中小学生“代数思维”的启蒙与入门训练

中小学生“代数思维”的启蒙与入门训练

首页角色扮演少年姜子牙更新时间:2024-04-25

代数思维有多重要?法国著名思想家、数学家笛卡尔说,“所有的数学问题都可以转化成代数问题”。可以说,没有代数思维,就不会产生现代数学。

许多人对代数和算术、数学这些概念的理解并不是很清晰,因此,也不重视代数思维的培养。导致一些孩子在低年级“算术”阶段表现很优秀,但切入复杂的代数数学时,思维模式迟迟不能“转换车道”,严重影响学习效果。

首先我们需要论述一下代数思维的概念:代数是研究数、数量、关系、结构与代数方程(组)的通用解法及其性质的数学分支。

数学的起源是从算术开始的,应该说算术是代数的基础,但是代数起源的具体时间,并没有明确的界限。在古代,当算术里积累了大量的,关于各种数量问题的解法后,为了寻求有系统的、更普遍的方法,以解决各种数量关系的问题,因此就催生了“代数”这一学科。

简单的说,算术是对具体数字进行的加减乘数等运算,是具体的。而代数也是以“符号”为对象进行的运算,具有普遍性。相比于算术,代数思维指向逻辑性、抽象性,本质上是建立数学模型,是通往抽象思维和逻辑推理的大门。

当代的数学教材在一二年级的算术学习阶段,就已经开始渗透代数思维,如课本中有大量以图形为对象的计算题,并不仅仅是为了让学习更直观或者更有趣。但如果不能认识到其背后的用意,学习效果就会大打折扣,家长或者老师应该加以注意。

简单的说,代数思维的培养可以分为两项任务:一是符号意识的培养,二是数学模型意识的培养。

1、符号意识的培养。

英国著名数理逻辑学家罗素曾经这样说,“数学的本质是概念和符号”。德国著名数学家莱布尼茨也曾说:“符号的巧妙和符号的艺术,是人们绝妙的助手,因为它们使思考工作得到节约。在这里它以惊人的形式节省了思维。”

所谓符号,是一种广义上的概念,包括比你不限于符号、文字、图像等。如下图所示:

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在算术练习中,及时的引入符号概念,让孩子形成符号意识,可以无障碍的从算术学习跳入代数学习:符号才是数学的最终语言,而数字只是一个特定的值。

2、数学模型意识的建立

代数思维的根本在于数学模型的建立,最终目标在于以数学的视角去认识和解决问题。数学模型的概念过于高大上,以至于好多人认为离小学生很遥远。实际上,小学生就在学习数学模型,家长可以结合生活情景进行渗透或者强化。

行程问题中的数学模型

以行程问题为例,如果路程为L,速度为v,时间为t,则可以建立基本模型:L=v*t

以此为基础,可以衍生出下列模型:

(1)如果路程为定值,则速度和时间为反比例关系,v=L/t,是反比例模型。

(2)如果速度(或者时间)为定值,则路程和时间为正比例关系,L=v*t,是反比例模型。

(3)如果两个人相向而行,则总的路程为定值,模型为:L=v1*t v2*t

或者是L=(v1 v2)*t

(4)如果变成追赶问题,则时间或者二人的起始距离为定值,模型为:L=v1*t - v2*t

或者是L=(v1 - v2)*t

(5)还可以进一步演变,如变成操场跑道的追赶问题;或者对变量进一步细化,如,在行程中增加休息过程;或者在行程中改变交通工具,即改变速度;还有水上行舟问题,逆水行舟和顺水行舟引起速度变化。等等。

建立模型的要点是确定基本变量元素之间的数学关系,并进一步建立等量或者不等量关系。生活中类似的情景不尽其数,如植树问题、容器充水问题、土方问题,等等。

只要家长有意识的引导和渗透,建立代数思维并不是难事,这些不仅帮助孩子打下数学底子,还将为以后物理的学习打下较好的基础。

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