我觉得也是六种。
师:你们怎样知道共有六种不同的设计?
生4 :我们是通过搭拼的方法得出的。
师:会不会有遗漏或者是重复的呢?怎样搭拼能很快知道共有几种?(在教师的启发下,学生进行着有序思考:先将小方块搭拼成一层的,再搭拼成两层的、三层……,排除重复的,得出共有六种情况。结合学生回答,进行电脑演示(见下图)。)
生5:我是这样思考的:制成的长方体纸箱的容积都是24立方分米,所以只要想24可以写成哪三个整数相乘。我发现一共有六种:24,1,1;12,2,1;8,3,1;6,2,2;4,3,2。
师:同学们,你们觉得这样思考怎么样?
生1:我认为这样思考是正确的,而且不需要拼长方体,很快就能知道有六种。
生2:我觉得他的思考非常有序。
师:老师和你们有同样的想法。那么,在这六方案中,你认为哪种是最好的?
生1 :我认为图6这种是最好的,因为它用的材料最省。
师:“它用的材料最省”,你这话又根据吗?
生1:因为以前在学习长方形面积时我们发现,长河宽越是接近,长方形的周长就越小,所以我想当长方体的长、宽、高越接近,它的表面积就会越小。
师:确实,在长方形面积不变的情况下,长和宽越接近,长方形的周长就越小。可是,现在的情况发生了变化,在长方体中到底有没有类似的规律呢?你的想法仅是一种猜想。
师:我个人认为你敢猜想是好的,但猜想的结果也许是错误的。因为这6个长方体纸箱的表面积可能是相等的。(一石激起千层浪,班级里的同学议论纷纷。)
生1:我们认为老师的说法是不对的,这6个长方体的表面积是不相等的。
师:老师的说法怎么会不对呢?
生:(许多学生)好!你说理由吧。
师:(振振有辞地)这六个长方体纸箱的容积都是24立方分米,你们说对吗?(众生点头)既然它们的容积是相等的,所以,它们的表面积也是相等的,对吗?
生:这——,没道理。因为我们已经算出这6个长方体的表面积:图1的表面积是98平方分米,图2的表面积是76平方分米,图3的表面积是70平方分米,图4的表面积68平方分米,图5的表面积是56 平方分米,图6 的表面积是52平方分米。所以,我们认为图6的表面积最小,从节省材料的角度看,它是最好的方案。(结合学生回答,教师进行板书)
师:其实,老师刚才的想法也仅仅是一种猜想,这一猜想的结果被我们同学用有力的数据实时给否定了。你们还真行!
师:对于“从节省材料的角度出发,设计出最好的方案”这个问题,我们应该怎样思考?
生:先想一共有几种设计方案,再分别计算它们的表面积,最后作出最佳选择。
师:如果所设计的纸箱正好能装下64 个棱长是1分米的小正方体纸盒,请你提供最佳的设计方案。学生思考着新的问题……绝大多数学生在思考着一共有几种方案,再通过计算表面积后选择最好的设计方案;渐渐地,有些学生像发现新大陆似的积极举高着手,情不自禁地边举手边发出“4——、4——、4——”的声音。
师:有些学生很快设计出了最好的方案,请听听他们的介绍。
生1:我认为最好的方案应该是棱长为4分米的正方体纸箱,它用的材料最省。
师:你是先考虑一共有几种不同的设计方案,再计算出他们的表面积后作出这一选择的吗?
生1:不是的。我从前面一个问题设计的六个长方体的表面积计算中发现,长方体体积固定,长方体的长、宽、高越接近,长方体的表面积就越小。
师:是吗?(顺着引导学生对前面的情况进行观察,使学生有具体而生动的认识)
师:你们真行!对刚才的问题,不满足于找到了结果,而是通过观察和思考,又有新的发现。如果能说出其中的道理,那就更了不起!
生2:我能说出理由。我认为,在把小正方体纸盒拼成长方体时,要使长方体的表面积越小,包在中间的小正方体个数应该越多,也就是重叠掉的面应该越多。
结合学生的回答,教师启发学生采用“以小见大”的探究策略,取8个小方块,先后拼成一排、两排和正方体,使学生直观地发现这一想法是正确的,使规律得到验证。
师:同学们,今天,大华纸箱公司的老总也来到了我们的课堂。
话音刚落,许多学生转过头去在寻找着这位老总,小声地问着,老总在哪里?终于,有些学生在用手指着说:老总——潘老师。
师:假设我是公司的老总,对同学们的表现会怎么样?
众生:当然满意!
师:为什么?
生:老总可以赚大钱了。
师:这大钱是搞假冒伪劣赚得的吗?
生:不是的。因为我们设计的纸箱节省材料,降低成本,这样利润就多了。
师:老总非常满意,不仅是因为赚了钱,更是因为发现了一批人才——你们不是书呆子,面对着“设计最好的纸箱”这一问题,自己独立思考,通过有序的思维找出所有的设计方案;为了节省材料,你们又自觉地把问题转化成了计算长方体表面积的问题,很快地作出了最佳的选择;更令老总高兴的是,你们不满足于设计出了用料最省的方案,而且善于观察、思考和发现问题,提出自己的猜测,并进行验证,发现了当长方体体积不变时,长、宽、高越接近,其表面积越小的指示规律。你们是具有探索精神和创新能力的新一代。“人才”比“钱财”更宝贵呀!现在,老总正式宣布:你们都被聘为我公司的设计师。
同学们个个神采飞扬,高兴地笑开了。课后,许多学生围着老师,开玩笑地说:老总,我们的月薪是多少?
问题与思考
(一)课程内容的开放
长期以来,为什么我们的一些学生对数学不感兴趣,感到数学枯燥乏味、抽象难学,有些学生甚至对数学学习产生恐惧的心理?我觉得一个主要的原因:数学离学生的生活太远。我们中的许多数学教师太“尊重”教材,恨不得能将教材“复制”后“粘贴”到学生的头脑中。大多数传统的数学教材是从课本到课本的概念知识体系角度编写的,有些应用题也是人为编造出来的,我们的数学课程内容是比较封闭的。我认为,数学课程内容应该由封闭走向开放,教师和学生也应该是数学教材的创作者,教学过程应该成为教材内容持续生成与转化的过程。这样,才能使我们的数学教材内容更加贴近学生的生活,为学生喜闻乐见;才能使我们的数学教学更好地从学生的身心发展特点出发,切入学生的生活经验和已有知识,设计出富有情趣和意义的活动;才能使学生有更多的机会从周围熟悉的事物中学习和理解数学,体会到数学就在身边,感受到数学的趣味和作用,从而对数学产生亲切感。出于这样的考虑,我设计了这样的问题情景:大华制箱公司最近要设计一种新规格的硬纸箱,你能设计出最好的方案吗?有学生自行为公司设计方案满足了学生展示自我的心理需要,唤起学生的生活经验和已有知识,使学生积极投入这一富有意义的实践探索活动。由于“条件的开放、策略的多样、结论的多变”,给学生以很大的思维空间。在整个设计活动中,教师没有要求学生回答用24个小正方体能拼成多少个不同的长方体,而学生为了能设计出多种不同的长方体纸箱,自发地思考着这个问题;教师没有要求学生计算长方体的表面积,而学生为设计出材料最省的方案而自觉地进行着表面积的计算;教师没有要求学生寻找当长方体体积不变时,长、宽、高怎样变化使长方体的表面积最小的变化规律,而学生在寻找长方体纸箱最小的表面积的观察比较中自己发现了新的知识规律;……学生在整个方案设计活动中切切实实地感受到:数学源于生活,生活充满数学,数学实在有用。这,源于课程内容的开放。
(二)问题空间的开放
我们常说,问题是数学的心脏,问题能给学生的思维以方向,问题能给学生的思维以动力。然而,并不是每个问题都能这样奏效的,其主要的原因是有些问题的空间太小。目前,在相当多的一些数学课中,教师问得太多太细太直,学生不需要进行努力思考就能轻而易举地得出答案,而这样的一些问题往往是封闭的,学生的思维被牵入教师预设的“圈内”,表面上课堂气氛热烈,实际上思维含量很低,学生的主动性、创造性得不到充分发挥。在教学了长方体和正方体的表面积和体积之后,我们往往会出这类题目:一个长方体纸箱,长、宽、高分别是4分米、3分米和2分米,这个纸箱的表面积是多少?它的体积是多少?让学生进行练习。相对来说,这类习题比较封闭,它只需学生套用长方体表面积和体积计算公式就能很快算出答案,而且问题的答案是唯一的。应该承认,这类题目的练习,对巩固有关的基础知识,形成基本技能是有一定帮助的。然而,数学教学的目标不能只局限于“双基”,更重要的是培养学生的创新精神和实践能力,而这种精神和能力的培养决不是由套用公式机械解题所能实现的,因为一味进行这样的训练,学生的思维将会变得僵化。为此,我将这种传统的封闭题改造为“设计一种新纸箱,要求正好能装24个棱长是1分米的小正方体纸盒,请你设计最好的方案”。显然,它是一道非常常规的开放题,要求学生冲破常规思维的束缚,改变原来固有的思维定势,充分展开联想,发挥想象,多角度、全方位地开展探究学习活动,才能解决问题。数学开放题的特点是问题本身的不确定性,它对问题只有原则的要求。这种问题的不确定性,其实蕴涵了多个(甚至是无穷多个)确定性的问题。从这个角度来讲,解题的关键依赖于学生将一个不确定问题转化分解为多个确定性问题来解答。在上题中,所设计的问题是要学生设计最好的方案,至于何谓最好方案是不确定的,学生可以从形状美观、携带方便、节省材料等多角度思考。即便是从节省材料的角度考虑,学生为了设计出材料最省的方案,又必须考虑共有多少种不同的设计,再通过计算其表面积后作出选择。应该说,这样的问题给学生的思维空间是非常大的。但是,有时由于教师不恰当的提问,把原本有很大空间的开放性的问题转化成一个个封闭题。比如,当学生面对着上题中的问题在思考时,教师急不可待地提问:把24 个小正方体纸盒拼成一个长方体,一共有几种不同的拼法?请分别计算出它们的表面积。从节省材料的角度出发,你认为哪个是最好的方案?这样,不确定的问题变成了确定的问题,问题的答案也由多个变成了逶迤,学生思维的空间一下子变得非常窄小,题目所隐含的功能没有得到发挥,因为“将一个不确定问题转化分解为多个确定性问题来解答”的转化过程被教师代替了。只有问题空间开放,才能使学生进行自由的、发散的、富有创造思维。
(三)活动过程的开放
学生作为一种活生生的力量,带着自己的知识、经验、思考、灵感、兴致参与课堂活动,使课堂教学呈现出丰富性、多变性和复杂性。课堂教学不应当是一个封闭系统,也不应拘泥于预先设定的固定不变的程式。要鼓励师生互动中的即兴创造。超越目标预定的要求。在上面的教学中,活动过程的开放性主要体现在:
1、自主活动。对于课中学生设计新纸箱方案的活动,教师曾经想发给每个学生24个小方块,以便于学生通过搭拼长方体的操作活动自行设计方案,这样,对“一共有几种不同设计方案”这一结论的得出是有效的,但是,将会降低学生的学习水平,使得一部分学生失去空间想象的机会,更主要的是学生的活动缺乏自主性。为了让处于不同思维水平的学生都能参与到设计方案的活动中来,为了让学生能从自己的实际激发,用自己的思维方式自由自在地进行设计,教师改变原有的想法,对学生说::“在你们的桌上放着几袋小方块,你可以利用小方块帮着设计,你觉得不必用小方块的,那当然也可以。”这样,就给学生自由选择的机会,能让学生自主探索。事实上,学生的活动是多样的:有的借助小方块在搭拼着不同形状的长方体;有的在纸上画着不同形状的长方体立体图,同样是画长方体立体图,表示的方法也不相同:有的在图中画出一个个的小方块,有的只是标出它的长宽高;有的学生全凭着自己的的想象力在纸上写出各种不同长方体的长宽高;还有的学生是用把24分解成三个整数相乘的形式在设计着;特别地,有学生设计出手提式的纸箱,新颖独特。学生的活动是自主开放的,自主开放的活动是鲜活生动、富有个性和创造性地,学生的创造潜能在这样的活动中得到发挥和展示。
2、探究活动。如果学生所接触到的只是一些看似确定无疑的、不存在任何对立与冲突的“客观真理”,学生在经历了数学过程后,只是熟悉了一些现成的结论并形成对这些结论确信无疑的心向,那么这种教学的功能就没有达到对个性的发展和解放。让学生进行探究活动,就是要让学生不仅掌握知识,而且去思考知识、借问知识、评判知识、创新知识。在上面的教学中,当学生经过自己的探索及小组的交流,设计出六种不同形状的长方体纸箱时,教师没有因此满足,而是提问:你们凭什么说一共只有这六种呢?教师的提问引起学生对结论的深入思考:有的学生用枚举法探究着,也有的学生思考着拼成一层的、两层的、三层的等各有几个,通过分类进行有序思维。尽管结论还是六中,但这种诘问知识的探究活动有利于培养学生思维的深刻性和批判性。又如,在学生通过对六种不同长方体纸箱表面积的计算,得出长、宽、高分别是4分米、3分米和2分米的长方体纸箱的用料最省后,教师提问:对于“从节省材料的角度出发,设计出最好的方案”这个问题,我们应该怎样思考?引导学生关注解决问题的思维策略。在学生“先想一共有几种设计方案,再分别计算出它们的表面积,最后选择”后,教师给予了肯定,并紧接着将设计要求改成“正好装下64个棱长1分米的小正方体纸盒”,让学生设计用料最省的方案。就在大多数学生用上面的策略在寻找最佳方案时,有部分学生已经从前题的答案中发现了规律。在让学生充分展示自己的想法后,教师进一步激励道:如果能对自己的新发展作出验证,那就更了不起!使学生进一步对自己的猜测去探个究竟、弄个明白。学生经过自己的探究,发现了知识规律,创造性地解决了问题,不仅智慧能力得到发展,而且获得了深层次的情感体验。
3、合作活动。由于班级学生之间存在着各种差异,由于学习内容(所要解决的问题)是开放的,由于学生的学习活动是独立自主的,因此,面对同样的问题学生中会出现各种各样的思维方式,产生各种不同的结果,有些甚至是出乎意料的。教师让学生在独立自主基础上进行合作,能为学生提供更多参与交流讨论的机会,能满足学生充分展示自我的心理需要。同时,通过生生互动,使学生看到问题的不同侧面,对自己和他人的观点进行反思和批判,从而建构起新的更深层次的理解。上面的教学中,教师在学生独立设计新纸箱方案后,组织学生交流各自的思考方法及过程,从中得到启发,开拓思路;在学生设计出能装24个小方盒的用料最省的纸箱后,让学生交流讨论,思维发生碰撞,产生创造的火花。活动过程的开放,也许会影响某些课时的教学进度或教学任务。但是,用发展的眼光来看这个问题,课堂教学最重要的是培养学生自主学习能 力和创新素质,这样的学生才有发展后劲。
我们说,数学课堂教学应该关注在生长、成长中的学生的整个生命。对智慧没有挑战性的课堂教学是不具有生成性;没有生命气息的课堂教学也不具有生成性。开放,能向学生提出智慧的挑战;开放,能使课堂充满活力。
(摘录文章时,我在想其他的事,睁大眼和睁只眼闭只眼,家庭!)
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