《鸽巢问题》教材分析日照第四小学朱玉雪。
抽屉原理”**于一个基本的数学事实。将三个苹果放到两只抽屉里,要么在一只抽屉里放两个苹果,而另一只抽屉里放一个苹果;要么在一只抽屉里放三个苹果,而另一只抽屉里不放。这两种情况可用一句话概括:
一定有一只抽屉里放入两个或两个以上的苹果。虽然我们无法断定哪只抽屉里放入至少两个苹果,但这并不影响结论。如果我们把一切可以与苹果互换的事物称为元素,而把一切可以与抽屉互换的事物称为集合,那么上面的结论就可以表述为:
假如把多于个元素按任一确定的方式分成个集合,那么有一个集合中至少含有2个元素。还可以表述为:把多于(是正整数)个元素按任一确定的方式分成个集合,那么一定有一个集合中至少含有(+1)个元素。
“抽屉原理”是数学的重要原理之一,在数论、集合论和组合论中有很多应用。它也被广泛地应用于现实生活中,如招生录取、就业安排、资源分配、职称评定等方面,我们经常会看到隐含在其中的“抽屉原理”。
由此可见,所谓“抽屉原理”,实际上是一种解决某种特定结构的数学或生活问题的模型,体现了一种数学的思想方法。让学生经历将具体问题数学化的过程,初步形成模型思想,体会和理解数学与外部世界的紧密联系,发展抽象能力、推理能力和应用能力,这是《义务教育数学课程标准(2024年版)》的重要要求,也是本单元的编排意图和价值取向。
教材编排的“抽屉原理”涉及三种基本的形式:第一种,只要物体的数量比抽屉多,那么一定有一个抽屉放进了至少两个物体。那么,这里的“一定有一个抽屉”是什么意思?
“至少两个物体”是什么意思?“一定有一个抽屉”是存在性;“至少两个物体”是可以多于两个物体,可以是两个,也可以是三个、四个甚至更多。第二种,即是“把多于kn(k是正整数)个元素放入n个集合,总有一个集合里至少有(k+1)元素”。
若k为1,就是第一种情况,可见第一种情形实际是第二种情形的特例。第三种情况是把无限多个物体(如红球、蓝球各4个)放进有限多个抽屉(两种颜色),那么一定有一个抽屉放进了无限多个物体(至少2个同色的球)。
一、与实验教材(《义务教育课程标准实验教科书数学六年级》,下同)的主要区别在例题的教学前,编排了一个给学生表现“魔术”的主题情境,使学生产生**魔术背后的数学原理的强烈欲望。修订后的教材对本单元例2的相关数据进行了调整。
二、教材例题分析。
例1:本例描述“抽屉原理”的最简单的情况。着重**为什么这样的结论是成立的。
教材呈现了两种思考方法:第一种方法是用操作的方法,罗列所有的方法,通过完全归纳的方法看到在这四种情况都是满足结论的;还可以是说理的方式,先放3支,在每个笔筒里放1支,这时。
剩下1支。剩下的1支不管放入哪一个笔筒中,这时都会有一个笔筒里有2支铅笔。这种方法比第一种方法更为抽象,更具有一般性。
通过本例的教学,使学生感知这类问题的基本结构,掌握两种思考的方法──枚举和假设,理解问题中关键词语“总有”和“至少”的含义,形成对“抽屉原理”的初步认识。
例2:本例描述“抽屉原理”更为一般的形式,即“把多于(是正整数)个物体任意分放进个空抽屉里,那么一定有一个抽屉中放进了至少(+1)个物体”。教材首先**把7本书放进3个抽屉里,总有一个抽屉里至少放进3本书的情形。
当数据变得越来越大时,如果还用完全归纳的方法把所有的情形罗列出来的话,对于学生来说是有困难的。这时需要学生用到“反证法”这样一种思想,即如果所有的抽屉最多放2本,那么3个抽屉里最多放6本书,可是题目中是7本书,还剩1本书,怎么办?这就使学生明白只要放到任意一个抽屉里即可,总有一个抽屉里至少放进3本书。
通过这样的方式,实际上学生是在经历“反证法”的这样一个过程。在具体编排这道例题的时候,在数据上进行了一个很细微的调整。在过去,由于数据的问题,学生会得到不太正确的推论,比如说如果是两个抽屉的话,最后得到的余数总是1,那么学生很容易得到一个错误的结论:
总有一个抽屉里放进“商+余数”本书(因为余数正好是1)。而实际上,这里的结论应该是“商+1”本书,所以教材在这里呈现了8除以3余2的情况,这时候余数是2,可是最后的结论还是“把8本书放进3个抽屉里,总有一个抽屉至少放进了3本书”。通过这样的数据方面的调整,可以让学生得到一个更加正确的推论。
例3:跟之前教材的编排是一样的,是抽屉原理的一个逆向的应用。要解决这个问题,可以把两种“颜色”看成两个“抽屉”,“同色”就意味着“同一个抽屉”。
这样,就可以把“摸球问题”转化为“抽屉问题”。教材通过学生的对话,指出了可以通过先猜测再验证的方法来解决问题,也反映了学生在解决这个问题时可能会遇到的困难。很多学生误以为要摸5次才可以摸出球,这可以让学生通过实验来验证。
在教学中要注意的问题:第一,要让学生经历数学证明的过程,在这里不是让学生计算抽屉原理,去应用,而更多的是给出一个结论,让学生去证明这种结论的正确性,这就是一种数学证明的思想;第二,要有意识地培养学生的模型思想。因为“抽屉原理”在生活中的变式是多样的,比如让学生判断13个孩子中一定有两个人的生日在同一个月份,让学生去判断367个孩子中一定有两个人的生日是同一天……在解决这些问题的过程中,教师要引导学生明确什么是抽屉原理中的“物体”,什么是“抽屉”,让学生把这些具体问题模型化成一个“抽屉问题”。
第三,重视实践活动,帮助学生在自主**中理解原理,将具体的情况推广到一般。在例1中给出具体的问题(4支铅笔放到3个笔筒里),让学生在**的过程中,逐渐找到一般的规律。第四,恰。
当保持教学要求,因为数学广角内容只是让学生经历这样的数学思想的感悟,在评价上不做特别高的要求。本单元的教学重难点是初步了解“抽屉原理(鸽巢原理)”,培养学生的“模型思想”。
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