初等代数研究论文

方程思想及其课程教学设计

摘要：准确把握方程思想是进行方程课程设计、教科书编写和教学实施的必要前提和重要基础。方程是从现实生活到数学的一个提炼过程，一个用数学符号提炼现实生活中的特定关系的过程。方程思想的核心在于建模、化归。方程的学习，从一开始就应该让学生接触现实的问题，学习建模，学习把日常生活中的自然语言等价地转化为数学语言，得到方程，进而解决有关问题；而解方程的设计要点在于再现化归的思想方法。

关键词：方程；数学思想；课程设计；教学设计

随着教育改革的不断深入，与中小学数学中的大部分内容一样，人们对方程思想的认识也在悄悄地发生着变化。一些参与数学新课程设计、课程标准实验教科书编写的专业人员，教学一线上从事数学课程实施的广大教师、教研员，甚至专门从事中小学数学教育研究的高校教学研究人员，对方程思想的模糊认识、困惑甚至迷茫，或多或少地阻碍了数学课程改革的进程。为此，我们对包括方程思想在内的中小学数学课程改革中的一系列重大的热点问题进行了系列研究。

一、方程思想的本质

方程长期以来一直是中小学数学中的一项重要内容，方程思想具有很丰富的含义，其核心体现在：（1）建模思想；（2）化归思想，如在中小学数学中，三元一次方程可以化归为二元一次方程，二元一次方程可以化归为一元一次方程，一元一次方程最终化归为x=a

的形式。虽然大学《高等代数》中有方程的矩阵解法，但是，对中小学生来说，用这种解法解二元一次方程、三元一次方程是不可取的。事实上，矩阵解法涉及的因素太多，不符合这个年龄段儿童的特点。对初中生来说，学习方程内容最主要的事情集中在两个方面：一方面是建模，另一方面是会解方程。对于后者来说，解方程的关键在于转化，即将新的问题化归为以前可以解决的问题，利用以前的算法解决。这种化归、迭代的思想正是当代计算机的思想。长期以来，中小学数学教育界一直存在这样的观点：一元一次方程比小学四则算术进步，但两者没有本质的不同。其实不然，两者有本质的区别：小学四则运算仅仅提供一种算法，而一元一次方程则比较全面地展示了建模思想──用等号将相互等价的两件事情联立，等号的左右两边等价，至于其中的关系是用自然语言表示的，还是用数学符号表达的，都不太重要，重要的是等号左右两边的两件事情在数学上是等价的。这就是数学建模的本质表现之一。方程一般有两种情况出现，一种是仅出现未知数，另一种是既出现未知数，也出现未知的系数。在目前的初中数学中，只存在含未知数的方程这样一种情况，没有含未知系数的方程。但是，在经济数学和现实应用中，将出现大量含有可以变动系数的方程。在初中数学中，解一元一次方程，只需要将含有未知数的项放到方程的一边，将不含未知数的项放到方程的另一边，就可以解出未知数的值，这是解方程的核心工作。而解的具体过程就要用到四则运算。为此，在进行解一元一次方程的课程设计、教材编写、教学实施时，必须突出化归这个重点，至于合并同类项、通分等问题，虽然是代数式的重点内容，但不是这里的重点。否则，就会陷入繁琐运算的误区。从这个意义上讲，一元一次方程课程的重点就是让学生掌握“建模”

思想，学会“化归”方法，其中，前者是列一元一次方程的重点，后者是解一元一次方程的重点。对二元一次方程来说，也有类似的解释。

二、方程思想的含义及典型观点辨析

方程思想阐述了这样一个基本观点（1）方程是刻画现实世界的有效模型；（2）方程没有一般解法；（3）特殊方程用特殊解法。

方程不能看作是建立“已知和未知之间的桥梁”，四则运算实质上才是这样的桥梁。事实上，四则运算是将已知全部写在等号的一边，只不过没有写出“=x”而已，这才是在已知和未知之间建立了一个桥梁。方程不是这样，方程根本没有经过任何运算，只是阐述了一个事实本身，一个没有经过任何加工的事实本身。方程只是在说明两件事情是等价的。在进行方程的课程设计和教学实施时，可以先让学生用自然语言阐述所述的事情，然后抽象成数学表达，最后用数学符号建立方程，解决问题。这正是建模的过程。当然，与中小学数学中的方程不同的是，现实应用中的数学建模往往含有可以变动的未知系数──含有变动系数的方程，它代表了不同场合下同一个方程模型的适应情况。

事实上，仅仅用语言，同样可以把方程问题阐述清楚，但是，逻辑上容易出现混乱。用数学符号来阐述就容易得多。小学传统的列算式解应用题就是这样一种情况。所以，初中必须学会抽象──将关系抽象为数学符号。在这里，有两个过程，一个是抽象过程，一个是运算过程。不论是抽象过程，还是运算过程，都含有逻辑问题，每一步都不能出错。因此，方程问题不能过分地停留在数学层面上，特别是在初中数学中，必须使学生真正体会到数学与现实生活密不可分的联系，体会方程是从现实生活到数学的一个提炼过程，一个用数学符号提炼现实生活中的特定关系的过程，而传统的小学应用题则主要地停留在描述阶段。

三、方程的教育价值

方程建模的思想对人的教育价值体现在两个方面：一个是建模，这是一个抽象过程；另一个是化归，三元一次方程化归为二元一次方程，二元一次方程化归为一元一次方程。在计算机上，这实际上表现为一个框图，这里有一个运算逻辑的思想。方程的学习有两点特别重要，一个是抽象、概括，另一个是做事情的运筹和逻辑的条理。做一件事情，脑子里要始终有一个比较清晰的思路、计划。当然，方程的抽象在于：围绕着既定的目标（解决给定的问题）进行有效的抽象，而不是进行漫无边际的抽象。在抽象时，要紧紧围绕“保值、增值投资方案的设计”这个目标，开展建模过程，列出方程，而不是漫无边际地设想。学生学习方程的意义在于：一是学习在生活中从错综复杂的事情中，将最本质的东西抽象出来，这个过程是非常难的，也很有训练的价值；二是在运算中遵循最佳的途径，将复杂的问题简单化，这种优化思想对于人的思维习惯的影响是深远的。在中小学数学中，最害怕将方程问题形式化。希尔伯特的形式化对数学有很大的贡献，但是，在中学时期，过早地形式化、过度形式化对学生害大于益！

四、关于方程课程教学设计的若干问题

（一）关于方程的应用题

以往的方程教学设计思想的一个误区，在于把思路搞反了。方程的教学本应该“先是进行生活中的提炼，然后到数学表达，到形式化的过程，再到最终解决方程问题”，而不是“先给出形式化的方程定义，然后解形式化的方程，最后再进行方程的应用”。长期以来，我们对方程应用习题的设计、处理太理想化了，几乎直接变成数学符号了。这不是真正意义上的