例1教材借助把4枝铅笔放进3个文具盒中的操作情境,介绍了一类较简单的“抽屉问题”。学生在操作实物的过程中可以发现一个现象:不管怎么放,总有一个文具盒里至少放进2枝铅笔。
教材呈现第一种方法是用操作的方法进行枚举。通过直观地摆铅笔,发现把4枝铅笔分配到3个文具盒中一共只有四种情况(在这里,只考虑存在性问题,即把4枝铅笔不管放进哪个文具盒,都视为同一种情况)。在每一种情况中,都一定有一个文具盒中至少有2枝铅笔。
通过罗列实验的所有结果,就可以解释前面提出的疑问。实际上,从数的分解的角度来说,这种方法相当于把4分解成三个数,共有四种情况,即(4,0,0),(3,1,0),(2,2,0),(2,1,1),每一种结果的三个数中,至少有一个数是不小于2的。
第二种方法采用的是“反证法”或“假设法”的思路,即假设先在每个文具盒中放1枝铅笔,3个文具盒里就放了3枝铅笔。还剩下1枝,放入任意一个文具盒,那么这个文具盒中就有2枝铅笔了。这种方法比第一种方法更为抽象,更具一般性。
教学时,可以放手让学生自主思考,先采用自己的方法进行“证明”,然后再进行交流。除了教材上提供的两种方法以外,还会有其他的方法(如数的分解法),只要是合理的,都应给予鼓励。
在此过程中,教师也应给予适当的指导。例如,要使学生明确,这里只需解决存在性问题就可以了。如果有的同学在枚举的时候,给三个文具盒标上序号,把(4,0,0)、(0,4,0)和(0,0,4)理解成三种不同的情况,教师应指出,在研究这一类问题时,作这样的区分是没有必要的。
这样的指导有助于培养学生具体情况具体分析的数学思维,有意识地让学生理解“抽屉问题”的“一般化模型”。教学时,在学生自主探索的基础上,可以引导他们对教材上提供的两种方法进行比较,思考一下枚举的方法有什么优越性和局限性,假设的方法有什么优点,使学生逐步学会运用一般性的数学方法来思考问题。学生在解决了“4枝铅笔放进3个文具盒”的问题以后,可以让学生继续思考:
把5枝铅笔放进4个文具盒,总有一个文具盒里至少放进2枝铅笔,为什么?如果把6枝铅笔放进5个文具盒,结果是否一样呢?把7枝铅笔放进6个文具盒呢?
把10枝铅笔放进9个文具盒呢?把100枝铅笔放进99个文具盒呢?引导学生得出一般性的结论:
只要放的铅笔数比文具盒的数量多1,总有一个文具盒里至少放进2枝铅笔。接着,可以继续提问:如果要放的铅笔数比文具盒的数量多2,多3,多4呢?
引导学生发现:只要铅笔数比文具盒的数量多,这个结论都是成立的。通过这样的教学过程,有助于发展学生的类推能力,形成比较抽象的数学思维。
2.例2提供了让学生把5本书放进2个抽屉的情境,在操作的过程中,学生发现不管怎么放,总有一个抽屉至少放进3本书,从而产生**原因的愿望。学生仍然可以采用枚举的方法,把5分解成两个数,有(5,0),(4,1),(3,2)三种情况。在任何一种结果中,总有一个数不小于3。
更具一般性的仍然是假设的方法,即先把5本书“平均分成2份”。利用有余数除法5÷2=21可以发现,如果每个抽屉放进2本,还剩1本。把剩下的这1本放进任何一个抽屉,该抽屉里就有3本书了。
研究了“把5本书放进2个抽屉”的问题后,教材又进一步提出“如果一共有7本书,9本书,情况会怎样?”的问题,让学生利用前面的方法进行类推,得出“7本书放进2个抽屉,总有一个抽屉至少放进4本书,9本书放进2个抽屉,总有一个抽屉至少放进5本书”的结论。在此基础上,让学生观察这几个“抽屉问题”的特点,寻找规律,使学生对这一类“抽屉原理”达到一般性的理解。
例如,学生可以通过观察,归纳出“要把a(a是奇数)本书放进2个抽屉,如果。
a÷2=b1,那么总有一个抽屉至少有(b+1)本书”的一般性结论。
教学例2时,仍应鼓励学生用多样化的方法解决问题,自行总结“抽屉原理”。例如,在解决“5本书放2个抽屉”的问题时,由于数据较小,学生用动手操作或分解数的方法仍有其直观、简单的特点,这也是学生最容易想到的方法。但由于枚举的方法毕竟受到数据大小的限制,随着书的本数的增多,教师应该进行适当的引导。
例如,可以提问学生“125本书放进2个抽屉呢?”由于数据很大,用枚举法解决就相当繁琐了,就可以促使学生自觉采用更一般的方法,即假设法。假设法最核心的思路就是把书尽量多地“平均分”给各个抽屉,看每个抽屉能分到多少本书,剩下的书不管放到哪个抽屉,总有一个抽屉比平均分得的本数多1本。
这个核心思路是用“有余数除法”这一数学形式表示出来的,需要学生借助直观,逐步理解并掌握。当学生利用有余数除法解决了本例中的三个具体问题后,教师应引导学生总结归纳这一类“抽屉问题”的一般规律,要把某一数量(奇数)的书放进2个抽屉,只要用这个数除以2,总有一个抽屉至少放进数量比商多1的书。例如,要把125本书放进2个抽屉,125÷2=621,因此,总有一个抽屉至少放进63本书。
如果进一步一般化的话,就是:要把。
a个物体放进n个抽屉,如果a÷n=bc(c≠0),那么一定有一个抽屉至少可以放(b+1)个物体。这一结论与前文提到的“把多于kn个物体任意分放进。
n个空抽屉(k是正整数),那么一定有一个抽屉中放进了至少(k+1)个物体”意思是完全一致的。需要注意的是,例2中“某个抽屉至少有的书的本数”是除法算式中的商加“1”,而例2中除法算式的余数也正好是1,很容易让学生错误地理解成是商加“余数”,并迁移到“做一做”,想成至少有“2(商)+2(余数)”,把结论变成“至少有4只鸽子要飞进同一个鸽舍里”。事实上,只要学生从本质上理解“抽屉原理”的推理过程,就能克服这种错误理解。
例3是“抽屉原理”的具体应用,也是运用“抽屉原理”进行逆向思维的一个典型例子。要从4个红球和4个蓝球中摸出2个同色的球,问最少需要摸出几个球。要解决这个问题,可以联想到前两个例题中的“抽屉问题”。
因为一共有红、蓝两种颜色的球,可以把两种“颜色”看成两个“抽屉”,“同色”就意味着“同一抽屉”。这样,就可以把“摸球问题”转化成“抽屉问题”。假设最少要摸出a个球,a÷2=1b,当b =1时,a就是最小的,此时。
a=3。即至少要摸出3个球,才能保证有两个球是同色的。
教学时,要先引导学生思考本例的问题与前面所讲的抽屉原理是否有联系,有什么样的联系,应该把什么看成抽屉,要分放的东西是什么。但学生在思考这些问题的时候,一开始可能会缺乏思考的方向,很难找到切入点。此时,可以让学生先自由猜测,再验证。
例如,有的学生会猜测“只摸2个球能否保证这2个球同色”,只要举出一个反例就可以推翻这种猜测,如这两个球正好是一红一蓝时就不能满足条件。再如,由于受到题目中“4个红球和4个蓝球”这个条件的干扰,许多学生会猜测要摸的球数只要比其中一种颜色的个数多1就可以了,即“至少要摸出5个球才能保证一定有2个是同色的”。为了验证这个猜测,学生会自觉地把“摸球问题”与“抽屉问题”联系起来,把两种颜色看成两个抽屉。
根据5÷2=21,可以知道,摸出5个球时至少有3个球同色。因此,摸出5个球是没有必要的。在教学的过程中,在实际问题和“抽屉问题”之间架起一座桥梁并不是一件非常容易的事。
如果学生在理解时存在比较大的困难时,也可以引导他们这样思考:球的颜色一共有两种,如果只取两个球,会出现三种情况:两个红球、一个红球一个蓝球、两个蓝球。
如果再取一个球,不管是红球还是蓝球,都能保证三个球中一定有两个同色的。
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