Решение алгебраических уравнений в детском саду с помощью весов на сенсорно–образном познавательном уровне

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Решение алгебраических уравнений в детском саду с помощью весов на сенсорно-образном познавательном уровне

1. Анализ ситуации

Сначала авторы хотят отметить один интересный факт. Дело в том, что математическому уравнению в системе математического образования крайне не повезло. В любом математическом учебнике вы найдете формальное определение уравнения, а вот содержательного уже не найдете нигде.

Складывается впечатление, что уравнения в математике вообще никак не связаны с жизнью. Просто школьной программе требуется знакомить детей с уравнениями. Наверное, знакомят для того, чтобы чем-то загрузить школьные программы. Причем этих уравнений существует целый океан.

Видимо, не нарешавшись в школе, ученики продолжают решать уравнения уже на студенческом уровне. Интересно, что решают они куда больше, чем составляют. Так ведь это и понятно: на сей раз нужно загрузить программу по высшей математике.

И вот так решая математические уравнения, никому не приходит в голову: кому они так понадобились в жизни? Юристам? Скульпторам? Ведь столько времени их решают в школе! Какой смысл в этих уравнениях? Откуда они берутся и почему они встречаются только на уроках математики в средней школе? В детском-то саду их не решают.

Проблема с математическими уравнениями обстоит куда серьезнее, чем выбранный авторами язык. Это проблема всего математического моделирования. Пора разобраться с этим хитрым объектом.

2. Содержательный смысл математического уравнения

Вникая в смысл слова «уравнение» мы понимаем, что оно выражает процесс уравнивания. Что именно уравнивается и зачем? По-видимому, уравнивать можно что-то с чем-то и именно об этом говорит тот факт, что уравнение выражается равенством двух частей.

Но в чем состоит смысл уравнивания? Ведь это значит, что до уравнивания эти части были разными, и мы пытаемся сделать их одинаковыми. Это, в свою очередь, означает, что мы пытаемся сбалансировать что-то. Вопрос теперь состоит в том: что именно мы пытаемся сбалансировать и зачем?

Теперь мы пришли к главному содержательному смыслу уравнения: это логическая форма выражения баланса, какого-то качества. Но остался вопрос: зачем мы пытаемся сбалансировать это качество? И тут опять выясняется главная мысль: мы пытаемся создать равновесие.

Создание равновесия в некотором процессе балансирования качества. Дело в том, что равновесие выражает закон гармонии в природе. Все природные процессы являются процессами колебаний, и это колебание происходит около положения равновесия.

Если система разбалансирована, то она не может находиться вблизи положения равновесия и потому даже малые внешние силы способны привести ее к катастрофе - состоянию бесконтрольности в поведении. С помощью уравнения мы осуществляем контроль поведения системы около положения равновесия. Вот почему управляя системой нам важно, чтобы она не вышла из-под контроля и была устойчива.

Теперь осталось выяснить: чем мы управляем и что пытаемся сбалансировать? Ведь в зависимости от этого мы увидим разные типы математических уравнений.

Мы управляем такими объектами, как:

количества - связи - движения - строения - конструкции - системы.

Необходимость в управлении этими объектами приводит нас к необходимости логически представить процесс балансирования. Логической формой выражения баланса и является математическое уравнение.

3. Решение алгебраических уравнений в детском саду с помощью взвешивания шоколадок

Сейчас воспитатели детских садов будут поражены возможностям чашечных весов. Чтобы учителя математики понимали о чем идет речь, авторы приводят также логическую форму математического уравнения в символическом виде.

Возьмем кубик со стороной 1см., который сделан из дерева. Он представляет модель шоколадной дольки. Можно его покрасить в коричневый цвет. Будем склеивать кубики вместе, создавая из них палочки размером от 2см. до 10 см. Затем будем склеивать между собой палочки, создавая из них квадратные и прямоугольные шоколадки. Наконец, склеивая между собой квадратные и прямоугольные шоколадки, создадим кубические шоколадки и брусковые шоколадки. Конструктор к работе готов.

Теперь мы начнем решать различные алгебраические уравнения с помощью весов. Все время мы будем уравнивать правую чашку весов с помощью левой чашки.

3.1 Решение алгебраического уравнения в натуральных числах

Не ограничивая общности, мы рассмотрим более простое уравнение . Из способа решения этого уравнения станет понятен общий метод.

Авторы будут пользоваться обычными чашечными весами. Вместе с тем, весы можно сделать любые. Главное, чтобы в них была левая и правая части. Положим 4 кубика на правую чашку весов. Затем поставим вопрос: нужно найти такие одинаковые по величине 2 палочки из кубиков, чтобы, положив их на левую чашку весов, весы были в равновесии. Из скольких кубиков сложены эти палочки?

Понятно, что решением будет число 2 - количество кубиков в палочке. Теперь рассмотрим уравнение и вопрос поставим тот же самый. Выясняется, что таких палочек нет вообще. Итак, в одном случае равновесие получается, а в другом не получается.

Рассмотрим более общее уравнение . Попытаемся понять: когда такие палочки найти можно и когда нельзя. Оказывается что таких случаев много и они приводят ребенка к тому, что в одних случаях равновесие достигается, а в других не достигается. В этом смысле, уравнение не всегда имеет решение. Значит, прежде чем его решать нужно выяснить: имеет оно решение или нет? Так ребенок приходит к первой проблеме: делимости на 2 равные части конечного количества. Решение уравнения породило 2 вида конечных количеств: делящиеся на 2 равные части и неделящиеся. Заметим, что никакими символами мы не пользовались. После этого, можно изучить решение уравнений: , решение которых приводит к новым количествам: делящимся и неделящимся на 3 равные части. Этих двух примеров вполне достаточно, чтобы ребенок, тяготеющий к математике, заинтересовался общей проблемой делимости количества на равные части. Такой проблемный подход позволяет на решении уравнений познакомиться с делимостью конечных количеств на равные части раньше чем будет изучена делимость натурального числа.

3.2 Решение алгебраического уравнения в натуральных числах

Не ограничивая общности, мы рассмотрим более простое уравнение. Из способа решения этого уравнения станет понятен общий метод.

Положим 8 кубиков на правую чашку весов. Затем поставим вопрос: Нужно найти такие одинаковые по величине 2 квадрата из кубиков, чтобы, положив их на левую чашку весов, весы были в равновесии. Из скольких палочек сложены эти квадраты? Понятно, что решением будет число 2 - количество палочек в квадрате. Теперь рассмотрим уравнение и вопрос поставим тот же самый. Выясняется что таких квадратов нет вообще. Итак, в одном случае равновесие получается, а в другом не получается.

Рассмотрим более общее уравнение. Попытаемся понять: когда такие квадраты найти можно и когда нельзя. Оказывается, что таких случаев много и они приводят ребенка к тому, что в одних случаях равновесие достигается, а в других не достигается. В этом смысле, уравнение не всегда имеет решение. Значит, прежде чем его решать нужно выяснить: имеет оно решение или нет? Так ребенок приходит ко второй проблеме: составление конечного количества в форме квадрата. Решение уравнения породило 2 вида конечных количеств: квадрируемых (элементы количества образуют квадрат) и неквадрируемых (элементы количества не образуют квадрат). Заметим, что никакими символами мы не пользовались опять и пришли к иррациональным числам, которые представляют неквадрируемые количества.

После этого можно изучить решение уравнений:, решение которых приводит к новым количествам: квадрируемым и неквадрируемым. Этих двух примеров вполне достаточно, чтобы ребенок, тяготеющий к математике, заинтересовался общей проблемой квадрируемости конечных количеств. Такой проблемный подход позволяет на решении уравнений познакомиться с иррациональными числами. Кроме того, ребенок находит квадрат числа когда считает кубики в квадрате и извлекает квадратный корень когда считает палочки в квадрате.

3.3 Решение алгебраического уравнения в натуральных числах

Не ограничивая общности, мы рассмотрим более простое уравнение. Из способа решения этого уравнения станет понятен общий метод. Положим 16 кубиков на правую чашку весов. Затем поставим вопрос: Нужно найти такие одинаковые по величине 2 куба из квадратов, чтобы, положив их на левую чашку весов, весы были в равновесии. Из скольких квадратов сложены эти кубы? Понятно, что решением будет число 2 - количество квадратов в кубе. Теперь рассмотрим уравнение и вопрос поставим тот же самый. Выясняется что таких кубов нет вообще. Итак, в одном случае равновесие получается, а в другом не получается. Рассмотрим более общее уравнение. Попытаемся понять: когда такие кубы найти можно и когда нельзя. Оказывается, что таких случаев много и они приводят ребенка к тому, что в одних случаях равновесие достигается, а в других не достигается. В этом смысле, уравнение не всегда имеет решение. Значит, прежде чем его решать нужно выяснить: имеет оно решение или нет?

Так ребенок приходит ко второй проблеме: составление конечного количества в форме куба. Решение уравнения породило 2 вида конечных количеств: кубируемых (элементы количества образуют куб) и некубируемых (элементы количества не образуют куб). Заметим, что никакими символами мы не пользовались опять и пришли к иррациональным числам, которые представляют некубируемые количества.

После этого можно изучить решение уравнений:, решение которых приводит к новым количествам: кубируемым и некубируемым. Этих двух примеров вполне достаточно, чтобы ребенок, тяготеющий к математике, заинтересовался общей проблемой кубируемости конечных количеств.

Такой проблемный подход позволяет на решении уравнений познакомиться с иррациональными числами уже нового типа. Кроме того, ребенок находит куб числа когда считает кубики в кубе и извлекает кубический корень когда считает квадраты в кубе.

Представление о квадрируемости и кубируемости конечного количества подводят ребенка к проблеме меры: измерять величину плоских и объемных тел с помощью единиц измерений - кубиков.

Выводы

математическое уравнение пропедевтика алгебра

1. В статье впервые дан содержательный смысл математического уравнения.

2. В статье приводится оригинальный конструктор, который становится средством конструирования знаний о делимости конечных количеств, а также их квадрируемости и кубируемости.

3. В статье рассмотрены конкретные примеры, представляющие пропедевтику алгебры в детском саду.

Размещено на Allbest