新課程理念下基于HPM視角的計算教學實踐與思考

郝勤秀

【摘 要】體現課程內容的一致性、整體性是《義務教育數學課程標準（2022年版）》的基本要求。新課標在課程理念部分明確提出要“關注數學學科發展前沿與數學文化，繼承和弘揚中華優秀傳統文化”。新課程理念下基于HPM視角的計算教學，注重讓算理具有豐富的意義，讓學生真正經歷算法的形成過程，實現“再創造”，讓數學文化充滿課堂。

【關鍵詞】新課標 HPM視角 計算教學 實踐與思考

計算是所有數學活動的基礎，計算教學在小學數學教學中有著舉足輕重的地位。多年來，許多教師對計算教學的探索形成了許多寶貴的經驗：讓學生更好地在理解算理的基礎上掌握算法（來源于教材），從而能正確計算并靈活運用。事實上，如果堅持“唯教材”論，那么學生對算理的理解、算法的掌握，可能會浮于表面，導致學生的知識不成系統，這有違新課標“體現課程內容的一致性、整體性”這一基本要求。基于此，本文擬從HPM（數學史與數學教育）角度研究計算教學。

一、問題的提出——為什么一定要“從高位算起”

學校一位青年教師執教“兩、三位數除以一位數”這節課后，學生問她一個問題：“列豎式計算除法時，為什么一定要從高位算起？你看我從低位算起也可以（如圖1）。”這位青年教師當時被問蒙了，簡單回答道：“除法豎式計算一般都從高位算起。”

針對這個問題，筆者在一定范圍內做了調查，絕大部分學生沒有想過這個問題，覺得書上就是這樣的。幾乎所有的教師在課上也沒有引導學生思考過這個問題，一般都是結合問題情境引導學生理解算理，然后很順當地形成算法。為什么從高位算起呢？教師們大致有這幾種想法：一是認為除法從高位算起，簡便；二是結合分物品的現實經驗出發，先分多的，再分少的；三是認為這是除法豎式計算的法則。學校的這位青年教師就是第三種想法。這引起了筆者的思考，我們究竟應該怎樣進行計算教學？

每一種運算法則的形成都有其歷史過程，只有了解人類是如何發明計算方法的，才能對如何讓學生真正“理解算理、掌握算法”做出更好的判斷。數學史和數學教學的結合已是國際數學課程改革的趨勢，HPM視域下的計算教學是《義務教育數學課程標準（2022年版）》理念下的新樣態。

二、教改措施——HPM視域下的計算教學

“兩、三位數除以一位數”這個內容很重要，它是后續學習“除數是兩位數的筆算除法”的基礎。以蘇教版數學為例，教學時，教師一般會利用教材提供的情境進行教學；通過學習讓學生理解算理、掌握算法：從高位算起，一位位地算，哪一位上不夠商1要商0……看似是非常完整、有深度的教學，實際上沒有真正揭示計算方法的本質。

加減法和乘法都是從低位開始算起的，為什么列豎式筆算除法時要從高位算起呢？克萊因指出，歷史是教學的指南。追本溯源，與現在比較接近的是出現于公元980年的Gerbert方法。以“880÷7”為例，現在是這樣寫的：

Gerbert方法是這樣的，除數7寫成“10 3”，商寫在被除數的右邊：

該過程的第一步，880除以10商88，但實際除以7，顯然多“分掉”264（3×88=264），實際剩下264需要繼續分，第二步商26，“分掉”260，剩下4，再加上這里多“分掉”的78（3×26=78），實際剩下82……像這樣一直分下去，最后把每次的“過程商”加起來就是最后的商。

Gerbert方法經過歷史演變，變成下面的除法豎式（如圖2）。變化后的過程將標準算法中隱藏的位值原理凸顯出來，表面上看起來復雜，實則更直觀也更易理解。

豎式的演變過程證明了一點：除法豎式是為了計算簡便，這為我們探究“筆算除法為什么從高位算起”提供了思路。

從除法模型角度分析：除法計算是平均分的數學模型。比如48÷3，可以理解為把48根小棒平均分成3份，每份是多少根？平均分的時候可以先分“捆”，每10根小棒1捆，還剩下1捆和8根小棒合起來再平均分，每份6根，最后結果為每份1捆帶6根，也就是16根；也可以先分“根”，每份2根，剩下2根不夠分，接著分4捆，每份1捆，最后把剩下的1捆和2根合起來再平均分，每份4根，所以最終結果是2+10+4=16（根）。通過上述分小棒的過程，我們發現，從“根”開始分比從“捆”開始分的過程更復雜。結合實際，在平均分的時候，人們更愿意從大單位開始分，這與列豎式計算除法時從高位算起相對應。

從計算過程來看：除法豎式的計算和其他運算一樣，也是一位一位地算，如果被除數每一位上的數都正好被除數整除，那么從高位算起與從低位算起幾乎無差別。實際上，一般情況下各數位上的數平均分后會出現“盈”“虧”情況，在這種情況下，從高位算起就占優勢。比如：計算41÷2，從個位算起，個位上的1除以2不夠除，要從十位“借一當十”，再和個位上的1合起來除以2，11÷2=5……1，接著十位上剩余的3和個位上的余數1合起來是31再除以2，這時又遇到個位上的1不夠除的情況，需要再從十位上“借一當十”……一直這樣操作下去，最后還要把若干次“過程商”加起來。被除數越大，從低位算起時需要向較高位“借一當十”的步驟越多，過程越煩瑣。

從除法豎式的書寫形式來看：在二年級第一次接觸“有余數的除法”時，除法豎式完整記錄了每一步的計算過程。為了保證知識的系統性和連續性，在“兩、三位數除以一位數”的豎式計算中，也要從高位算起，這樣才能和“有余數的除法”一樣，完整展現每一步的思考與計算過程。如果從低位算起，計算過程中有時會因為不夠除而要向較高位“借一當十”，而且余數也經常會出來“調皮搗蛋”，過程顯得“混亂”，一道豎式無法展示思維的全過程。

通過以上分析可知，除法豎式計算從低位算起也可以，只是從高位算起更合理。對比加減法和乘法，它們本質一樣。加、減法和乘法在列豎式計算時從高位算起也是可以的，只是遇到進位或退位時不方便罷了。所以，四則運算中不管哪種運算，強調從低位算起和高位算起的本質都是相同的，都是為凸顯計算程序的優化、簡便。

結合本文開始那個學生產生的疑問及以上分析，筆者在設計“兩、三位數除以一位數”的教學時，把除法豎式的“歷史”作為知識背景，整合教材內容，將教材例題3和4放在一節課中嘗試教學，力求讓學生經歷“再創造”除法豎式的歷程。

層次一：出示例題情境圖讓學生讀懂題目，嘗試列式并組內交流。分小棒，可以先分“捆”，再分“根”；也可以先分“根”，再分“捆”。

40÷2=20 ? 6÷2=3

6÷2=3 ? ? ?40÷2=20

20+3=23 ? ?3+20=23

設計意圖：分的過程可以從兩個不同的角度去思考，為之后嘗試列豎式筆算除法提供思維方向。

層次二：嘗試列豎式計算46÷2，討論到底從高位算起，還是從低位算起。

設計意圖：除法豎式書寫過程和“現實分”的過程是一致的。教師引導學生初步體會從高位算起和從低位算起都可以。

層次三：改編例題，將46個羽毛球改成36個。現在你還能嘗試列豎式計算嗎？學生獨立計算，交流體會。

設計意圖：讓學生充分討論，體會“從高位算起和從低位算起都行，但從高位算起更簡便”。

層次四：綜合運用（略）。

三、實踐效果及反思

心理學研究表明，計算教學要借助充分的感性材料，讓學生通過操作感知并形成相關活動經驗，在此基礎上建立起清晰的表象，再抽象、概括出計算方法，并通過概括實現具體化，即進一步理解、鞏固具體問題的解決。筆者認為HPM視域下計算教學的樣態應該如下：

（一）讓計算教學具有生命力

有意義的計算教學才有生命力。有意義的計算教學需具備兩點：一是對于計算本身而言的，在計算教學中，算理必須厘清；一是計算教學必須揭示算法最本質、最原始的內涵。計算方法在經過動態演化形成靜態的結構后，從某種程度上來說掩蓋了其深層次、最本質的東西。除法算式雖是程序性規則的教學，忌直接告知，要讓學生看看數學規律背后的故事，學生一定有這樣的期待。

（二）讓學生真正經歷過程

讓學生真正經歷過程，這里的過程，一是指已經形成的知識結構過程，二是指知識的歷史形成過程。讓學生充分感受、重演數學知識的歷史，盡管他們的發現可能是零碎的、初步的，甚至是錯誤的，但恰恰是這樣的過程讓學生與數學家感同身受，讓學生感受到數學知識的趣味和內在美。同時，為了讓學生能真正經歷過程，教師要為他們創設良好的探究環境，激發學生探求數學真知的興趣和動力。另外，教師要為學生“經歷計算”創造良好的、適切的條件，從而幫助學生建立起現實知識與歷史文化之間的聯系。

（三）讓計算教學充滿文化味

純粹為了訓練計算技能而學習，通過不停地機械訓練，學生算得“又對又快”，計算能力也能逐漸提高，但他們對數學知識的學習熱情會逐漸降低，甚至產生厭惡感。所以，讓計算教學充滿文化味顯得尤為重要，教師要讓學生在學習計算的過程中通過不斷探索、相互交流來理解和感悟其歷史文化的積淀。

或許，學生在這樣的環境中學習，計算速度不及普通課堂，從表面來看效率甚至會降低，但事實上，我們進行數學教學的目的不僅僅是讓學生擁有知識層面的東西，更重要的是培養學生“具有能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力”從這個意義上講，HPM視域下的教學方式是最有效、最長效、最智慧的，符合新課標的基本要求，體現了新課標的課程理念

【參考文獻】

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