1.7. Методика изучения алгебраического материала в начальном курсе математики

План:

1. Цели изучения алгебраического материала в начальных классах.

2. Свойства арифметических действий, изучаемые в начальных классах.

3. Изучение числовых выражений и правил порядка выполнения действий:

- одного порядка без скобок;

- одного порядка со скобками;

- выражения без скобок, включающие 4 арифметических действия, со скобками.

4. Анализ числовых равенств и неравенств, изучаемых в начальных классах (сравнение двух чисел, числа и числового выражения, двух числовых выражений).

5. Введение буквенной символики с переменной.

6. Методика изучения уравнений:

а) дайте определение уравнения (из лекций по математике и из учебника математики для начальной школы),

б) выделите объем и содержание понятия,

в) каким методом (абстрактно-дедуктивным или конкретно-индуктивным) будете вводить это понятие? Опишите основные этапы работы над уравнением.

Выполните задания:

1. Объяснить целесообразность использования в начальных классах неравенств с переменной.

2. Подготовить сообщение к занятию о возможности формирования у учащихся функциональной пропедевтики (через игру, через изучение неравенств).

3. Подобрать задания для учащихся по выполнению существенных и несущественных свойств понятия «уравнение».

Рекомендательная литература

1. Абрамова О.А., Моро М.И. Решение уравнений // Начальная школа. – 1983. – № 3. – С. 78-79.

2. Ыманбекова П. Средства наглядности при формировании понятия «равенство» и «неравенство» // Начальная школа. – 1978. – № 11. – С. 38-40.

3. Щадрова И.В. О порядке действий в арифметическом выражении // Начальная школа. – 2000. – № 2. – С. 105-107.

4. Шихалиев Х.Ш. Единый подход к решению уравнений и неравенств // Начальная школа. – 1989. – № 8. – С. 83-86.

5. Назарова И.Н. Ознакомление с функциональной зависимостью при обучении решению задач // Начальная школа. – 1989. – № 1. – С. 42-46.

6. Кузнецова В.И. О некоторых типичных ошибках учащихся, связанных с вопросами алгебраической пропедевтики // Начальная школа. – 1974. – № 2. – С. 31.

Общая характеристика методики изучения алгебраического материала

Введение алгебраического материала в начальный курс математики позволяет подготовить учащихся к изучению основных понятий современной математики, например таких, как «переменная», «уравнение», «неравенство» и др., способствует развитию у детей функционального мышления.

Основные понятия темы – «выражение», «равенство», «неравенство», «уравнение».

Термин «уравнение» вводится при изучении темы «Тысяча», но подготовительная работа к ознакомлению учащихся с уравнениями начинается с 1 класса. Термины «выражение», «значение выражения», «равенство», «неравенство» включаются в словарь учащихся начиная со 2 класса. Понятие «решить неравенство» в начальных классах не вводится.

Числовые выражения

В математике под выражением понимают постоянную по определенным правилам последовательность математических символов, обозначающих числа и действия над ними. Примеры выражений: 7; 5 + 4; 5 · (3 + в); 40 : 5 + 6 и т.п.

Выражения вида 7; 5 + 4; 10 : 5 + 6; (5 + 3) · 10 называют числовыми выражениями в отличие от выражений вида 8 – а; (3 + в); 50 : к, называемых буквенными выражениями или выражениями с переменной.

Задачи изучения темы

1. Научить учащихся читать простейшие выражения.

2. Познакомить учащихся с правилами порядка выполнения действий над числами и в соответствии с ними выработать умение находить числовые значения выражений.

3. Познакомить учащихся с тождественными преобразованиями выражений на основе арифметических действий.

В методике ознакомления младших школьников с понятием числового выражения можно выделить три этапа, предусматривающие ознакомление с выражениями, содержащими:

- одно арифметическое действие (I этап);

- два и более арифметических действий одной ступени (II этап);

- два и более арифметических действий разных ступеней (III этап).

С простейшими выражениями – суммой и разностью – учащихся знакомят в I классе (при изучении сложения и вычитания в пределах 10); с произведением и частным двух чисел – во II классе.

Уже при изучении темы «Десяток» в словарь учащихся вводятся названия арифметических действий, термины «слагаемое», «сумма», «уменьшаемое», «вычитаемое», «разность». Помимо терминологии, они должны также усвоить и некоторые элементы математической символики, в частности знаки действий (плюс, минус); они должны научиться читать и записывать простейшие математические выражения вида 5 + 4 (сумма чисел «пять» и «четыре»); 7 – 2 (разность чисел «семь» и «два»).

Сначала учащиеся знакомятся с термином «сумма» в значении числа, являющегося результатом действия сложения, а затем в значении выражения. Прием вычитания вида 10 – 7, 9 – 6 и т.п. основан на знании связи между сложением и вычитанием. Поэтому необходимо научить детей представлять число (уменьшаемое) в виде суммы двух слагаемых (10 – это сумма чисел 7 и 3; 9 – это сумма чисел 6 и 3).

С выражениями, содержащими два и более арифметических действий, дети знакомятся на первом году обучения при усвоении вычислительных приемов ± 2, ± 3, ± 1. они решают примеры вида 3 + 1 + 1, 6 – 1 – 1, 2 + 2 + 2 и др. Вычисляя, например, значение первого выражения, ученик поясняет: «К трем прибавить один, получится четыре, к четырем прибавить один, получится пять». Аналогичным образом поясняется решение примеров вида 6 – 1 – 1 и др. Тем самым первоклассники постепенно готовятся к выводу правила о порядке выполнения действий в выражениях, содержащих действия одной ступени, которое обобщается во II классе.

В I классе дети практически овладеют и другим правилом порядка выполнения действий, а именно выполнения действий в выражениях вида 8 – (4 + 2); (6 - 2) + 3 и др.

Обобщаются знания учащихся о правилах порядка выполнения действий и вводится еще одно правило о порядке выполнения действий в выражениях, не имеющих скобок и содержащих арифметические действия разных ступеней: сложение, вычитание, умножение и деление.

При ознакомлении с новым правилом о порядке выполнения действий работу можно организовать по-разному. Можно предложить детям прочитать правило по учебнику и применить его при вычислении значений соответствующих выражений. Можно также предложить учащимся вычислить, например, значение выражения 40 – 10 : 2. ответы могут получиться разными: у одних значение выражения окажется равным 15 у других 35.

После этого учитель поясняет: «Чтобы найти значение выражения, не имеющего скобок и содержащего действия сложения, вычитания, умножения и деления, надо выполнить по порядку (слева направо) сначала действия умножения и деления, а затем (также слева направо) сложения и вычитания. В данном выражении надо сначала 10 разделить на 2, а затем из 40 вычесть полученный результат 5. значение выражения равно 35».

Учащиеся начальных классов фактически знакомятся с тождественными преобразованиями выражений.

Тождественное преобразование выражений – это замена данного выражения другим, значение которого равно значению заданного (термин и определение учащимся начальных классов не даются).

С преобразованием выражений учащиеся встречаются с 1 класса в связи с изучением свойств арифметических действий. Например, при решении примеров вида 10 + (50 + 3) удобным способом дети рассуждают так: «Удобнее десятки сложить с десятками и к полученному результату 60 прибавить 3 единицы. Запишу: 10+(50 + 3) = (10 + 50) + 3 = 63».

Выполняя задание, в котором надо закончить запись: (10 + 7) · 3 = 10 · 3 + 7 · 3 …, дети объясняют: «Слева сумму чисел 10 и 7 умножают на число 3, справа первое слагаемое 10 этой суммы умножили на число 3; чтобы сохранился знак «равно», надо второе слагаемое 7 также умножить на число 3 и полученные произведения сложить. Запишу так: (10 + 7) · 3 = 10 · 3 + 7 · 3».

При преобразовании выражений учащиеся иногда допускают ошибки вида (10 + 4) · 3 = 10 · 3 + 4. причина подобного рода ошибок связана с неправильным использованием ранее усвоенных знаний (в данном случае с использованием правила прибавления к сумме числа при решении примера, в котором сумму надо умножить на число). Для предупреждения таких ошибок можно предложить учащимся следующие задания:

а) Сравни выражения, записанные в левой части равенств. Чем они похожи, чем отличаются? Объясни, как вычислили их значения:

(10 + 4) + 3 = 10 + (4 + 3) = 10 + 7 = 17

(10 + 4) · 3 = 10 · 3 + 4 · 3 = 30 + 12 = 42

б) Заполни пропуски и найди результат:

(20 + 3) + 5 = 20 + (3 + ); (20 + 3) · 5 = 20 · ð + 3 · ð.

в) Сравни выражения и поставь между ними знак >,< или =:

(30 + 4) + 2 … 30 + (4 + 2); (30 + 4) + 2 … 30 · 2 + 4 · 2.

г) Проверь вычислением, верны ли следующие равенства:

8 · 3 + 7 · 3 = (8 + 7) · 3; 30 + (5 + 7) = 30 + 7.

Буквенные выражения

В начальных классах предусматривается проведение – в тесной связи с изучением нумерации и арифметических действий – подготовительной работы по раскрытию смысла переменной. С этой целью в учебники математики включаются упражнения, в которых переменная обозначается «окошком». Например, ð < 3, 6 < ð, ð + 2 = 5 и др.

Здесь важно побуждать учащихся к тому, чтобы они стремились подставить в «окошко» не одно, а поочередно несколько чисел, проверяя каждый раз, верная ли получатся запись.

Так, в случае ð < 3 в «окошко» можно подставить числа 0, 1, 2; в случае 6 < ð - числа 7, 8, 9, 10, 20 и др.; в случае ð + 2 = 5 можно подставить только число 3.

В целях упрощения программы по математике для начальных классов и обеспечения ее доступности буквенная символика как средство обобщения арифметических знаний не используется. Все буквенные обозначения заменяются словесными формулировками.

Например, вместо задания

в	4	5	6	7
3 · в

Предлагается задание в такой форме: «Увеличь число 3 в 4 раза; в 5 раз; в 6 раз; …».

Равенства и неравенства

Ознакомление учащихся начальных классов с равенствами и неравенствами связано с решением следующих задач:

- научить устанавливать отношение «больше», «меньше» или «равно» между выражениями и записывать результаты сравнения с помощью знака;

- научить читать равенства и неравенства.

Методика формирования у младших школьников представлений о числовых равенствах и неравенствах предусматривает следующую этапность работы.

На I этапе, в первую очередь учебную неделю, первоклассники выполняют упражнения на сравнение совокупностей предметов. Здесь целесообразнее всего использовать прием установления взаимно однозначного соответствия. На этом этапе результаты сравнения еще не записываются с помощью соответствующих знаков отношения.

На II этапе учащиеся выполняют сравнение чисел, сначала опираясь на предметную наглядность, а затем на то свойство чисел натурального ряда, в соответствии с которым из двух различных чисел то число больше, которое при счете называют позже, и то число меньше, которое называют раньше. Установленные таким образом отношения дети записывают с помощью соответствующих знаков. Например, 3 > 2, 2 < 3. В дальнейшем при изучении нумерации (в концентрах «Сотня», «Тысяча», «Многозначные числа») для сравнения чисел полезно применять два способа, а именно устанавливать отношения между числами: 1) по месту их расположения в натуральном ряду; 2) на основе сравнения соответствующих разрядных чисел, начиная с высших разрядов. Например, 826 < 829, так как сотен и десятков в этих числах поровну, а единиц в первом числе меньше, чем во втором.

Так же можно сравнивать величины: 4 дм 5 см > 4 дм 3 см, так как дециметров больше, чем во второй. Кроме того, величины можно сначала выразить в единицах одного измерения и уже после этого сравнивать их: 45 см > 43 см.

Подобные упражнения вводятся уже при изучении сложения и вычитания в пределах 10. Их полезно выполнять с опорой на наглядность, например: учащиеся выкладывают на партах слева четыре кружка, а справа четыре треугольника. Выясняется, что фигур поровну – по четыре. Записывают равенство: 4 = 4ывают сумму 4 + 1. Слева фигур больше, чем справа, значит, 4 + 1 > 4.

Используя прием уравнения, учащиеся переходят от неравенства к равенству. Например, на наборное полотно ставят 3 гриба и 4 белочки. Чтобы грибов и белочек было поровну, можно добавить один гриб (тогда будет 4 гриба и 4 белочки).

На наборном полотне 5 легковых и 5 грузовых машин. Чтобы одних машин было больше, чем других, можно: 1) убрать одну (две, три) машину (легковую или грузовую) или 2) добавить одну (две, три) машину.

Постепенно при сравнении выражений дети переходят от опоры на наглядность к сравнению их значений. Этот способ в начальных классах является основным. При сравнении выражений учащиеся могут также опираться и на знания: а) взаимосвязи между компонентами и результатом арифметического действия: 20 + 5 · 20 + 6 (слева записана сумма чисел 20 и 5, справа – сумма чисел 20 и 6. Первые слагаемые этих сумм одинаковые, второе слагаемое суммы слева меньше, чем второе слагаемое суммы справа, значит, сумма слева меньше, чем сумма справа: 20 + 5 < 20 + 6; б) отношение между результатами и компонентами арифметических действий: 15 + 2 · 15 (слева и справа сначала было поровну – по 15. Затем к 15 прибавили 2, стало больше, чем 15); в) смысла действия умножения: 5 + 5 + 5 + 5 + 5 · 5 · 3 (слева число 5 взяли слагаемым 5 раз, справа число 5 взяли слагаемым 3 раза, значит, сумма слева будет больше, чем справа: 5 + 5 + 5 + 5 + 5 > 5 + 5 + 5); г) свойств арифметических действий: (5 + 2) · 3 · 5 · 3 + 2 · 3 (слева сумму чисел 5 и 2 умножают на число 3, справа находят произведения каждого слагаемого на число 3 и складывают их. Значит, вместо звездочки можно поставить знак «равно»: (5 + 2) · 3 = 5 · 3 + 2 · 3.

В этих случаях вычисления значений выражений используются для проверки правильности постановки знака. Для записи неравенств с переменной в начальных классах используется «окошко»: 2 > ,  = 5,  > 3.

Первые упражнения такого вида полезно выполнять с опорой на числовой ряд, обращаясь к которому учащиеся замечают, что число 2 больше единицы и нуля, поэтому в «окошко» (2 > ) можно подставлять числа 0 и 1 (2 > 0, 2>1).

Аналогично выполняются и другие упражнения с окошком.

	1		2		3		4		5		6		7		8		9		10

Основным способом при рассмотрении неравенств с переменной является способ подбора.

Для облегчения значений переменной в неравенствах предлагается выбирать их из конкретного ряда чисел. Например, можно предложить выписать те из данных чисел ряда 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, при которых верна запись  - 7 < 5.

При выполнении данного задания ученик может рассуждать так: «Подставим в «окошко» число 7: 7 минус 7 будет 0, 0 меньше 5, значит число 7 подходит. Подставим в «окошко» число 8:8 минус 7 получится 1, 1 меньше 5, значит, число 8 тоже подходит … Подставим в «окошко» число 12:12 минус 7 получится 5, 5 меньше 5 – неверно, значит число 12 не подходит. Чтобы запись  - 7 < 5 была верной, в «окошко» можно подставить любое из чисел 7, 8, 9, 10, 11».

Уравнения

В конце 3 класса дети знакомятся с простейшими уравнениями вида: х + 8 = 15; 5 + х = 12; х – 9 = 4; 13 – х = 6; х · 7 = 42; 4 · х = 12; х : 8 = 7; 72 : х = 12.

Ребенок должен уметь решать уравнения двумя способами:

1) способом подбора (в простейших случаях); 2) способом, основанным на применении правил нахождения неизвестных компонентов арифметических действий. Приведем пример записи решения уравнения вместе с проверкой и рассуждений ребенка при его решении:

х – 9 = 4 х = 4 + 9 х = 13

13 – 9 = 4 4 = 4

«В уравнении х – 9 = 4 икс стоит на месте уменьшаемого. Чтобы найти неизвестное уменьшаемое, нужно к разности прибавить вычитаемое (х = 4 + 9). Проверим: из 13 вычтем 9, получим 4. получилось верное равенство 4 = 4, значит уравнение решено правильно».

В 4 классе ребенка можно познакомить с решением простых задач способом составления уравнения.