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正本清源是教学“比”的关键

2022-03-02广西防城港市防城区江山镇中心小学538038陈剑春

小学教学参考 2022年20期
关键词:同类比值运算

广西防城港市防城区江山镇中心小学(538038) 陈剑春

人教版实验教科书和2014年人教版教材中诠释比例时,采用的数据有所不同。一个是航天员手持的国旗长15厘米、宽10厘米,长、宽比为15比10,可记作15∶10,15∶10=15÷10=就是比值;另一个是“神舟五号”平均90分钟绕地球飞行一圈,轨道长42252 km,并指出“轨道长和飞行时间的比是42252比90”。

参考相关资料后,不得不思考以下问题:

1.在小学数学教学中,怎样引入“比”和“比值”的概念比较合适?“比”到底是“两数之比”还是“两量之比”,还是可以通用、混用?

2.“神舟五号”宇宙飞船绕地球飞行一圈的轨道长与时间比为42252比90,那么按常理,比值应为42252÷90=(或469.464)。而依教师用书所言,“两个非同类量的比可以衍生出一个全新的数量”,那么所得比值该不该带单位“千米/分”?

3.在小学阶段,有无必要推介非同类量衍生的“比”和“比值”的概念?

一、对“比”的各种解释

人教版教材第十一册第43页中对“比”是这样定义的:“两个数进行除法运算的过程也叫作两数之比。”“被除数叫作比的前项,除数叫作比的后项,所得的商叫作比值。”“比值一般可以用分数表示,也可换作小数或整数。”在后续改版的教材中,对“比”的定义大同小异,都是按照除法来定义的。而教师用书中却这样描述:“两个同类量的比也可以表示它们的倍率关系,两个非同类量的比则可以引申出一个全新意义的数量。如‘路程比时间’就会衍生出一个崭新的量——速度。”

对比新旧教材,不难发现“比的认识”一节的修订痕迹。老教材曾用球赛比分来介绍比,这显然不是“正宗”的数学比,或许只是编者借用一个专业术语来类比推出数学比。新版本的教材是用路程除以时间等于速度、总价除以数量等于单价等异类量的相除,衍生出全新量来介绍比,这原本是除法应用题型,却被拿来充作“比”的引入素材。那么既然有了除法,为何多此一举,平白无故地引入新概念“比”,这不是添乱吗?

《辞海》中如此定义“比”:“两个同类量相比,如果以b为标尺度量a,称为a比b,所得的k值称为比值。”这兴许就是比的“始祖”。教材废除这些“繁文缛节”,直截了当将“比”定义成除法,这样做等于对除法进行二次定义。这样的改编,是对是错?武断草率地把“比”看作除法的第二定义,知识的生成性过程该如何落实?

对比可知,《辞海》中“比”的定义重在揭示其本质,而教材则避重就轻,避实就虚,仅仅显露其外形。学生看到“比”这个字,首先想到的是“比较”,而六年级的学生对于如何比较两个数已是行家里手:第一是比较差值,直接作差即可;第二是倍率关系,用除法求商即可。可见,“比”这一概念来源于“比较”。用倍数反映大小就是一种“比”的关系,这就是求商比较法。

由于数学的系统性和复杂性,数学中存在很多高度重合的循环概念,如除法这个概念,既可以定义分数,又可以定义比,它可以作为纽带将分数和比连接起来。可见,这些概念本就是一个不可分裂的整体,同时又各自具有独特性和独立性,它们在外延上高度重叠,在内涵上却又互不包含。“比”偏向于表示两个量的权重对比,而不是追求两个量的运算结果,重在两个量(主要是同类量)的静态比较关系,而不在于分清谁是部分、谁是整体。“比”的前项和后项是两个完全对等的量,性质、含义完全相同,因此,“比”不可以与分数和除法完全画上等号。

二、对“比”追根溯源、正本清源

综上,可以给“比”下一个确切的定义:“两个同类量a、b,如果以b为基准去度量a,那么a和b就建立了比的关系,称之为a比b,记作a∶b。a÷b=k称为比值。”下面,通过一些示例来深化“比”的本意。

【例1】冲泡咖啡时,用1杯咖啡粉加3杯温水。咖啡粉和温水的体积比是1比3,记作1∶3。比值是。

【例2】用1杯奶茶粉加5杯水兑成茉莉奶茶。奶茶粉和温水的体积比是1比5,记作1∶5。比值是。

【例3】在某时刻,以楼房影子衡量楼房高度,形成2比1的关系,记作2∶1,比值是2÷1=2。

首先,“比”是一种数量关系。“比”不能等同于除法运算,只是在求比值时必须用到除法运算,实际上,“比”大多数时候只是反映一种对峙状态,一种静态比较,可以不必求出比值,没有比值,比例关系依然存在。如例1中,1杯咖啡粉要用3杯水冲调,冲调咖啡时直接按照“1比3”来调配即可,记作1∶3。此时,算出比值反而没有实际意义。换言之,只有需要求出比值时,除法才会派上用场,1∶3可以只是一种对比的状态,1÷3则是除法运算,目的直指商。

其次,“比”是比例的前概念,可以引申为一种正比例函数关系,例如,某旗杆和影长的比,就构成一种函数关系。事实上,在同一时刻,旗杆高度与影长的比率是恒定的,即不同高度的旗杆与其影长的倍数关系恒定。比的概念还要深化为比例,为未来学习正比例函数埋好伏笔。当然,有的“比”的关系存在偶发性,不一定构成比例关系。

再次,“比”是同类量的比较关系,也可以扩张到不同类量中。不过,同类量之比是“源头”,不同类量之比只是“支流”。日常生活中非同类量的比随处可见。例如,移动积分兑换业务,规定1000积分可以兑换100M流量。积分与流量就不是同类量,它们的兑换比为10分∶1M。

最后,不同类量的比,不应作为“比”概念的引入。“神舟五号”平均90分钟绕地球飞行一圈,轨迹长42252 km。“路程和时间的比是42252比90”这样描述似有不妥。路程除以时间等于速度,这样的比体现不出路程与速度的比较与对峙状态。用不同类量作为“比”概念的引入,本末倒置。因此,对于“比”的举例,应该从简单的数据比说起,如咖啡粉和水的体积之比为1比3等。

前面讲到,“比”的概念有着独特的内涵,但是,由于其与除法和分数有着千丝万缕的联系,所以经常被混为一谈。要想通过对比辨析展露抽象的概念本身的特性是十分困难的,最好的办法就是赋予其现实情境,而不同的概念适用的现实情境会有所差别。在除法和分数无法演绎的情境中,推出“比”这一概念就显得很有必要了。如前面出示的冲泡咖啡和奶茶、测量楼房高度等案例,都是只适合用“比”来表示两个变量的关系,而不适合用除法和分数来表示,突出了“比”的特殊性:表示两个变量的函数关系,并以此作为比例的前概念出现。

三、“比”与除法的区别

计算比值虽离不开除法,但是“比”与除法是有区别的。如前所述,“比”可以只作为一种对峙关系,一种临界状态,而除法拥有自己的领地,可以脱离“比”的管辖。例如,小明公务员笔试和面试的成绩分别是92和90,那么两科的平均分为91分。这里求平均分时的除以2就与“比”风马牛不相及。

教学中可以将同类量之比和不同类量之比做一番比较。

【例1】NBA某场比赛中火箭队对湖人队的比分为55比50,差距5分。(用加减法比较差距)

【例2】某收藏家收藏了6颗红宝石,3颗蓝宝石,红宝石比蓝宝石多。6是3的2倍,称为6比3,记作6∶3;蓝宝石少,只是红宝石的,可写作3比6,记作3∶6。(这里的“比”是用除法来计算倍率差距,和例1有分别)

【例3】调配鸡尾酒时合理的配比是4杯柠檬汁加2杯汤力水。我们说柠檬汁和汤力水的用量比是4比2,记作4∶2。

【例4】某厂家生产的国旗尺寸有6种规格,长与宽分别为(单位:毫米):1号,2880,1920;2号,2400,1600;3号,1920,1280;4号,1440,960;5号,960,640;6号,660,440。长度是宽度的几倍?这些国旗规格不一,但长都是宽的1.5倍,因此形状都是一致的,符合法定标准。由此可顺势定义“两个同类量a、b,若以a是b的倍数k来描述其大小关系,称为a比b,记为a∶b。a÷b=k,数k就是比值。这个比较的结果就是a除以b的商”。(这里先比较“同类量”,突出“比较”的对峙状态,最后为了算出比值才用到除法,为后续推广“比例”埋下伏笔。)

“比”和除法的关系一直是困扰学生的问题,将二者放在不同的情境中固然能够直观比较出差异,但是这种差异之间又有某种联系,因为“比”有时是需要求出比值的,如6颗红宝石∶3颗蓝宝石=6÷3=2(倍);除法运算有时又可以看作是静态的“比”,如6颗红宝石÷3颗蓝宝石=6∶3。因此,“比”和除法还是很容易混淆的。不妨先将“比”的类型一分为二,分成同类量之比和不同类量之比,再将这两类分别与除法对比,就可以发现“比”和除法的联系和区别:同类量之比放到除法里就是求倍率或者分率;而不同类量之比算不上真正的“比”,只能表示通过除法运算衍生出一个新的量。这样比较之下,就可以将“比”和除法的关系彻底厘清。由此可见,除法有多重意义,“比”也有多重意义,它们只是在某些层面上有交集。

小学教育是基础教育,小学数学教材所呈现的内容应当有助于揭示最基本的数量关系。“比”的概念,作为小学阶段的一个重要数学概念,内涵深刻,教材编排时应该抓住其本质——比较,再不断演变扩展,而不能操之过急,舍本逐末。

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