追寻竖式之“源” 明晰运算之“理”

吴泰柏
创建于2023-06-11
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追寻竖式之“源”    明晰运算之“理”

——《有余数的除法竖式》教学赏析

曲靖市第二小学  吴泰柏

一、教学内容

人教版小学数学二年级下册第六单元例3。

二、课标解读

《义务教育数学课程标准(2022版)》第一学段的“内容要求”板块里,“数与运算”主题下的要求是“探索乘法和除法的算理与算法,会简单的整数乘除法”简短的要求里,明确提出了“算理”与“算法”并重,并且以“探索”的方式开展学习活动。“在解决生活情境问题的过程中,体会数和运算的意义,形成初步的符号意识、数感、运算能力和推理意识。”以解决问题为载体,依据运算的意义选择合适的运算,并在解决问题的过程中发展核心素养。
基于课标要求,教学设计时应需要考虑:除法竖式的算理是怎样的;设计什么学习活动;帮助学生探索算理;如何以运算的意义为纽带沟通数学运算与生活的联系等关键问题。

三、教材分析

在日常生活中平均分物时,结果包含两种情况:一种是恰好分完的情况,表内除法涉及的就是这样的内容;一种是平均分后还有剩余的情况,这是有余数的除法要研究的内容。
从学习的角度看,“有余数的除法”是表内除法知识的延伸和拓展。对除法竖式来讲是起始课,更是种子课。有余数的除法是今后继续学习一位数除多位数等除法的重要基础,学好这节课的知识,可以为学生后面学习例4的“试商”做好铺垫,帮助学生更好地理解算理,掌握算法。

四、学情分析

对二年级的学生来说,在生活中平均分的经历很多,也肯定遇到过平均分完还有剩余的情况,可以说孩子们对这一知识的生活经验很丰富,但只有经历是不够的,我们还要把经历转化成理论知识,这一点是学生比较缺乏的。
其次除法竖式的书写格式及加、减法的竖式在格式上不一样,这对二年级的孩子们来说是一个全新的内容。学生列除法竖式时,可能会受到了加法、减法竖式的负迁移的影响,或许还有一小部分学生虽然写出了“厂”号,但从表达形式上看,学生可能见过除法竖式并没有理解除法竖式各部分的含义。

五、教学目标

1.通过操作、观察、对比等活动,学生发现日常生活中在分物时存在着分不完有剩余的情况,借此理解余数及有余数的除法的含义,初步培养学生全面思考问题的意识。
2.通过操作、计算、比较等活动,学生经历除法竖式(含表内除法的竖式)的书写过程,理解竖式中每个数所表示的含义,初步培养学生的观察、分析能力以及恰当地进行数学表达的能力。
3.初步掌握试商的基本方法,并能较熟练地进行有余数的除法的口算和笔算,培养学生的运算能力。

六、教学重难点

借助操作过程写出横式,根据横式算理写出竖式,并进行横式竖式的对比,让学生理解有余数除法的竖式的书写方法,理解竖式中每个数的含义。

七、教学过程

(一)直入主题,认识有余数的除法竖式

1.看课题提疑问

师:看到课题你想到什么?

2.通过操作、交流,认识除法算式中各部分之间的关系

师:同学们,前面我们学习了有余数的除法算式,知道了算式中的除数和余数的关系:余数比除数小。今天我们来学习除法算式的另一种表现形式。
(板书):有余数的除法竖式
课件出示:13根小棒,每4根摆一个正方形,结果怎样?
师:请同学们认真读题,说说你知道了什么,再拿出你的小棒动手分一分,并把算式写出来。
引导学生先说后分,再写算式,并让2名学生上台展示分的过程。
教师巡视,指导操作中有困难的学生,点评板演情况。
教师再引导学生完整地说一说自己分小棒的操作过程:
追问:先怎么做?再怎么做?可以放几组?还剩几根?
(先拿出13根小棒,再每4根放在一起,分成了3组,还剩1根。)
教师根据学生的操作、回答,在黑板上画13根小棒,把每4根小棒圈在一起,圈了3组,还剩1根,同时引导学生观察课本中的实物图。

3.用横式记录写出分小棒的算式。

板书:13÷4=3(组)……1(根)
师:现在请同学们根据刚才的操作过程,认真思考。
横式中13÷4=3……1每个算式表示的是什么意思?
学生通过操作、回答、交流......
4.进一步掌握除法算式中各部分的名称以及它们之间的关系。
师:我们摆小棒的过程和算式的书写过程中哪些相同?
哪些不同?
它们都分别表示什么?
师:刚才同学们用摆小棒的形式表达了平均分13根小棒,老师在黑板上用画的方式表达了平均分13根小棒,同学们还列出了平均分13根小棒的除法算式:“13÷4=3(组)……1(根)”,像这样的除法算式我们叫它横式。

【赏析:通过对加减法竖式以及有余数的除法相关知识的回顾,根据情境能列出横式理解算理,便于后续理解除法竖式中各部分的意义,深入理解竖式的写法。】

(二)借助教材,引导学生认识除法竖式

1.根据横式,尝试写出竖式

师:其实,除法也可以写成竖式,你能写13÷4=3……1的竖式吗?请同学们动手写一写。
(受加、减法和乘法竖式负迁移的影响,学生有可能写成: 13的形式,教师应做一定的引导。)                       ÷4
教师巡视,并引导学生观察教材中“13÷4=3……1”的竖式。

2.明晰除法竖式中各部分的含义

师:竖式中的每个数字都有名字,你知道它们都叫什么?
引导学生认识竖式中各部分的名称并了解每个数字的含义。
师:竖式中的“13”表示什么?
“4”表示什么?
“3”表示什么?
“12”表示什么?
“1”表示什么?
教师重点引导学生根据上面的提问,理解12是4和3的乘积,也就是除数和商的积。

【赏析:借助实物操作,通过与横式的对比,了解有余数除法竖式的写法,知道除法竖式各部分的名称,让学生对照操作过程,对照竖式,理解除法竖式中各部分所表示的意义。】

(三)动手操作,掌握除法竖式的写法

1.初步感知。

教师对照平均分小棒的操作过程,一边分小棒,一边 写一写除法竖式,让学生跟随老师一起边分、边说、边写。
板书提问:“竖式中的除号”表示什么意思?
“13”“4”分别表示什么意思?
(被除数“13”表示13根小棒,除数“4”表示每4根分一组;“13÷4”表示13根小棒,每4根分一组。)

2.操作体验。

请同学们再把13根小棒按照每4根分一组的要求,重新分一分。
师:分的结果怎样?(可以分成3组)
师:这个“3”应写在哪儿?(个位上)
教师简要说一说“3”为什么要写在个位上。
师:请同学们认真想一想,看谁能完整地说一说“13÷4”所表示的意思?(13根小棒,每4根分一组,可以分成3组。)

师:谁能边分边说说竖式“13除以4”中每一个数的含义?

(教师根据学生的回答情况,再次说明除法算式中每个数所表示的意思。)

师再次反问:要分几根小棒?(13根)
追问:我们已经分掉了几根?(12根)
你从哪里知道已经分掉了12根?
引导学生再次体会操作过程:刚才把13根小棒每4根分一组,分成了3组,3个4根就是12根。
师:我们可以用什么方法来计算?怎样算?
(用“商×除数”的方法即:3×4的积是12。)
追问:这个“12”要写吗?如果要写应写在哪里?它表示什么意思?(教师根据学生的回答在相应的地方板书:“12”。)
师:我们画一条“———”来表示按要求分了一次。
(教师 在竖式相应的地方画上“———”,并说明这里的横线表示按 要求分了一次,它和减法竖式里横线的意思相同。)
师:要分13根小棒,已经分掉了12根,还剩多少根?你是怎么知道的?
(13根减去分掉的12根,还剩1根,即:13 - 12)
师:这个“1”要写吗?如果要写应写在哪里?它表示什么?
(教师根据学生的回答,板书:1。)

3.反复比较,理清竖式的写法

师:同学们,刚才我们一边分小棒一边写出了这道题的两种除法算式。现在请同学们再认真想一想,我们刚才是怎样分小棒的?又是怎样写出它的横式和竖式的?横式和竖式中每个数分别表示什么?
(学生思考后,教师提问:如“12”表示什么?……)
师:今天我们学习的有余数的除法竖式和前面学习的

有余数除法的口算(横式),在表示方法上有什么相同的地方?有什么不同的地方?

【赏析:通过边分小棒边写算式这种对应的学习过程,帮助学生在直观操作的基础上理解除法竖式中每个数的含义,采用操作、对比、交流,再操作、再对比、再交流的方式,把新旧知识有机地结合起来,有利于学生突破知识上的局限;通过两种算式的对比,可以加深对有余数除法的不同表现形式的理解,为今后进一步学习除法算式的写法夯实基础。】

(四)迁移类推,理解表内除法的竖式

课件出示:如果有16根小棒,每4根分一组,结果会怎样?
师:请同学们自己分一分、写一写,看谁写得又对又好。
学生活动,教师巡视,观察了解学生解决问题的基本思路和操作方法,选择典型案例进行点评。
讨论:
① 16÷4的竖式怎么写?“4)16”的意思是什么?
②竖式“4)16”中两个“16”的意思相同吗?如果不同,它们分别表示什么?
③16÷4与13÷4的两道除法竖式有什么相同和不同的地方?
④当分完没有余数的时候,余数要表示吗?我们应该用什么表示?(要表示,用“0”表示。)
⑤这个“0”应写在什么地方?

【赏析:让学生借助操作,自主探索表内除法竖式的写法,通过对操作过程、横式与横式、横式与竖式、竖式与竖式来加深学生对除法竖式的理解,掌握算法,提高辨析能力。让学生通过操作活动、语言表达、横式书写、竖式书写之间的转换,加深理解,使学生初步感受到表内除法是有余数除法的特殊情况。】

(五)数学史与数学文化融入课堂,介绍除法竖式的演变过程

【赏析:纵观千余年的历史,除法符号经历了若干次演变,才成为今天的形式。首先竖式是笔算的工具,其作用是减轻计算过程中的思维负担。除法竖式实际上来源于减法,其本质是从被除数中逐次减去除数的倍数,最后将减去的次数统计出来就是除法的结果。因此在除法竖式的教学中首先应当建立除法与减法的联系,而后从减法竖式引出除法竖式的学习。其次除法竖式的表现形式为程序性的运算,要让学生经历从实物操作到数学计算的过程,弄清竖式中隐含的算理,并领悟学习除法竖式的便捷性。】

(六)变式运用,明晰除法竖式算理

【赏析:让学生根据除数的大小,判断出余数可以是哪些数,从而确定被除数是几。除法竖式谜是沟通除法各部分之间的关系,以此来考察学生的数量关系的运用;验算能力;推理能力。促进学生数学素养的全面提高。】

八、观课一得

  《有余数的除法竖式》教材编写者先安排表内除法竖式,再教学有余数的除法竖式,其目的是遵循由易到难,分散难点,逐层突破的原则。编者认为表内除法的商与除法相乘的积刚好等于被除数,所求口诀中的积就是被除数,而有余数除法中商与除数的乘积小于被除数,其难度要强于前者,不利于知识难点的突破。其实这只是编者主观的臆断,根据笔者以往教学反馈情况来看,由于大部分学生不理解算理和除法竖式的特殊形式,错误的认为被除数是多少,下面的乘积也是多少,上下两个数应该相同,并把这种错误的认知推广至有余数除法的竖式计算,出现了依葫芦画瓢的现象。甚至有部分学生认为求商和除数的乘积这步计算是多余的,因为当正好分完时,被除数、除数和商已经把平均分小棒的结果准确、完整地表达出来了。这是首因效应带来的“副作用”,笔者适当调整一下教学顺序就能有效避免上述错误现象的产生。

  如果先教学有余数的除法竖式,再放手让学生自主尝试解决表内除法的竖式计算,通过对比使学生清醒认识到如果没有分完,那么商和除数的乘积就小于被除数,只有正好分完的时候乘积才与被除数相同。而且正因为乘积小于被除数,最后相减后才有余数,而正好分完被除数和乘积相同,相减后得数为0,则说明没有余数。小学生因为生理、心理的特点,有意注意的时间一般不会持久。先教学有余数的竖式,有利于学生在注意力最集中的时候全神贯注突破难点知识的学习和掌握。反之,如果先教学表内除法竖式,再来学习有余数除法竖式,可能部分学生的注意力已经涣散了,这样学习效果将大打折扣。

   同时,要想让学生在有意义理解的基础上建构竖式计算的算理和算法,除了要引导学生把操作过程和计算步骤建立有机的联系外,至少还要让学生部分参与竖式结构的生成过程。让学生在讨论、碰撞、交流、协商中自主感悟、体验这种特殊结构的合理性和简洁性。上述案例中有余数除法竖式生成的过程不是一帆风顺的,而是学生在不断矛盾冲突中调整、完善、重构以至趋于合理和认同的过程。起初学生根据旧有经验把商写在被除数的下面,当计算出分掉的小棒数量时,发现这样布局有矛盾,需要适时调整原先各数的位置关系,使旁观者也能一目了然,准确无误表达出平均分小棒的操作过程和结果。在这一过程学生不是旁观者,而是主动参与者和协商者。教师放手让学生自己讨论交流,正是出于对学生主体地位信任和尊重,学生的主观能动性得到充分的发挥。由于竖式结构是全体成员共同协商和制定的智慧结晶,当然能被学生接受和悦纳,所以在后续的学习过程也就不会出现依葫芦画瓢的现象。

《义务教育数学课程标准(2022版)》明确提出要培养学生的运算能力,而运算能力的形成是建立在算理的理解和计算法则掌握的基础之上。学生的计算技能需要经过有理有据、熟练计算、灵活选择三个阶段。只有明晰了算理,明确了计算方法,才能有助于学生计算能力的形成和提高。除法竖式计算规则,看似一种人为规定。然而这种规定背后隐藏某种必然的缘由,而教师需要做的就是引导学生挖掘并展现出其合理因素,让学生觉得数学是“讲道理”,而不是一味示范和讲解。本节课中除法竖式计算过程映射的生活原型就是学生分小棒的操作过程,只有学生理解这个竖式结构中每一部分数量的实际意义以及它们之间的联系,才能弄懂算理、掌握算法。案例中教师引导学生不停的在竖式计算和操作过程之间来回穿梭,当学生讲清楚竖式中被除数、除数、商、乘积和余数实际意义的时候,算理和计算方法已经不言自明了。这时计算过程就是对操作过程的符号化提炼,学生对数和数量关系的理解不是停留于外在的模糊认知,而是内在意义的深刻理解。以至于后面遇到除法竖式谜的题目时,绝大数学生能根据本节课有意义的构建,采用还原法,逆向思维,求出被除数。

九、课例重构

  小学阶段学生学习除法竖式计算要经历:“表内除法”“多位数除以一位数或两位数”“小数除法”等几个不同阶段,纵观本节课,“除法竖式计算”表现为一种程序性的运算形式,若学生仅靠模仿操练,他们的理解不够深刻,那么在变式练习时势必会出现各种错误。基于此,教师如何更好的优化教学设计,更好地突破教学难点,帮助学生真正掌握基本“除法竖式计算”技能,并能在此基础上构建“除法竖式计算”的算理和算法。

(一)巧借减法竖式,探寻除法竖式之“源”

众所周知,除法是连减的简便计算,那么除法就是减法的一种简化方法,除法竖式也应从减法竖式演变而来。笔者查阅相关资料发现,数学史研究表明除法竖式历经“千余年的历史,经过了若干次的演变,才形成今天的形式”。减法竖式可能是其最早的源头之一,如21÷7=3的罗马数字竖式就如图1所示。
(图1)    (图2)
从上图中的竖式看出,它来自除法意义的自然建构,而现代除法竖式则可能源于求减的需要,是有效整合乘法后的升级算法。那么我们的除法竖式是否也可以巧借减法竖式,据此激发学生的求减需要,体验算法的升级魅力,感悟数学知识合乎逻辑的自然生长,进而促进对除法竖式内在规定性的深刻理解,实现对自身不合理建构的自我否定,走进真正有意义的接受学习。
基于此,笔者对课例进行重构。首先,让学生经历自主尝试写“除法竖式”的过程,课堂中展示学生们所写的不同竖式方法,进而引发学生思考:什么样的“除法竖式”才是正确的呢?除法竖式为什么这样写呢?
接着,借助“分图”和相应的连减竖式来记录分的过程和结果,如图2所示。这时继续追问:所得的商是不是“0”呢?显然不是,而是“4”被分掉的次数,因此我们要把分掉的次数也记录下来,通过以上借助减法竖式计算的过程,让学生了解除法竖式的演变,建立与减法竖式的联系,自然引导学生思考所学知识的内在关联,追寻除法竖式之“源”,这种减法多维升级而成的认知结构,显然更具有张力。

(二)展示简化竖式,构建除法竖式之“形”

学生对于除法竖式的本质有了一定了解以后,接着进行“除法竖式计算”教学。可以直接向学生介绍现在的除法竖式已经不像以前那样复杂,数学家们已经进行了简化。
通过几组竖式的对比展示,使式与图即时整合,进一步加深对标准式的理解,有效地促进了不合理结构的自主建构。这时继续追问:竖式中的两个“12”表示的意思一样吗?显然是不一样的,被除数“12”表示一共有12个苹果,下面的“12”表示被分掉了12个苹果。再次结合苹果图解读除法竖式中每个数的含义,通过以上展示简化竖式的书写过程,让除法与其他运算方法得以沟通协调,让算法的创造和优化得以体现,帮助学生全面理清了标准竖式内在的价值和意义。学生更自然地自主建构除法竖式的标准化形式,结合实际情境帮助学生理解除法竖式中每一个数所表示的含义,深化对除法竖式的理解。

(三)引导总结算法,明晰除法竖式之“理”

明确了除法竖式的标准化形式以后,引导学生总结归纳“除法竖式计算”的一般方法,学生可以自主小结,最终明确算法:一商,二乘,三减,四落。并且弄清除法竖式中为什么需要乘法和减法参与进来,乘法是为了记录一共分掉的数,而减法是为了计算分完后剩余的数,并再次强化除法竖式的规范化书写格式,需要注意的地方:商和余数应与个位对齐;不管是否整除,除法竖式都要写完整;整除时横式的得数就是商没有余数。除法竖式虽说是一种数学规定,但这种规定并非数学家的主观意向,而是一种知识内部合乎逻辑推演的结果。已有的研究成功已经能启迪一种有价值的重建——除法竖式与减法竖式同源,与除法意义同根,与所有竖式同质。重建历程使除法的竖式计算找到了一些相对原始的算理,进而使得除法竖式复杂的表象背后所蕴含的多维关系结构得以显现,新旧知识之间“非人为”的联系得以建立,深层次的算理得以升华。

基于以上课例重构,引导学生挖掘除法竖式的根源,了解除法竖式是如何简便而来,以及除法竖式结构中每一部分数量的实际意义和它们之间的联系,根植于减法的除法竖式计算教学从根本上改善了机械学习的模仿状况,提升了学生学习的能力和效果,让学生真正掌握算法,明晰算理。

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