聚焦学习起来,凸现“面”的二维特征

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  “认识面积”是人教版三年级下册“面积和面积单位”单元的起始课。本节课的相关研究甚多,学生的障碍皆有共识——周长和面积概念的混淆。为了帮助学生消除这一障碍,一般借助“看一看”“摸一摸”“涂一涂”“比一比”等操作活动来助力学生掌握面积概念。但是,经历了这些活动的学生,为什么在后续学习中仍然会出现周长与面积概念的混淆呢?是不是我们仍然没有寻找到学生出现概念混淆的根本原因?
  面对一个长方形桌面,人的感官先感知到的应该是二维的面。但学生是先学一维的周长,这一感官认知的顺序错位是不是会对二维的面产生影响?从周长概念到面积概念,是一维到二维的递升,学生在这个过程中真正的困难是什么?基于这样的思虑,笔者和团队教师一起对宁波地区10个学校共1670名学生进行了大数据的访谈、问卷和操作前测,确定学生的学习起点如下:
  知识起点:学生对直观的“长短”、“大小”能清楚辨析,91.4%的学生能理解数学书的封面比练习本的封面大,75%的学生能认识到封闭图形才有大小,表明学生对“面积”的含义有一定的感悟。
  经验起点:“面”和“面积”是不同的概念,学生眼里“面”比“面积”更抽象,只有26.9%的学生能描述 “什么是面”,却有37.7%的学生能描述“什么是面积”。摸“面”时只是“点一点”的学生,经由追问则发现他们并不认为“面”就是这个点,大意就是指“一个区域”——指认操作尽管不完整,本质上的认知却没有偏差。但学生在摸面与周长后用自己的语言表述 “面在哪里,周长在哪里”的时候,有72%的学生表达的意思是“周长就是靠在外面的部分,面就是在里面的部分”。
  情感态度起点:在说说你对“面”和“面积”的认识时,学生把与“面”和“面积”相关的知识经验都予以了暴露,但仅有0.6%的学生摸了曲面,72.9%的学生摸了长方形的面,说明“长方形的面”心理接纳性最强。
  可以发现,有大部分学生认为周长属于表面的“外面”一部分,面积属于表面的“里面”一部分,可见学生无法感知到两者之间一维、二维的差异,并由此生成了周长和面积混淆的根源。从抽象的一维到二维,对学生而言是一次认知飞跃。如何让学生自发地感悟两维的差异,顺利地从一维走到二维,就成了这一课教学需要解决的根本问题。
  一、 “面”不离体,初悟“面”的二维性
  (一)摸各类面,感受“规则物体—不规则物体”的“面”的共性
  物体的表面是一个二维的图形,学生能直观地感觉到它所占的区域具有一定的大小,能发现不同书面的大小之分,会比较“黑板面比桌面大”。但是要回答什么是“面”的问题,他们又无法应答,因为他们的认识是零散的、模糊的、感性的,需要一个全面、体验、抽象的过程。
  所以,课堂上教师还需准备含曲面的物体和不规则形物体。先放手让学生摸课桌上的面,发现“面”有水平的平平的,也有竖起来的平平的,有大也有小,就有利于突破“面”的水平固像,然后再让学生感知曲面。在经历了这一系列的摸面活动后,让学生用自己的话说说什么是“面”。
  生:我觉得面就是物体的表面,物体最上面的一层,有平的也有凹凹凸凸的。
  生:我觉得面就像是物体最外面的衣服,像我们人的皮肤。
  生:有各种各样形状的面,“面”把物体裹起来了。
  生:面有大有小,有圆有方。
  生:面是这样摸过去整块整块的。
  生:面有长方形、正方形、圆形等各种各样的形状。
  因为学生对“面”的认知通常经由对身边常见物体表面的“摸一摸”形成,因此,要尽可能地提供丰富的直观材料突破一些位置上、形状上的认知局限,避免产生“面是水平的”“面是方形的”等片面认识,发现面共有的特征。
  (二)蒙眼摸面,感受“横向到边—纵向到底”的面的二维特征
  在教师没有指导之前,学生摸面基本都是用手指点一点,那么如何让学生自发地经由规范的摸面来表达自己指的是“一个区域”的本意从而跨向二维?如果把学生的“直观感觉”蒙起来,让学生主动要求“我想把面摸完整”,那么学生就能更好地感知“体—面—线”的内在序列,感受面的二维性。
  师:认识它们吗?(师出示:
  生:长方体、正方体。
  师:它们身上的面是什么形状,看清了?如果把你的眼睛蒙起来,让你摸一个面,你能猜出摸的是哪个立体图形吗?摸的次数要尽可能少哦。谁来试试?其余同学也有任务,要看清记住他是怎么摸的,摸了几次。(学生一只手摸面)
  生:(摸两次)我知道了,是长方体。
  师:摸了两次,成功了。我们把他摸的痕迹表示出来。还有不同的摸法吗?请这一桌同学上来,一个摸一个表示出摸的痕迹。 师:刚才第一位同学是横着摸竖着摸,第二位同学是横着摸了两次,我们仔细观察他们摸面的痕迹,虽然摸法不同,但是他们都摸出长方形的什么?
  生:这样摸,摸出了长方形的长和宽。
  生:横着摸两次,长摸出来了,宽第一次摸出一大半,第二次摸出一小半,宽也摸出来了。
  师:说得真有意思,第一次宽摸出了一大半,这个时候确定了哪一部分面的大小?(淡色部分)第二次宽摸出了一小半,就确定了哪一部分的大小?(深色部分)两次摸的面加起来,就确定了整个面的大小。
  学生原本总是难以规范地摸出整个“二维”的面,常在内部画了个圈就算摸完,这是因为他在视觉上已经看到了整个面。现在蒙眼摸,学生为了感知的准确性就自发地从长、宽二维去摸,主动地从一维走向了二维。教师再结合摸“面”的过程帮助学生对长、宽进行度量刻画,初步感受面积的可加性,对面的二维性形成更清晰的认识。
  二、 贯通三维,体会“面”的二维性
  目之所及一个物体,应该是先看见整个“体”再看见“面”最后才是“线”,可是学生是先测量周长,再测量面积,最后测量体积,因为一维、二维、三维,测量难度逐步递增。认识“面”的大小,是从一维测量拓展到二维测量的飞跃,可以借助学生的视觉经验,去贯通一维、二维、三维。   (一)体上摸出面,体上摹出面——从三维到二维
  面不离体,面可以从体上抽象出来。学生感受这样一个过程,既能体会到面与体之间的联系与区别,也有利于学生更好地理解“面”有别于“体”的二维特征。
  师:你能不能想一个办法,让一个“面”走到我们的纸上来呢?
  (学生拓、印面,展示交流作品“圆形”“硬币拓印圆面”“长方形”“三角形”“正方形”,分别猜猜说说这个“面”来自什么物体)
  师:“面”可以在物体的表面,也可以是这样的平面图形。
  (二)线围出面积,线没围出面积——从一维到二维
  物体的表面在客观上都可以视作一个有周界的“封闭”图形,所以在讲平面图形时要借助“封闭”让学生正确理解面积的含义:面积是对一个二维图形的表面进行度量的结果,如果“表面”无法确定,那么就无法度量,也就没有面积。
  师:现在屏幕上有根线,长为30厘米。我用这根线围出一些平面图形,它们有面积吗?请用黄色表示出它们的面积。
  师:都认为第4个图形没有面积?你们是怎么想的?如果我想涂呢?(拿笔在实物投影上涂)
  生:那就能一直涂下去了。
  生:到底能涂多大的面积,根本不能确定,涂也涂不完。
  生:只有封闭图形才有确定的大小,才能涂完。
  师:好,那你们就在已经涂出面积的封闭图形上用红色笔涂出周长,再分别摸一摸面积、指一指周长给同桌看。现在你觉得周长、面积有什么不同?
  生:周长是一周的长度,面积是里面的大小。
  生:周长在外面,面积在里面。
  生:周长都是30厘米,面积大小各不相同。
  师:周长是长度,是测量图形一周得到的具体长度,这里是30厘米。而面积是整个面的大小。
  课件直观展示:
  突出周长是一维测量的结果,是测量封闭图形外面一周得到的长度,纠正学生脑海中“周长是面的一部分”“周长是面的外面部分”的一维二维混淆的根源性偏差。而用一维的线围成二维的面,在封闭图形中抽取出一维的周长和二维的面积,都能加深学生对周长和面积的维度感悟,对两个概念的本质会有更深的理解。
  三、 度量成积,理解“面”的二维性
  人教版教材添加了“面积守恒”的知识点,并不仅仅是为了感知面积的大小“不变”,而是在“可加可减”的测量中认识到面积的测量本质。而在“面积”概念的学习过程中,感受面积与周长的度量差异也有助于凸显两个概念之间的区别。
  (一)借格子图测量,利用大小的“块状测量”感受面的二维特征
  在“认识面积”一课的教学中,对于面积大小的比较,更多的只是直观视觉上的判断或是直接的比较,如果借用格子图,既能为测量打下基础,也能让学生“一块一块”地数出面积,即从二维的角度用简单的数据来表述面的大小,从而进一步理解面积的含义。
  师出示右图:
  师:周长都是30厘米,面积大小各不相同,它们的面积会是多少呢?正方形的面积有多大?和几个格子一样大?你是怎么看出来的?能上来数一数吗?
  师:嗯,正方形的面积=9个格子的大小。那么,谁的面积比9个格子的面积大?谁比9个格子的面积小?这两个图形(师出示左图)也想和长方形比面积,谁的面积大呢?和同桌说一说你是怎么想的。
  一开始,课件上的正方形上并没有格子线,要知道它有几个格子那么大,对一部分学生来说是有挑战的。因此在一部分学生表达自己的观点后,随即出现格子线进行辅助,使全部学生都能看出两个图形的大小。学生计数表述的过程,就是一个简单的测量过程。而面积相同、形状不同的图形的比较,则是让学生在计数测量的同时,感受面积作为二维测量的结果是可加可减的,可以“块状”地分割累计。
  (二)借钉子板拉伸,利用矩形的“二维扩张”理解面的变化要素
  学生后续要学习的平面图形的面积计算,都会比较明显地涉及面积的二维特性,那么在初始学习阶段就可以借助直观图像让学生对面积“变化”有更清晰的认识,同时对面积变化的二维特性有更深的理解。
  师:现在老师在钉子板上围出这样的一个长方形(出示3×2的长方形),这个长方形的面积有多少个格子这么大?
  师:现在要使这个长方形的面积变大,你有哪些方法?(作品反馈)
  生:可以把橡皮筋往右拉,面积就大了。
  师:往右拉,长方形的什么变长了?
  生:长方形的长从3格变成4格了,变长了,往左拉也可以。
  师:这时增加的面是哪一部分?什么形状?有多大?()请同学上来指一指。
  生:增加的部分是一个长是1,宽还是2的长方形。
  师:非常好。下一个同学能不能也这样来说说你是怎么做的,面积大在哪儿?
  生:我是长不变,宽拉大了。增加的面积也是一个长方形。
  生:我是把长方形的长和宽都变长。增加的面积可以看作是两个长方形。
  生:我也是把长和宽变长,长方形面积变大了,变大的部分可以看作是4个长方形。
  借助彩色皮筋在钉子板上的简易操作,面积从“不变”走向“变化”。结合课件的直观展示,抓住“面积增加在哪里”,让学生认识到“一个维度变化另一个维度不变(长变宽不变)、两个维度变化,增加的都是能确定二维的面”,使学生清楚地认识到面积变化的二维特性。
  要让学生认识到周长和面积都是度量的结果,它们之间有联系又有区别,要让学生对面的二维性形成深刻的认知,认识到面积是二维度量的结果,就必须充分去了解学生的学习起点,寻找到学生出现概念混淆的根本原因,从而帮助学生从“一维周长和二维面积都是面的一部分”的认知误区中走出来,引导学生从一维走向二维。
  参考文献:
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