搜索
情境论文速递
位置:首页 > 情境论文速递

情境速递 |王建兰:开发数学游戏课程 培养学生核心素养

2024-09-25

  利用游戏探究数学知识,可以让学生在愉悦的情境中发展数学思维,有利于培养学生的数学核心素养。可以通过挖掘游戏中的数学元素,或创编蕴含数学思想的游戏等方法,来开发数学游戏课程。用游戏作为课程载体,教做学三者合一,让学生用数学的眼光分析游戏,用数学的思维思考游戏规律,用数学的语言表达游戏策略。



开发数学游戏课程 培养学生核心素养


文 | 王建兰 江苏省南通师范学校第二附属小学

  数学游戏课程,是以启发数学思维为核心,以培养学生数学核心素养为目的,以富含数学知识和思想的游戏为学习载体的课程形式。利用游戏探究数学知识,可以让学生兴趣盎然、乐此不疲地不断思考,让学生的数学思维不停生长,让学生的数学核心素养逐步形成。

开发数学游戏课程的意义

  游戏因其趣味性、挑战性和随机性,是大家喜闻乐见的活动形式。儿童对游戏的喜爱是不言而喻的。很多游戏在玩的时候,除了有一定的随机性,也就是所谓的运气成分外,还蕴含着技巧和策略,而这些技巧和策略的使用与数学有着密切的关系,深入挖掘并利用这些游戏中的数学元素,能让学生各方面得到发展。

  (一)发展思维能力

  数学游戏课程,是以游戏为载体,通过玩游戏来提高学生的学习兴趣,培养学生的思维能力。数学游戏的迷人之处,就在于能让学生在宽松、愉悦的心境下自觉地思考,不断探究。数学游戏中需要大量的数学知识和数学思维,数学知识掌握好的,逻辑推理能力强的,在玩游戏时往往能胜人一筹。充分体现了课程标准所说的,数学在形成人的理性思维、科学精神和促进个人智力发展中发挥着不可替代的作用。

  (二)培养动手操作能力

  陶行知说过:行是知之始,知是行之成。数学游戏课程离不开学生“做游戏”,学生知晓游戏规则之后,一定是要通过“行动”——也就是“做游戏”来进行进一步学习的,边做游戏边探究规律,游戏越做越好,规律也越探越明,再将探究出的结果应用到游戏中去,动手操作能力和数学思维能力合力共赢,两者不断螺旋上升。

  (三)提高学生学习兴趣

  陶行知说过:“学”和“乐”不可分离。不难看出,数学游戏课程就是“学”和“乐”的完美结合体。数学游戏成为学生快乐源泉的同时,也成为思维的载体。学生在上数学游戏课时,一直处于或好奇、或兴奋、或迷茫、或豁然的状态,游戏的趣味性和挑战性一直伴随着学生的学习过程。学生要赢得游戏的欲望直接变成探究知识的内驱力,学生在“学”中“乐”,在“乐”中“学”。

  (四)培养学生的规则意识和交往能力

  游戏不仅是儿童快乐的源泉,同时也是儿童发展认知和形成社会交往能力的重要方法。儿童可以在游戏中进一步社会化,在游戏过程中,儿童需要遵守一定的游戏规则,喜欢玩、乐意玩,却不能凭着自己的性子玩。在游戏中,儿童掌握了社会性的行为规范,培养了规则意识和意志品质。游戏有输有赢,可以丰富儿童的情绪体验,让儿童学会处理自己的积极情绪和消极情绪。

开发数学游戏课程的方法

  (一)利用教材资源开发

  苏教版数学教材中有很多这样的素材,如直接以游戏形式出现的,如《巧算24点》《七巧板》等;还有教材中的“动手做”内容,很多可以开发成游戏课程。再有就是在学生学习数学知识之后,开发相应的数学游戏课程,例如,在学生学习了有余数除法的知识之后,可以设计“抢30”的游戏。学生两人一组游戏,两人一次报数,从1开始,每人每次至少报1个数,最多报3个数,一人报完后,另一人接着往下报,报到30的那个人赢。这个游戏就要学生利用有余数除法的知识找到游戏策略。

  (二)利用现有游戏开发

  在日常生活中,有很多的游戏可以挖掘出数学思想,或者应用数学知识能找到赢得游戏的方法。我们可以将这些游戏中的数学元素凸显,将这类游戏开发成数学游戏课程。

  例如,现代数学的一个新分支是博弈论,它又称为对策论、赛局理论等,博弈论也是运筹学的一个重要学科。博弈论是研究具有斗争或竞争性质现象的数学理论和方法。博弈论考虑游戏中的个体的预测行为和实际行为,并研究它们的优化策略。可以根据三大博弈论来设计数学游戏。如其中的威佐夫博弈,原型是:有两堆各若干个物品,两个人轮流从某一堆或同时从两堆中取同样多的物品,规定每次至少取一个,多者不限,最后取光者得胜。根据教学对象的年龄特征,将游戏简化,设计成有一个“智取棋子”的游戏:有两堆物品,两个人轮流从某一堆中取物品,规定每次至少取一个,多者不限,最后取光者得胜。

  上文中提到的“抢30”数学游戏课程,就是结合另一个博弈论和有余数除法开发的。

  还有可以根据华容道、四巧板、数独和一笔画等游戏,开发相应的数学游戏课程。

  合适的游戏,才能让其成为数学思维的载体,这是利用数学游戏课程培养学生核心素养的基础。

应用数学游戏课程的策略

  (一)培养学生用数学的眼光分析游戏规则

  数学游戏课程是以游戏为课程资源的载体,呈现给学生的首先是一个游戏,学生在知晓游戏规则的时候,要用数学的眼光分析游戏规则。

  例如,“抢30”的游戏,学生在明确游戏规则,初玩游戏之后,自然就会产生疑问,是不是每次抢到30的那个人就是运气好呢?会不会在这里暗藏什么规律,能否找到一个必定会赢的策略呢?学生必须要用数学的眼光分析其中的数量关系,分析最后抢到的“30”这个数,和之前每一个人所报的最少“1”、最多“3”存在着怎样的数量关系。学生形成对这个游戏的好奇心与想象力,主动参与探究活动,发展创新意识。

  再如“汉诺塔”游戏。游戏源于一个传说:在一座庙里,一块黄铜板上插着三根针。在其中一根针上从下到上地穿好了由大到小的64片金片,这就是所谓的汉诺塔。不论白天黑夜,总有一个人在按照下面的法则移动这些金片:一次只移动一片,不管在哪根针上,小片必须在大片上面。有人预言,当所有的金片都从原有穿好的那根针上移到另外一根针上时,世界就将消灭,地球上所有的一切也都将同归于尽。这个游戏看上去和数学的关系并不大,但经过仔细分析,就发现这个游戏最终要解决的问题,就是搬动所有的金片从原有穿好的那根针上移到另外一根针上时所用的总时间。要知道这个总时间,就要知道搬运的次数。这些问题的解决都和数学知识分不开。

  学生用数学的眼光分析游戏规则,发展了学生运用数学知识与方法发现、提出、分析和解决问题的能力。

  (二)培养学生用数学的思维思考游戏规律

  平时的很多游戏,需要游戏者“走一步想三步”,所以游戏者一直处于思考状态。数学游戏课程因其核心就在于启发学生思维,所以在玩数学游戏过程中,对游戏者的思维要求更高。

  如“抢30”的游戏中,学生可以通过倒推的策略,找到抢30的关键数,分别为26、22、18、14、10、6和2。再观察这些数的特征,找到一次减少的数“4”在游戏规则中是每次可报的最大数和最小数的和,再推导出首次是先报还是后报,如何报数。再思考,如果更改游戏中每次报数的最少个数和最多个数,或者更改要抢的那个数,应该怎样报数。整个游戏过程,学生都在不停思考,探究出可以用有余数除法的知识得出规律。

  陶行知说过:教学做是一件事,不是三件事。我们要在做上教,在做上学。不在做上用功夫,教固不成为教,学也不成为学。玩游戏也称为“做游戏”,可见“做”“学”和“教”在数学游戏课程中是密不可分的。例如,“汉诺塔”的游戏,要让学生总结移动次数的规律,必须让学生将游戏做起来,学生在操作过程中探究移动的次数。将汉诺塔上的圆片由小到大依次编号为①、②、③……,学生从移动第①片,移动1次就可以完成;回到初始状态后,移动2片,需要先讲第①片移走(1次),再移动第②片到第三根柱子(1次),再将第①片移到第三根柱子(1次),一共需要3次;移动3片,先要将上面的①②两片移走(3次),再移第③片(1次),最后将①②两片移回来(3次),要移动7次;移动4片,先移动①②③号圆片(7次),移动④号圆片(1次),再移动①②③号圆片(7次),共移动15次……

  得出:

  移动1片的次数=1次,

  移动2片的次数=移动1片的次数+1+移动1片的次数=3次,

  移动3片的次数=移动2片的次数+1+移动2片的次数=7次,

  移动4片的次数=移动3片的次数+1+移动3片的次数=15次,

  移动5片的次数=移动4片的次数+1+移动4片的次数=31次,

  ……

  通过观察数据可得,3、7、15、31……这个数列的后一个数,都是前一个数的2倍多1。移动的次数可以写成:

  移1片:1=21-1

  移2片:3=(21-1)+1+(21-1)=2x21-1=22-1

  移3片:7=(22-1)+1+(22-1)=2x22-1=23-1

  移4片:15=(23-1)+1+(23-1)=2x23-1=24-1

  移5片:31=(24-1)+1+(24-1)=2x24-1=25-1

  ……

  这里,移动1片时的次数用(21-1)表示,移动n片的次数如果用(2n-1)次表示,那么移动(n+1)片,就是(2(2n-1)+1)=(2n+1-1)次表示。这种探究方式,渗透了数学归纳法的思想。

  如果要移动64片,次数就为264-1。这是一个非常大的数据,老师告知学生结果:264-1=18446744073709551615,假如按照一秒移动一次,移动完64片圆片,共需多长时间呢?18446744073709551615秒大约是5845亿年以上。

  这表明移完这些金片需要5845亿年以上,而地球存在至今不过45亿年,太阳系的预期寿命据说也就是数百亿年。真的过了5845亿年,不说太阳系和银河系,至少地球以及上面的一切生命,都不复存在。我们不可能活到5千多亿年以后,不可能看完64片金片移动的过程,但我们的思维可以想象移动的全过程,可以算出移动的总次数,可以估出移动的总时间,这就是思维的魅力,这就是数学的魅力。

  探究这个游戏的结果,从一步步动手做游戏开始,一边做一边想一边总结归纳,数学思路逐渐通透,数学思维不断升华,直至推算出游戏结果。

  (三)培养学生用数学的语言表达游戏策略

  当学生用数学的思维思考游戏策略,探究出玩数学游戏的规律之后,要求学生用数学的语言表达出来,这也是检验学生在游戏课程中数学素养是否真正得以提升的标准。

  如在上文的“智取棋子”游戏中,经过学生自主探究,让学生总结出赢得游戏的方法:如果两堆棋子的个数相同,后拿赢,每一次拿和对手同样的个数,如果两堆棋子的个数不同,先拿相差数,再用两堆棋子个数相同的方法就可以了。这个规律的表述,用了数学中分类、对应、转化的数学思想,提高了学生用数学语言概括规律的能力。

  再如“抢30”的数学游戏,可以不断改变游戏规则,如改变最后抢的目标数,改变每一次最少报的数和最多说的数。最后请学生概括出赢得游戏的方法:用抢的目标数除以最少数和最多数的和,如果没有余数,后说的赢,根据对手说出数的个数来决定自己说的数的个数,控制每一轮和对手说出的数的个数,一共是最少数和最多数的和。如果有余数,先说和余数相同个数的数,然后再用上面的方法就可以赢得游戏。游戏策略的表述,只有通过数学语言才能简洁表达观点,只有清晰的数学逻辑思维才能准确表达观点。

  数学游戏课程中,数学游戏是课程的载体,探究游戏策略是培养学生数学思维的着力点,其核心是在数学游戏课程中理解数学知识、发展数学思维、渗透数学思想,培养学生的核心素养。教师有意识、有目的地开发数学游戏课程,符合儿童的年龄特征。儿童从游戏中习得的经验更有趣味性、深刻性、自主性。数学游戏课程,可以成为学生学习数学的一味很好的添加剂或加餐。