數形結合思想就是將抽象的數學語言與直觀的圖形結合起來,使抽象思維與形象思維結合。通過數形轉化,提高思維的靈活性、形象性、直觀性,使問題化難為易,化抽象為具體。數形結合是連接“數”與“形”的“橋”,它是一種重要的數學思想方法。
一、形為起點,從小學說幾何語言
幾何在數學中具有非常重要的地位,幾乎所有重要的數學概念都是從幾何中得出來的,所以有人說幾何是數學思想的搖籃。幾何不僅有直觀的圖形,還有推理。推理就要運用到語言。學幾何,語言是一關。從人的生長經歷可知,孩子的最初語言建立是模仿而不是理解。教材的編排也可是從認識圖形開始,教師從一年級的認教就教學生學說幾何語言,讓學生在認識數時通過圖形建立數的概念。如學習“3”,教師可以出示三角形,教學生說三角形有三條邊三個頂點。也許學生不知道概念的準確含義,但是看圖學生具有直覺印象,就會從形象上熟悉三角形,對以后看到的物體或平面圖形,知道這就是三角形,那不是三角形,到高年級再學到三角形時學生比較熟悉,就能自覺使用積累的幾何語言描述三角形的基本特征,也就不會感到三角形是抽象的幾何圖形。因而學生在學數及計算時,教師不妨多舉一些幾何圖形的例子,用數描述幾何圖形,將來學生學到幾何時,學生的幾何語言關就比較容易過,因為他早已說過了。
二、以形助數,在直觀中構建數學模型
借助圖形的直觀性質將抽象的數學概念和數量關系形象化、簡單化,給學生以直觀感,讓學生從已有的知識經驗出發,親歷將實際問題抽象成數學模型,為理解數學概念奠定基礎,教師通過以形助數突出圖的形象思維,促進學生形象思維與抽象思維的有機結合,化繁為簡,化難為易,讓學生用多種感覺器官充分感知,在形成表象的基礎上進行想象、聯想,達到最終理解數學概念,解決數學問題,形成數學思想的目的。
如教學“約數與倍數”。
師:請同學們用12個小正方形擺出一個長方形,你打算怎樣擺?用除法算式表示行嗎?
學生擺出的圖形如下:
生1:我得出的除法算式是:12÷1=12。
師:猜猜他是怎樣擺的?
生2:他是用12個小正方形擺成一行或一列。
師:還可以怎樣擺?
生3:擺2行,每行6個;或擺6行,每行2個。
除法算式:12÷2=6,12÷6=2。
生4:還可以擺4行,每行3個;或擺3行,每行4個。
除法算式:12÷4=3,12÷3=4。
師;對,12÷4=3,就是把12個方格每3個擺一行,擺4行,在數學上我們可以說4是12的因數,3也是12的因數,12是3的倍數,12也是4的倍數。請你結合其他的除法算式與同學說說誰是誰的因數,誰是誰的倍數。
這個案例教學伊始,教師直接創設擺、涂圖形的數學活動,通過這些活動激活學生的形象思維,透過數學潛在的“形”與“數”的關系,把抽象的數學語言與直觀的圖形結合起來,使抽象思維和形象思維相結合,為研究“因數與倍數”、借助直觀來定義概念,進而為培養學生的抽象能力打下良好的基礎,有效地實現原有知識與新知識之間的鏈接,誘發學生探索與學習的欲望,激活學生的思維。這說明以形助數,能把許多抽象概念和性質、運算化為直觀形象。將某些較難的數學問題,借助圖形,可幫助學生建構數學模型,找到解題的捷徑。
三、以數顯形,在計算中形成空間觀念
幾何推理是抽象的計算,計算是具體的推理,圖形是推理和計算的直觀模型。數學活動里的畫圖和推理,歸根到底都是計算。如教學長方形面積計算方法時,在知道邊長為1厘米的正方形面積是1平方厘米后,教師出示一個長4厘米、寬3厘米的長方形,提出:請各組想辦法求出長方形的面積。學生活動后匯報:
生1:我們組把面積一平方厘米的小正方形擺在這個長方形里,每行4個,擺3行共12個,所以這個長方形的面積是12平方厘米。
生2:我們組也是用了面積一平方厘米的小正方形擺,擺了橫行有4個,豎行有3個,4×3=12,這個長方形的面積是12平方厘米。
師:學校操場也是一個長方形,如果是要計算它的面積,是不是也用邊長1厘米的小正方形去擺?從剛才的操作和計算中,你想到什么好的方法?(學生思考、交流)
生3:我們覺得只要量出學校操場的長和寬,就可以計算出它的面積。因為在算出我們手中的長方形的面積時,長方形的長是4厘米,可以擺4個一平方厘米的小正方形,寬是3厘米,可以擺3個一平方厘米的正方形。一共可以擺4×3=12個一平方厘米的小正方形,面積是12平方厘米。所以直接用長方形的長x寬也就是4×3=12就得出它的面積。
學習三角形的面積計算方法后,老師出示圖形,角形面積是否相等?(a=8cm:h=5cm)
生1:我用底邊8÷2=4,左邊三角形面積=4×5÷2=10平方厘米,右邊的三角形面積=4 × 5÷2=10平方厘米,因此兩個小三角形的面積相等。
生2:我利用公式推出來的。三角形的面積計算公式是底×高÷2,B是中點,兩個小三角形的底邊一樣,底邊對應的高也一樣,所以兩個三角形的面積相等。
案例1學生運用計算推出長方形面積計算公式,學生看到長×寬就知道是計算長方形面積,案例2中學生通過計算證明了三角形的一條中線將它分成兩個三角形,這兩個三角形的面積相等。到了中學,學生不用計算,直接用幾何推理也得出它們的面積相等,這就由計算轉向幾何推理。教學中將圖形問題轉化為代數問題,它突出圖像的形象思維,又幫助學生獲得準確的結論,是訓練學生掌握幾何圖形基本概念的很好手段,使學生的思維能力、情感態度等方面都得到發展,培養學生數中有形、形中有數的意識。
“數”與“形”的信息轉換,相互滲透,不僅使解題簡捷明快,還開拓解題思路,為研究和探求數學問題開辟了一條重要的途徑。