基于“畫計算”作品的“分數(shù)除以整數(shù)”算法辨析

文|陳 昱（特級教師） 王 芳

“分數(shù)除法”歷來是小學(xué)數(shù)學(xué)的重點學(xué)習(xí)內(nèi)容，其算理理解也是小學(xué)生常見的學(xué)習(xí)難點。其實除了算理理解基礎(chǔ)上的算法掌握，計算學(xué)習(xí)過程具有更深邃的育人意義。

一、“分數(shù)除以整數(shù)”算法梳理

本文涉及的“畫計算”作品數(shù)據(jù)來自某縣城小學(xué)六年級兩個班的課堂生成，在任務(wù)一的學(xué)習(xí)中，針對“÷2 到底是怎么算出結(jié)果的？”這個問題，90 位學(xué)生主要有五種不同表現(xiàn)（如表1）。表現(xiàn)一只交代了計算結(jié)果，沒有呈現(xiàn)計算的思維過程，表現(xiàn)五其實是綜合了表現(xiàn)三和表現(xiàn)四的算法。

表1 ÷2 算法梳理

表1 ÷2 算法梳理

算法表現(xiàn)具體描述作品樣例數(shù)量及占比（%）備注images/BZ_30_1443_1598_1718_1768.png表現(xiàn)一* 得數(shù)正確，但沒有清楚表征算理和算法7（7.78）images/BZ_30_1336_1797_1832_2105.png表現(xiàn)二 將分數(shù)轉(zhuǎn)化成小數(shù)或整數(shù)，再計算4（4.44）算法一具體轉(zhuǎn)化方法：4 5 =0.8 4 5 升=800 毫升images/BZ_30_1404_2136_1758_2399.png表現(xiàn)三 基于分數(shù)和除法的意義，均分分子65（72.22）算法二images/BZ_30_1330_2418_1830_2598.png表現(xiàn)四基于分數(shù)和除法的意義，細化分數(shù)單位再算images/BZ_30_1385_2611_1786_2851.png12（13.33）算法三images/BZ_30_1334_2874_1825_3135.png表現(xiàn)五* 同時呈現(xiàn)表現(xiàn)三和表現(xiàn)四兩種算法2（2.22） 只是算法綜合

圖1

因為任務(wù)一的展評環(huán)節(jié)淡化了算法一，著重引導(dǎo)學(xué)生聚焦算法二和算法三，所以到任務(wù)二探究÷3 時，呈現(xiàn)出來的算法比較集中，要么循著算法二的思路，要么采用算法三的做法，結(jié)果上看，除了未探究成功的，最后都走向了算法三。

探究活動最順利的是一開始就選擇用算法三來計算的學(xué)生，很快就得出正確結(jié)果（如圖2）。選擇算法二的學(xué)生無一例外都走了彎路，但突破困難終獲成功的體驗也是很有價值的（如圖3、4），探究失敗的錯例主要就發(fā)生在這一環(huán)節(jié)。

圖2

圖3

圖4

二、“分數(shù)除以整數(shù)”算法辨析

1.算法探究：兩種策略與邏輯

轉(zhuǎn)化是一種重要的數(shù)學(xué)思想方法，算法一的學(xué)生就是將不會算的÷2 轉(zhuǎn)化成會算的0.8÷2 或800÷2，從而解決了問題。本問題的這種轉(zhuǎn)化算法，很快就遭到學(xué)生的反思性質(zhì)疑：所有的分數(shù)都可以轉(zhuǎn)化成小數(shù)嗎？（轉(zhuǎn)化沒問題，只不過不一定都是有限小數(shù)，也不一定都是循環(huán)小數(shù)）轉(zhuǎn)化后好算嗎？（遇到無限小數(shù)，確實不好算，如果除數(shù)是分數(shù)就更不好算了）……

其實算法一更大的弊端是不利于計算領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展，即不利于探索出分數(shù)除法的專用法則。所以只能采用第二種策略，直面問題。要想探索分數(shù)除法的計算，必須先理解分數(shù)和除法的意義，即從問題的本質(zhì)出發(fā)探求解決之道。這也是一切運算的共同邏輯，基于運算對象和運算本身的意義。

2.分數(shù)領(lǐng)域：兩種視角與路徑

當(dāng)學(xué)生直面問題，不再回避不會算的分數(shù)除法，往往會發(fā)現(xiàn)別有洞天。在分數(shù)除以整數(shù)運算里，不同學(xué)生基于兩種不同視角產(chǎn)生兩種不同路徑：直接均分分子或先擴充分母再算。

學(xué)生能想到直接均分分子的方法，得益于數(shù)據(jù)特征，即分子4能被2 整除，4 個分數(shù)單位很容易被平均分成2 份；改為均分成3份就有困難了，需要先細化分數(shù)計數(shù)單位。

細化計數(shù)單位，在計算中不是第一次遇到，在整數(shù)和小數(shù)除法里是常見的現(xiàn)象與策略。這種策略一般在計算遇到困難時用起來更自然，即在÷3 時運用要比在÷2 時運用更能凸顯其價值，但這并不代表后者不能運用。很多學(xué)生會用表1 中表現(xiàn)四的作品樣例呈現(xiàn)的這種算法來計算÷2，但鮮有學(xué)生自覺意識到此法是先將分數(shù)的計數(shù)單位細化成，算的其實是，即便有感覺也不強烈；而在的計算過程中就能比較明顯地感受到，先細化分數(shù)單位為。

3.算法辨析：普適與本質(zhì)

基于以上算法二和算法三，通過觀察、交流與歸納，學(xué)生可以初步建立分數(shù)除以整數(shù)的兩種算法模型：b、c 為自然數(shù)，b、c≠0，a 能被c 整除）和（a、b、c為自然數(shù)，b、c ≠0）。可以看出：（1）模型一中分數(shù)的分數(shù)單位一直是，模型二中分數(shù)的分數(shù)單位細化成了；（2）模型一中分數(shù)的分子需要能被作為除數(shù)的整數(shù)整除，也就是限定了條件。

于是問題來了，算法二和算法三在分數(shù)除以整數(shù)計算中分別具有怎樣的地位？筆者認為算法三更具普適性，而算法二更本質(zhì)。

首先，算法三適用于所有的分數(shù)除以整數(shù)的計算，算法二只適用于分數(shù)的分子能被整數(shù)整除時，屬于特殊情況，因此算法三更具一般性和普適性。

其次，從分數(shù)和除法的意義出發(fā)，除法作為乘法（求幾個相同加數(shù)的和的簡便運算）的逆運算，其基礎(chǔ)是平均分，所以算法二更為本質(zhì)。分數(shù)除以整數(shù)，就是將分數(shù)單位的個數(shù)平均分。算法三在細分分數(shù)單位后，又回到算法二，即算法三包含算法二。或者說，由算法三建立的算法模型的完整形態(tài)是這樣的：（a、b、c 為自然數(shù)，b、c≠0）。

基于以上分析，我們可以說：分數(shù)除以整數(shù)，有時候可以直接除，有時候需要細化分數(shù)單位后才能除，后者適用于所有的情況。

這種算法分析還可以繼續(xù)向整數(shù)除以分數(shù)、分數(shù)除以分數(shù)延伸，只不過情況要復(fù)雜得多。

三、“分數(shù)除以整數(shù)”教育啟示

以上基于“畫計算”作品的“分數(shù)除以整數(shù)”的算法辨析，可以給予我們多方面帶有哲學(xué)意味的教育啟示。

1.關(guān)于問題解決策略

（1）轉(zhuǎn)化問題可以低成本較快捷地解決問題，但是也往往會錯過創(chuàng)新機會。

（2）直面問題可能成本較高，但更有利于創(chuàng)新發(fā)展，面對新情況，開創(chuàng)新局面，困難總是與機遇并存。

（3）創(chuàng)新問題解決的關(guān)鍵在于回歸問題本原，把握知識本質(zhì)，本質(zhì)性意味著生長性，越本質(zhì)越有力。

（4）具體問題具體分析，針對不同問題，靈活選擇相適應(yīng)的解決策略與方法。

2.關(guān)于問題解決方法

（1）視角不同，路徑不同。視角不同來自個性差異，每一位學(xué)生都是獨一無二的存在，所以在學(xué)習(xí)與問題解決方法上，參差多態(tài)乃幸福之源。

（2）適合的就是最好的。所謂算法優(yōu)化、最佳解等往往基于多樣比較后的個性化選擇，有自己想法很重要，理解他人也很重要，內(nèi)在想法與對外理解都是發(fā)展變化的，所以這個“合適”和“最優(yōu)”也是動態(tài)變化的。

（3）萬法通融。世界是廣泛聯(lián)系的整體，不同事物在本質(zhì)上是統(tǒng)一的，不同方法在本質(zhì)上是相通的，聯(lián)系的眼光可以洞穿世界的真相，幫助我們通往靈活不拘的自由境界。

（4）辨析是認識之道。世界是整體的，也是可分的；是千差萬別的，也是通融的……辨析才能認識其本質(zhì)與變化。

立德樹人是教育的根本目的，數(shù)學(xué)育人是數(shù)學(xué)教育的永恒追求，計算育人要求我們通過具體的計算教學(xué)活動給予學(xué)生計算學(xué)習(xí)之內(nèi)和計算學(xué)習(xí)之外的各種有益滋養(yǎng)。如果學(xué)生能從“分數(shù)除以整數(shù)”課堂上收獲以上知識技能、經(jīng)驗方法、包括運算能力在內(nèi)的學(xué)科核心素養(yǎng)，以及諸多哲思啟蒙，那么將在盡可能大的范圍內(nèi)實現(xiàn)計算的育人價值。