我們一直反複在說,要盡可能吸收題目的營養,要提升做題效率。用較少的習題,達到較多的訓練效果,這是脫離題海困境唯一的路。
但“吸收營養”、“提升效率”,這些說法都太虛了,誰不想做一題頂十題,可關鍵是要怎麼做才能達到這個效果?
對于中高年級來講,有一種方法對此幫助極大,也就是今天要講的一題多解。
今天不妨以大家極為熟悉的雞兔同籠問題為例,給家長們談談一題多解的重要性。
當然,對于孩子來講,光說重要性就遠遠不夠了,因為人有天生的惰性,幾乎不可能為了長遠的重要性,而心甘情願在當下付出數倍努力。
所以在給孩子講為啥要一題多解時,難度就要大很多。這要求老師在引入一種方法時,還要給出與之匹配的提升問題,倒逼孩子們感受到其他方法的局限性。
這樣的體驗多了,他們才能切身感受到單一方法的局限,以及其他方法的妙處,才能慢慢擺正心态,接受一題多解的學習方式。
在下面的講解過程中,我們也會提供這方面的引導。
雞兔同籠的标準問題,是這樣的。
例1:籠中裝有雞和兔,共有頭10個,共有腳32隻,請問雞和兔各有幾隻?
這題的解法相當多,通常大家在3、4年級奧數題裡,會講這些方法。
方法1:假設法
先假設全是雞,那麼應該有10×2=20隻腳,但是實際有32隻腳,因此我們假設的不對,需要把某些雞換成兔。那麼換幾隻呢?
把1隻雞換成1隻兔,腳從2隻變成4隻,即增加2隻,現在我們共需要增加32-20=12隻腳,因此需要換12÷2=6隻,因此有6隻兔,4隻雞。
上述過程,可以簡單用下圖來表示。
方法2:擡腳法
讓雞和兔都擡起兩隻腳,共擡起10×2=20隻腳,還剩32-20=12隻腳。這樣雞就沒有腳了,而兔子還剩兩隻腳。此時的腳全部都是兔子的,因此兔子有12÷2=6隻。
上述過程,可以簡單用下圖來表示。
方法3:公式法
這個沒啥好說的,屬于我們最不推薦的那一種。
兔子隻數=(雞兔的總腿數-2×雞兔的總隻數)÷2
=(32-2×10)÷2
=6隻
大家不難發現,這個公式本身就是上述兩種思路的推理結果,隻是非要跳過過程,強行總結出一個公式出來,實在是莫名其妙。
好了,中低年級常見的三種方法已經介紹完了。除了第三種完全不推薦,一二兩種方法都挺巧妙,對訓練中低年級數量關系有一定幫助。
多數同學,學到這裡就會非常滿足了。因為無論用方法1還是方法2,都可以完美解決标準的雞兔同籠問題。
但實際上,這是遠遠不夠的。為了說明這一點,這裡要出一個擴展案例。
例2:籠中裝有雞和兔,共有頭10個,雞腳比兔腳少22隻,請問雞和兔各有幾隻?
這題唯一的變化,是把雞腳和兔腳的和,變成了雞腳和兔腳的差。
不少同學,遇到這點局部變化就不會下手了,就是根本還沒理解題目的精髓。
首先,如果學的是公式法,将會被直接淘汰掉。因為公式的局限性極大,隻能适應标準問題,根本無法做到舉一反三。
而一些技法,還可以拿來用一用。比如這題,利用假設法還是可以處理的,但有些局部需要調整,這需要學生自己分析出某些數量關系,要求就高了一些。
假設法:
假設全是雞,那麼雞腳有10×2=20隻,兔腳有0隻。此時雞腳比兔腳多出20隻。如果換一隻兔,雞腳少2隻,兔腳多4隻,二者之差就變化6隻。因此需要換(20 22)÷(2 4)=7隻兔。
這裡有兩個難點,一個是換一隻兔,腳差值不再是原來的4-2=2隻,而是4 2=6隻。第二個難點,假設時雞腳比兔腳多,最後雞腳比兔腳少,二者要相加20 22。
經過測試,在沒見過也不講的前提下,能依靠原始假設法,同時把這兩點想明白做對的同學,比例還是很少的。
這是因為,大家在學習和使用假設法的時候,隻關注如何去用,卻從未想過方法是如何被總結出來的。這導緻一旦假設路徑變化,就用不出來了。
講到這裡,就要再提出一種方法,列表法。
這是蘇教版6年級課本在講雞兔同籠問題時提供的方法,展示一下:
方法4:列表
考慮到雞和兔都是整數,無非是某些組合而已,因此可以列表試探:
如表,我們試探了4次,就直接把答案試探出來了,雞為3隻,兔為7隻的時候,腳相差22隻。
有些同學非常鄙夷這種方法。因為課本問題比較簡單,都是标準問題,直接套公式或者用假設法就能做出來的。
但你發現,如果真的略有變化,比如這題要算腳的差值,那麼通過列表就非常容易做,列算式反而不太容易了。
甚至如果你觀察比較仔細,從表中很容易就找到規律,即每增加一隻兔,差異是要減少6。這樣再去列算式,就會簡單很多。
所以列表法的精髓,并不是真的要去一行行列出來,比如雞兔和有100隻時,根本不會有人去這麼幹的。列表法真正的精髓,是把某幾行的數據詳細展示出來,并以此找到明确的規律,再利用這種規律幫助我們列式計算。
從這個角度來看,列表法是比假設法更底層的方法。它适用的場景更多,更容易搞清局部變化,起點路徑更靈活。至于假設法,隻不過是列表法的一種結果而已。
多說一句,大家應該非常重視列表法。它在枚舉、找規律等領域是底層核心方法,除了雞兔同籠問題以外,還能解決海量的問題。
學到這裡,有四種方法了,夠了麼?
其實仍然是不夠的,因為這題如果再變化一下,管你假設還是列表,都很難解決。
例3:籠中裝有八爪魚和雙頭貓,共有頭25個,共有腳80隻,請問八爪魚和雙頭貓各有幾隻?
大家不要被這題的表層迷惑,認為是在故意難為大家。事實上,六年級試卷中有很多題目的底層結構,與此幾乎一緻,這裡隻不過以雞兔問題的形式來闡述而已。
這題假設法很難列出式子,列表法也很難找出規律(除非一種一種去列表試探)。究其原因,剛才那些題目很容易找到規律,主要在于無論如何換,它們的頭總量是不變的。
而這一題,在底層結構上變複雜了,因為一旦換魚為貓,非但腳數會變,頭數也會變,這就動搖了假設法的基礎。
類似的雙變量問題,很顯然是方程的解決領域。因此高年級的方程法,是必須要學,也必須要學好的。
解:設貓為x隻,則貓頭有2x個,則魚有(25-2x)隻。
魚腳 貓腳=80
8(25-2x) 4x=80
解得 x=10
答:雙頭貓有10隻,八爪魚有5隻。
方程法,才是解決雙變量問題的絕佳方法。這也是我們到了高年級後,遇到複雜變量關系時,會首選方程法的主要原因。
總結
公式法、擡腳法這種,雖然看似直觀,但屬于局部小技巧,根本無法推廣适用。
假設思想,是具有一定推廣意義的算法。但推廣難度稍高,且有一定局限性。
列表找規律,其實是假設法的源頭。而且列表是很底層的分析方法,在枚舉、找規律等多種問題中有廣泛用處。
至于方程,無需多言,雙變量等更複雜的變量關系中,它是快速解決問題的王者。
所以你看,看似一題,其實如果展開來講,能幫助我們學習各種解題方法,同時理解它們的局限性,以及在某些領域内特定的優勢。
你掌握的方法越多,對每種方法理解越深刻,就越能把數學學成一個交叉體系。在今後的考試中,才有能力在短時間内找到最優方法,獲得超高的解題性價比。
而平時隻滿足于一種方法的孩子,是遠遠無法達到這個境界的。
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