曾几何时,算法“多样化”与“优化”是非常热门的话题,一线教师对此的理解,往往局限于“数与代数”领域中算法的拓展,也是对算理与算法一个拓展提升的过程。针对数学学科特质,算法“多样化-优化”的应用领域其实并不局限于此。笔者认为,算法“多样化—优化”应该是数学问题解决的策略与数学思考的一般方法。本文将通过几个典型片断案例,从“问题创设”与“问题提炼”等方面,进行算法“多样化”与“优化”的操作策略例谈。
一、重提:对算法“多样化-优化”过程教学的反思与归因
纵观算法“多样化—优化”具体实施过程,教师由于理解的狭隘,从而使得“学生对多种的算法没有充分思考”、“算理的分析与有价值的问题提炼没有充分展现”、“对最优算法的探究也不够自主”等,这一系列的现象都是有悖于“多样化—优化”过程教学的初衷。
究其原因,造成上述现象的一个根本性原因在于,教师通过问题解决,来培养学生数学思维能力的过程中,忽视了算法“多样化—优化”的中间地带的构建与跨越。
为了进一步阐述清楚算法“多样化-优化”过程的操作策略,我们对算法“多样化—优化”中间地带的处理,进行了初步的实践与思考,试图通过一系列的案例来具体表达我们的点滴想法。
二、建模:对算法“多样化-优化”教学流程的归纳与提炼
算法多样化无论在哪个版本、哪个年级都有着广泛地体现,只要有问题解决的地方,就会有算法的多样化,有了多样化,又必然存在优化。数学讲究一题多解,或多或少体现了算法多样化,结合自己的课堂教学实践,笔者将算法“多样化—优化”教学的过程操作梳理为以下的一个一般流程:
以上四个过程在具体的操作实施中,亦可根据课型、内容和学情的差异,作适当的调整,不是每一个过程都要平均使力。由着教学现象的反思与归因和教学流程的建模,我们应该如何处理这一中间地带的教学呢?下面笔者就以一些典型的案例,来具体说说操作时的策略与些许感悟。
三、例谈:对算法“多样化-优化”过程教学的研究与实践
1.迈入“中间地带”:创设有思考价值的问题引发多种算法。
要谈算法“多样化-优化”的过程教学,必然需要从生活中提取系列数学元素,创设接地气,能唤起学生多样思考的数学问题,这不仅要生活化,同时也要有思考的价值、思考的宽度与广度。归根到底,无论是创设怎样的问题,都要力求能引发学生的经验与认知的冲突,展现学生多样化思维,从而提升思维能力品质为终极目标。
【思考】:和属于异分母分数的大小比较,教师之所以能那么大胆地把探究的任务直接抛给学生,完全是基于以下几点考虑:1、本节课以“分数的基本性质”和“同分母分数的大小比较”两个知识点为基础,学生已经具备了独立探究新知的文本基础。 2、虽然从理论上讲学生已经具备了独立探究新知的文本基础,但是在实际的探究过程中以怎样的方式、方法来展现、整合、提升自己的能力基础,对学生而言,充满了挑战,这样通过有思考价值的问题,就能最大限度地调动他们的探究活动,从而达到方法多样化的呈现。
【思考】:“用这4个数字可以写出多少个不同的两位数”创设这一个问题的意图就是要给学生造成认知上的冲突,展现学生的能力基础,一个表面看似简单的问题,实则不易,由于学生思维品质上的差异,得到的个数肯定是有差异的。
【思考】:这是一个圆的面积计算中很全面,同时有一定挑战性的题目,由于学生思维与能力的差异,在独立解答时,就会产生不一样的状况,有的学生先不算,而是仔细观察,由于是拼图,所以会进行割补,而后再进行计算;有的学生是先算了以后,得出结果都是21.5时,开始反思思考,似乎可以先不算,这样会更省时省力;而还有部分学生,与同伴交流,才知道原来可以这样;甚至还有的,交流讨论后,还全然不知。所以,这样有思考价值的题目,虽然没有华丽的情景,但是一样能有效激发算法的多样性,其实是基于学生不同的思维层次。
2.跨越“中间地带”:根据算法多样化巧妙提炼问题。
当引发学生算法的多样化后,如何进行算法的优化呢?这是我们在设计教学时,需要化大心思的,它要求教师要有一定的对教材内容处理加工的能力,同时,也要有对算法横向与纵向的整体把握能力。整合数学元素、添加数学模型,并巧妙的提炼问题,帮助学生顺利跨越学习的“中间地带”。
接下去,笔者就承接前面列举的3个教学片段案例,继续谈谈根据算法多样化提炼问题时的一些具体操作策略。
(1)根据算法的不同思维层次和不同思维价值来提炼问题。
……
【思考】:本案例教师进行全班反馈之后,便要求学生来说一说这四种办法的感受,大部分学生都认为,折一折和画一画(思维层次较低)两种办法不值得提倡,而方法③、④(基于逻辑思维的算法)是用来判断大小的可行的方法,但其思维价值却不尽相同:方法③的局限性显而易见,自不必多说。多数学生喜欢的还是方法④,方法④是教师最易教,学生最易学的好方法。同时,它在后面的“分数的加减法”,在计算连加、连减或加减混合的异分母分数加减时,实用价值更大。
(2)根据算法无序、不合理的特性来提炼问题。
【思考】:“从4个数字中任选两个组成两位数”解决这个问题并不难,难的是怎样通过这个问题的解决培养学生有序列举的思考习惯。果不其然,在学生汇报组成的个数时,出现了重复和遗漏的现象,即使最后一位小朋友讲全了12个可以组成的两位数,但也不是有序思考的结果,作为教师敏锐地观察到这一点,提炼出问题:为什么有的同学写的多,有的同学写的少?写数是怎样才能作到不重复、不遗漏?让学生围绕这样的问题去反思自己的探究结论和过程,并作出相应的调整和修正,这一过程始终围绕着提升学生的数学思维能力而展开,使有序思考的教学目标真正落到了实处。
(3)根据算法的一般性和特殊性这对矛盾体来提炼问题。
【思考】:一般性的方法和特殊性的解题方法,总是结伴而行,我们在教学优化的过程中,必须要让学生理解最佳算法的合理性,通过一些基本的模型或公式,进行知识的迁移与建构。有时,借助模型等载体,只要给学生一点点的引导,用一些学生的生成资源作为素材,让学生独立思考、展开讨论。比如上面的案例,教师就让学生在生生互动、师生互动的过程中,培养了他们对图形变换、转化的能力,丰富了图形的表象,发展了空间想象的能力。
综上所述,以上是笔者认为的算法“多样化-优化”过程操作的一些策略,在教学具体操作过程中,还有一个问题,就是学生经常会呈现出很多种算法,这其中必然有基本算法,也有特殊算法,很多教师往往会提炼出针对这些特殊算法的问题,以期让学生能摒弃那些特殊算法,而采用所谓基本算法来解题。这是否妥当呢?笔者感觉,这样就会失去许多可以训练学生数学思维能力的机会,关于基本算法和最佳算法的界限,特殊算法和基本算法在优化过程中“度”的把握上,还有待于我们继续研究。