從學科核心素養(yǎng)看小學數(shù)學運算能力培養(yǎng)

葉育新

【編者按】小學階段，運算始終是數(shù)學學習的主旋律，相關(guān)數(shù)學知識的展開都圍繞著它進行。運算不等同于計算，讓學生學會計算僅是淺層次的要求，我們更應該讓學生理解計算背后的算理，能根據(jù)題目條件尋求合理、簡潔的運算途徑來解決問題。那么，如何在教學中有意識地培養(yǎng)學生的運算能力呢？本期話題讓我們一起來探討。

要從立德樹人的角度重新認識數(shù)學運算能力在學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)中的地位和價值，就不能把運算能力簡單等同于計算技能。應充分重視運算過程的育人功能，從教材編排體系入手，系統(tǒng)研究，整體把握不同階段的能力訓練點，逐步推進，培養(yǎng)學生的運算能力。

一、起始階段：應避免算理和算法的脫節(jié)

1. 案例描述。

“兩位數(shù)除以一位數(shù)”筆算除法是人教版三下的內(nèi)容，也是小學生在二下學習有余數(shù)除法后再次學習用豎式計算。某教師在上這節(jié)課時，先讓學生觀察主題圖，并出示例題1，學生都能列出算式42÷2，且大都能匯報口算思路。教師便讓學生擺小棒，然后嘗試寫出豎式。課堂上出現(xiàn)了兩種不同的豎式（右圖）。當教師讓學生選擇自己喜歡的豎式時，有部分學生選擇了右邊的豎式，認為其書寫比較簡潔。

2. 原因分析。

筆者認為，豎式是操作的反映。豎式分層計算應讓學生體會的算理是：兩次分小棒的操作對應不同計數(shù)單位的等分（先幾個十等分，再幾個一等分）。第二種豎式之所以出現(xiàn)，是因為在操作前，學生根據(jù)口算思路已經(jīng)知道計算的結(jié)果了，在列豎式時便按照結(jié)果來列式，看似掌握了算法，卻與操作小棒的具體過程脫節(jié)，不能反映真正的算理，也不利于后續(xù)例題52÷2的豎式書寫學習，應及時予以糾正。

3. 改進建議。

在列出算式后可以先讓學生猜結(jié)果，然后用擺小棒的方式驗證結(jié)果，接下來就可以讓學生用算式表達擺小棒的過程，并解釋這個算式的合理性。可以設置三個結(jié)構(gòu)化的問題：（1）怎樣擺小棒求出算式的結(jié)果？（2）你會用豎式表示擺小棒的過程嗎？（3）哪個算式能更好地解釋擺小棒的過程？

教師的提問不應拘泥于讓學生選擇喜歡的豎式，而應強調(diào)豎式與小棒操作過程相對應。從具體操作到豎式表達，這是一個數(shù)學化的過程，也是一個思考外化的過程。

三下第二單元“除數(shù)是一位數(shù)的除法”和第四單元“兩位數(shù)乘兩位數(shù)”，分別安排了筆算除法和筆算乘法的豎式計算，在例題中分別配套了擺小棒和點陣圖的操作與觀察活動。在此之前，二下第六單元“有余數(shù)的除法”、三上第六單元“多位數(shù)乘一位數(shù)的筆算乘法”也都配套了擺小棒的操作來凸顯算理。教師應予以充分重視，豎式與操作過程要對應起來，有效溝通算法和算理的關(guān)系。只有學生在理解算理的基礎上掌握算法，才能為培養(yǎng)學生運算能力奠定基礎。

二、發(fā)展階段：可根據(jù)教材結(jié)構(gòu)合理補充

1. 四下“運算定律”補充建議。

在四下“運算定律”的學習中，學生結(jié)合實際問題情境依次學習了加法交換律、結(jié)合律，以及乘法交換律、結(jié)合律、分配律。學生對運算律雖有了直觀感性的了解，但對運算律的抽象認識不足，不能很好地從內(nèi)涵方面理解運算律，把握其本質(zhì)特征與區(qū)別，這是造成小學生運算能力低下的重要原因之一。因此，有必要在第四單元結(jié)束前安排一節(jié)練習課，對運算律進行對比。

（1）第一層次，相同點比較。加法中有交換律，乘法中也有交換律。加法中有結(jié)合律，乘法中也有結(jié)合律。

（2）第二層次，不同點對比。交換律和結(jié)合律：交換律是交換位置，而結(jié)合律是不改變位置，改變的是運算順序。結(jié)合律和分配律：無論加法結(jié)合律還是乘法結(jié)合律都是同級運算，括號外的數(shù)和括號內(nèi)一個符合運算特征的數(shù)先相加或相乘，而乘法分配律包含兩種運算，強調(diào)括號外的數(shù)和括號內(nèi)的每一個數(shù)分別相乘，缺一不可。

（3）第三層次，正確加括號和脫括號。在運算過程中，有時候需要加括號或脫括號，要先看括號前面的運算符號，如果括號前是加號或乘號，則加括號或脫括號后，原來的運算符號不變。如果括號前是減號或除號，則加括號或脫括號后，原來的運算符號要變號。

2. 五上“簡易方程”補充建議。

在五上“簡易方程”這一單元中，學生既要學會用抽象的符號表示運算律和運算性質(zhì)，又要在解稍復雜方程的過程中采用多種策略，如把兩步運算的結(jié)果看成一個整體，乘法分配律的分合使用等。由于這階段學生的思維正處于具體形象思維向抽象思維發(fā)展的過程中，很多學生不習慣用抽象的符號進行數(shù)學思考，也是第一次在計算中面對數(shù)字和未知數(shù)x混合運算的情況，容易使一些學生感到難度較大。因此，有必要在本單元的例題教學中強化不同算法的對比，以便學生對稍復雜的方程運算技巧加以掌握。

（1）在解決P69例5：2（x-16）=8的運算中，要求學生既要掌握把2（x-16）看成一個整體進行同除的策略，又要學會把2和（x-16）里的數(shù)分別相乘的策略。

（2）在解決P77例3：2x+2？郾8×2=10？郾4的運算中，要求學生既要學會先算2.8×2的方法，又要學會觀察數(shù)字特征，應用乘法分配律把原方程提煉轉(zhuǎn)化為（x+2.8）×2=10.4，再應用等式性質(zhì)進行同除運算。

（3）在解決P78例4：x+2？郾4x=5？郾1，P79例5：0？郾25x+0.2x=4？郾5的運算中，要讓學生觀察并思考，可以運用什么運算定律對方程進行變形，它們有什么共同點。

乘法分配律一直是學生學習的難點，上述三個方面圍繞著加括號和脫括號，其實本質(zhì)上都是乘法分配律的應用和變式。教師可以在本單元結(jié)束前安排這些運算類型的專項訓練和對比練習課，讓學生有更充分的感知。

三、應用階段：注意提升運算的思維層次

1. 優(yōu)化算法：烙餅問題中的深度學習。

烙餅問題是人教版四上“數(shù)學廣角——優(yōu)化”例2的內(nèi)容。根據(jù)“每次最多只能烙2張餅，兩面都要烙，每面3分鐘”的規(guī)則，教材通過模擬操作，讓學生體會烙餅過程中兩種不同烙法（同時烙和交替烙）的時間計數(shù)方法，重點讓學生理解交替烙如何節(jié)約時間的原理，進而得出根據(jù)餅的總數(shù)合理選擇不同的烙法或進行組合，實現(xiàn)時間的優(yōu)化。烙餅問題蘊含的優(yōu)化思想首先體現(xiàn)為3張餅交替烙，可以節(jié)約3分鐘，這是第一層次的優(yōu)化。如果從問題解決的角度分析，不難發(fā)現(xiàn)，無論烙幾張餅，其實都是2張餅（烙2次6分鐘）和3張餅（烙3次9分鐘）的方法組合，在此基礎上可以實現(xiàn)第二層次的優(yōu)化。

如果從運算的角度來看烙餅問題中的時間計數(shù)，我們可以在具體操作的基礎上進行抽象，并推理思考。如：既然每面要烙3分鐘，這個3分鐘不受正反面區(qū)別的影響，我們只要想1張餅有2個面，也就意味著1張餅可以先切成正反面，放滿鍋底，1次就可以烙好，同理7張餅有7個正面7個反面，一共14個面，每次烙2個面，共需烙7次，12張餅需要烙12次，33張需要烙33次……這樣，無論烙幾張餅，烙餅的次數(shù)都等于餅的數(shù)量，只要把餅的數(shù)量乘以3分鐘（3n，n≥2）就可以實現(xiàn)算法的簡化和優(yōu)化。這是第三層次的優(yōu)化。上述三個層次可以看成深度學習的過程，其中第三層次的優(yōu)化屬于算法的優(yōu)化，這里的運算思維體現(xiàn)為抽象、推理和建模。

2. 把握本質(zhì)：雞兔同籠中的算法共性。

雞兔同籠問題是人教版四下“數(shù)學廣角”的學習內(nèi)容。教材中介紹了表格法、假設法以及抬腿法三種比較有代表性的解法。其算法的共性本質(zhì)都是推理。

表格法分別有逐一列表法、取中列表法、跳躍列表法三種不同能力要求。列表的過程實際上就是一個發(fā)現(xiàn)、總結(jié)規(guī)律的過程。假設法無論是設雞求兔（雞8只兔0只），還是設兔求雞（雞0只兔8只），其實都是對應著表格法中的極端情況。根據(jù)假設，按照1只兔比1只雞多2只腳的法則進行調(diào)整，其實就是一個推理過程。當然，在高年級還可以用方程法來解決雞兔同籠問題，但從思維的本質(zhì)來看，還是屬于一種在假設基礎上的推理。課后閱讀資料中介紹的抬腿法，其實也是基于雞和兔腳數(shù)各變成一半的前提下進行的演繹推理。

從這個例子不難看出，運算過程的核心思維就是推理，而推理就是三大基本數(shù)學思想之一，也是學生數(shù)學學科核心素養(yǎng)的重要培養(yǎng)目標。

3. 建構(gòu)模型：連點成線中的數(shù)學模型。

連點成線問題出現(xiàn)在人教版六下總復習單元的“數(shù)學思考”例1中，教材讓學生通過有序操作和觀察，發(fā)現(xiàn)增加的點數(shù)和增加的線段數(shù)之間的規(guī)律，從2個點開始，到3個點、4個點、5個點、6個點、8個點，依次用1+2+3+4（5個點）等自然數(shù)連加的算式表示線段數(shù)，在此基礎上引導學生根據(jù)規(guī)律拓展到12個點、20個點及n個點所連的線段數(shù)。

筆者認為，就計算方法而言，讓學生計算形如1+2+3+…+11，1+2+3+…+19或1+2+3+…+（n-1）等算式，比較煩瑣，似乎超越了大部分學生的能力要求。因此，有必要對這些算式進行優(yōu)化，提煉出數(shù)學模型。這個過程需要改變學生的思考策略。在經(jīng)歷了操作畫圖的基礎上，教師可以引導學生進行這樣的推理思考：6個點，每個點都可以和自身以外的5個點相連，組成30條線段，扣除重復的一半，剩下15條線段;同理，8個點，每個點都可以和自身以外的7個點相連，組成56條線段，扣除重復的一半，剩下28條線段，以此類推，若有n個點，每個點都可以與除自身以外的n-1個點相連，組成n（n-1）條線段，扣除重復的一半，剩下的線段數(shù)為n（n-1）÷2，這就是連點成線問題的數(shù)學模型，是對1+2+3+…+（n-1）這個算式的在更高思維層次的概括。

實際上，人教版六下教材安排了多處滲透規(guī)律運算的建模能力培養(yǎng)內(nèi)容，如P100的“做一做”，讓學生觀察有規(guī)律的圖形求棋子總數(shù)，最后提出第n幅圖有多少個棋子，就是在滲透平方數(shù)的模型。而P103第2題讓學生通過擺三角形，找規(guī)律，求共用多少根小棒，最后求擺第n個圖形需要用多少根小棒，其實就是讓學生體會3+（n-1）×2和1+2n兩個數(shù)學模型，經(jīng)過計算簡化，不難發(fā)現(xiàn)，這兩個模型本質(zhì)上是相同的，后者是前者的優(yōu)化。同理，P103第4題在讓學生觀察多邊形邊數(shù)與內(nèi)割三角形個數(shù)的關(guān)系后，讓他們在九邊形內(nèi)角和的基礎上推理一個n邊形的內(nèi)角和是多少度，就是讓學生嘗試歸納出數(shù)學模型：180×（n-2）。

從上述例子可以看出，用n來表示個數(shù)，本身就是對數(shù)字的抽象，在推理的基礎上得到一般性的規(guī)律，并形成數(shù)學模型，這是在數(shù)學運算過程中最有價值的學科能力培養(yǎng)。

4. 綜合應用：解決問題中的運算能力。

《義務教育數(shù)學課程標準（2011年版）》在運算能力的表述中強調(diào)尋求合理簡潔的運算途徑解決問題，筆者認為，運算能力貫穿于解決問題的全過程，和數(shù)感、符號意識、推理能力、模型思想、應用意識、創(chuàng)新意識等都是密切相關(guān)的。培養(yǎng)運算能力不但要求學生理解算理、掌握算法，還要學會重視思維提升，優(yōu)化算法，運用不同的運算策略解決實際問題，在解決問題的過程中促進運算能力的培養(yǎng)。

筆者認為，運算能力的最高要求就是解決問題。從小學數(shù)學教材沿革的發(fā)展脈絡來看，計算部分的編排曾經(jīng)經(jīng)歷了先學習計算，后學習應用題（課改前編排的特點），慢慢過渡到計算融于實際問題解決的過程（課改后的編排特點），即運算的學習往往伴隨著實際問題的情境展開，產(chǎn)生解決問題的需要，通過分析思考，列出算式，用計算求解。這既符合兒童學習的特點，也體現(xiàn)了算用歸一的教學理念。

（作者單位：福建省福州市鼓樓區(qū)教師進修學校）