國小二級學童乘法問題解題策略之變化以三位學童為例.doc
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1、花蓮師院學報民90 , 12期173-199頁國小二年級學童乘法問題解題策略之變化以三位學童為例許美華 台南市安南區安慶國小教師(收稿日期:2000年11日15日;接受刊登日期:2001年3日08日 摘 要本研究的目的在深入探討國小二年級學童正整數乘法問題解題策略之變化。資料蒐集以訪談為主,資料分析則以文件分析法為主。筆者以三位分屬高、中、低分組的二年級學童為訪談個案,以自編的訪談問卷為工具,來蒐集學童在六個不同階段(教學前、第三單元教學後、第五單元教學後、第七單元教學後、總結教學表現階段與確認期)的乘法解題策略和想法,並探討學習能力對學童解題策略變化的影響。此外,乘法問題的類型與數字大小對學
2、童解題策略之選用的影響,也是本文的探討重點之一。從蒐集到的資料中發現:(1)不同學習能力的學童都是從最初使用加法來解決乘法問題轉變成使用乘法來解題。(2)每一位學童從使用加法轉變成使用乘法的歷程並不相同,變化速度的快慢也因人而異。而比較三位學童不同階段的解題表現後發現,學童解題策略的改變歷程與變化速度不同主要是受到學童學習能力的影響。(3)不同類型的乘法問題與不同大小的數字範圍也會對學童解題策略的選用造成影響。關鍵詞:國小二年級學童、乘法問題策略之變化、個案研就關鍵詞:國小二年級學童、乘法問題解題策略之變化、個案研究壹、前言一、研究動機筆者在八十學年度與八十四學年度數學舊課程(根據六十四年課程
3、標準施行之課程)的乘法單元教學時,發現二年級學童在學習乘法時有:(1)在乘法教學初期,大多數學童僅能以連加法來解題,九九乘法表教學以後,則改為用乘法來解題,少有其他的解題方法;(2)機械性的背誦九九乘法表,並沒有真正的瞭解乘法的意義與使用時機;(3)不了解倍數的概念,無法正確表徵出倍數的意義;(4)乘數超過九時,常會有多算或少算的情形發生;以及(5)使用乘法來解決乘法問題時,被乘數和乘數常常會混淆,也就是將被乘數與乘數的位置對調等五種明顯的情形發生。在八十六學年度教學數學新課程(根據八十二年課程標準施行之課程)的乘法單元時,筆者曾利用自己與同事的班級(使用南一版的教材),共80位二年級學童為樣
4、本,以取自課本、習作的乘法問題來蒐集學童的解題策略。筆者以同一份試卷在乘法啟蒙教學前與教學後,各讓學童填寫一次,而從教學前、後所蒐集到的資料中發現:(1)學童除了連加法之外,還有其他的加法解題策略;(2)學童使用一些過渡型解法來解決還沒教過的乘法問題,例如二位數乘以二位數的問題。除此之外,筆者也發現自己班級的學童,並非只是從加法轉而使用乘法這麼簡單的來學會解決乘法問題而已,而是有許多互不相同的表現,例如有些學童很快便從使用加法轉而使用乘法,但有些學童直到教學後仍無法使用乘法,或是在面對不熟悉的乘法問題時會改以加法來解題。從文獻中發現,正整數乘法雖然被視為是最簡單的乘法運算(林原宏,民83;Be
5、ll, Greer, Grimison, & Mangan, 1989),但是有不少學童在乘法教學以後仍然無法理解與應用乘法。此外,在國內有關乘法的研究中,研究對象全都是中、高年級的學童(吳仁俊,民85;李光榮,民86;林原宏,民83;林碧珍,民80),研究的重點大多是乘、除法並進(李光榮,民86;林原宏,民83;林碧珍,民80),而研究方法則多是以教學晤談(teaching interview)的方式(吳仁俊,民85;李光榮,民86),來理解學童在某一段時間、某一數概念下的乘法解題策略。至於國外的研究(Bell et al., 1989; De Corte, Debaere, & Versc
6、haffel, 1994; Greer, 1992; Nesher, 1988; Schwartz, 1988; Usiskin & Bell, 1983; Vergnaud, 1988),則多數是探討乘、除法問題的數學結構與學童對乘、除法的迷失概念,二者皆缺少對低年級學童乘法解題策略的變化做深入的探討與研究。基於二年級學童在學習過程中有明顯的時間差和路徑差,以及缺乏低年級學童乘法研究的發現,筆者以國小二年級的學童為對象、以正整數的乘法問題為範圍,來探討國小二年級學童乘法問題解題策略的變化歷程,希望經由本研究的進行,能夠深入了解此一較少被探討的重要階段,一來讓國小的數學教育者能有一完整且連貫的
7、參考資料,二來對乘法啟蒙教材之編寫與教師教學方法之改進有所貢獻。二、研究目的本研究的主要目的在深入探討國小二年級學童正整數乘法問題解題策略的變化歷程,因為學童解題策略的使用受學習能力的影響,故筆者以不同的學習能力為考量來探討學童解題策略的變化。此外,由於乘法問題的設計牽涉到問題的類型與數字的大小,所以本研究也會連帶的探討問題類型與數字大小對學童解題策略變化的影響。三、名詞釋義1.學習能力:所謂的學習能力,就是從事行為改變或獲取知識、技能的能力(楊憲明,民85)。故學習能力應包括學童的各種能力,但在本研究中,筆者以學童的數學學習能力為主要考量來探討學童的解題策略變化,所以在學習能力的分類上,是以
8、學童國小一年級上、下學期以及二年級上學期之數學學期成績為主,並不包括其他科目之表現情形。2.乘法問題:本研究所呈現的乘法問題,包括等組型、直積型與比較型乘法問題,並不限於乘法啟蒙教材中所提及的單位轉換問題(大多數是等組型問題)與倍的問題(大多數是比較型問題)。3.變化:筆者從教學經驗中發現,學童在不同學習階段所使用的乘法解題策略不同,有些學童甚至在整個過程中都未曾使用某一種解題策略,因此,本研究所謂的變化是指學童從某一解題策略轉變成另一解題策略的過程。 四、研究限制本研究所涉及的教材範圍是國小二年級的乘法啟蒙教材,並未包括其他年級的乘法教材,也不包含二年級數學教材中的其他單元。此外,因為研究方
9、法與筆者時間、能力的限制,僅隨機挑選一個班級,然後從這個班級的高分組、中分組和低分組中各挑出一位學童做為深度訪談的個案,所以本研究的研究結果不宜過度推論。貳、文獻探討一、乘法問題解題策略的分類與發展順序Anghileri(1989)以訪談和觀察來分別蒐集4到12歲學童的乘法解題策略,然後按照計數程序的複雜程度,將學童的乘法解題策略歸納、整理成以下四種:單一式計數(unitary counting)、節奏式數數(rhythmic counting in groups)、數字模式(use of number pattern)和乘法事實的使用(use of multiplication facts)
10、,並在研究結果中發現,學童應該是從單一式計數、節奏式數數,發展到乘法事實的使用。Kouba(1989) 以乘法和除法問題來分別蒐集一到三年級國小學童的解題策略,並從資料中發現,學童的乘法文字題解題策略依據抽象程度可分成:直接表徵法(direct representation)、過渡型數數法(transitional counting)、加法(additive)和背誦乘法事實(recalled number fact),並從統計結果中發現,越低年級的學童使用的策略就越具體,因而策略的發展順序應該是從直接表徵法、過渡型數數法、加法,發展到背誦乘法事實。Mulligan(1992) 從70位國小二年
11、級學童長達二年的訪談中發現,學童乘法解題策略的表現層次有三:直接表徵後點數、無直接表徵之計數或相加、使用已知或推論出的加法或乘法事實。此外,Mulligan進一步將學童所使用的解題策略細分成九種:全數(counting all)、兩數同數(double counting)、跳數(skip counting)、連加法(repeated addition)、重複相加(additive doubling)、折半相加(additive halving)、已知的加法事實(known addition fact)、已知的乘法事實(known multiplication fact)和推論出的乘法事實(de
12、rived multiplication fact)。Mulligan 和Mitchelmore(1997)先按照計算策略(或稱抽象程度)將其他研究者所提出的乘法解題策略分成五種,並形成發展的順序為直接計數、節奏式計數、跳數、加法式計數和乘法式計數。然後以70位國小二年級學童做長達二年的訪談,而從研究結果中發現,學童的解題策略有七:單一式計數(unitary counting)、向前節奏式數數(rhythmic counting forward)、向前跳數(skip counting forward)、連加(repeated addition)、重複相加(additive doubling)、
13、已知之乘法事實(known multiplication fact)與推論之乘法事實(derived multiplication fact)。林慧麗(民80)以訪談法來分別蒐集幼稚園到國小二年級幼兒的乘法解題策略,然後依據抽象程度,將幼兒的乘法解題策略分成六種:直接表徵法、加法、跳數法、回憶法、數數法和未知法,並從不同年紀學童的表現中發現,解題策略的發展順序為直接表徵法、數數法、跳數法、加法和回憶法(未知法因學童不能清楚說明解答產生的歷程,因而無法決定其發展順序)。筆者從上述五個研究中發現,有多位研究者(林慧麗,民80; Anghileri, 1989; Kouba, 1989)是以橫斷研究
14、法(cross-sectional approach)來歸納出學童解題策略的發展順序,而用這種方法發展出的變化順序,頗令人質疑是否能適切代表學童的乘法解題策略之變化。因此,筆者以Mulligan(1992)以及Mulligan 和Mitchelmore(1997)兩個研究中所提出的發展順序為主,將乘法解題策略依據直接表徵(計數方法常是一一計數,包括使用手指來輔助的節奏式數數與跳數)、不需利用手指輔助的節奏式數數與跳數、加法運思、乘法運思、過渡型解法(利用已知的乘法事實來推演出問題的答數)等五種不同的認知階層來加以分類(如表2-1),並以此發展順序(直接表徵、節奏式數數、加法、乘法、過渡型解法)
15、作為本研究分析資料與詮釋結果的依據之一。二、乘法問題之情境模式乘法問題可以依據不同的參數來加以分類(許美華,民89b),但因國小二年級乘法啟蒙教材中文字題所使用的數字都是正整數,所以依據Greer(1992)的分類,將正整數乘法文字題分成以下四種:表2-1 乘法問題解題策略之分類與發展順序解題策略之提出者 分類(時間)解題策略之階層(以底線標出者為橫跨二個階段的解題策略)直接表徵節奏式數數與跳數加法運思乘法運思過渡型解法Anghileri(1989)1.單一式計數2.節奏式數數數字模式使用乘法事實使用乘法事實Kouba(1989)直接表徵法過渡型數數法加法背誦乘法事實背誦乘法事實Mulliga
16、n(1992)1.全數2.兩數同數3.跳數1.全數2.跳數3.兩數同數1.連加法2.重複相加3.折半相加4.已知的加法事實已知的乘法事實推論的乘法事實Mulligan & Mitchelmore(1997)單一式計數1.向前節奏式數數2.向前跳數1.連加法2.重複相加法已知的乘法事實推論的乘法事實林慧麗(民80)1.直接表徵法2.數數法1.數數法2.跳數法加法回憶法回憶法1.等組型問題(equal groups)是由一些內含有相同個數之物體的集合所構成的情境,等組情境以不同的方式出現,有些例子是自然重複的情形(如n個人有5n根手指頭);重做一連串的動作(如一次走3步,要走4次);和人們的習慣,
17、就如同將相同數目的東西給予一些人(如老師發給4個小朋友,每人5顆糖果)。等組情境的另外一種變化方式是比率的乘法(如每個人有4塊餅乾,3個人共有幾塊餅乾?),3個人是一個人的3倍,所以餅乾數也會增為3倍。2.直積(Cartesian product)是描述一種有序對(ordered pair)關係,每一個有序對都是由一個集合的每一個元素與另一個集合的所有元素有順序的結合而成。例如,小明有4件不同顏色的上衣和5條不同款式的長褲,可以用來搭配成不同的外出服,請問小明的外出服有幾種不同的搭配方式?在這個問題中,外出服是由上衣與長褲二個集合所合成的。直積問題除了上述的外出服組合問題(新集合是由二個已知集
18、合中的所有元素按照順序所合成的一種問題)之外,還包括陣列問題(問題中的物件是呈方陣排列的一種乘法問題)。例如,牆上的磁磚橫看有5列,直看有6排,請問牆上共有幾塊磁磚?這個問題可以利用直排的數目乘以橫列的數目來求出圖中的總數。3. 長方形面積(rectangular area)是將長方形任一邊和相鄰一邊的長度相乘,也可以把長方形分割成邊長為1公分的正方形,於是,長方形面積可以用正方形的個數來計數,這樣一個圖示和由m行和n列所形成的棋盤圖(就像上述的陣列問題)很類似。例如,長4公尺,寬5公尺的長方形,其面積為多少平方公尺?可以長度乘以寬度來求得長方形的面積,也可以用將長分成4個1公尺與將寬分成5個
19、1公尺所構成的棋盤圖,來求出面積。在直積問題和長方形面積問題的運算中,上衣和長褲、直排的數目和橫列的數目、長和寬、m和n等二個數字都被視為等價,也就是說,這二個數字都可以是被乘數,而不影響其運算結果。而在本研究中,考量二年級學童能力,長方形面積問題將以棋盤圖的形式呈現,其運算與直積型的陣列問題一樣,所以筆者將長方形面積問題和直積問題合成一類,稱為直積型乘法問題。4. 比較型乘法(multiplicative comparison)是一種常被以n倍是多少?來敘述的情境,例如,小華的蘋果是小明的3倍,如果小明有4個蘋果,小華有幾個蘋果?乘法因子(multiplicative factor,也就是3
20、倍)則被視為是乘數。此種比較型問題牽涉到二個量,小明的蘋果數是基準量,而我們則是利用基準量來求小華的蘋果數目(比較量)。除此之外,比較型乘法問題也可以被視為是多與一的對應(many-one correspondence),亦即小華的3個蘋果相當於小明的1個蘋果。依據上述的說明,筆者將乘法問題的分類以圖2-1呈現如下,而筆者將以此分類作為設計訪談問題的依據之一。乘法問題等組型問題 直積型問題 比較型問題圖2-1 乘法問題之分類三、相關教材之分析為了解各種版本所設計的教學內容,筆者依據乘法問題的分類(見圖2-1),將課本與習作中的例題和練習題,以一題為分類、統計的單位,將等組型、直積型和比較型三種
21、乘法問題的出現次數統計如表2-2。從表2-2中發現,在六種版本之乘法啟蒙教材中所設計的乘法問題,以等組型問題佔了絕大多數,約佔了教材總數的90;而直積型乘法問題則佔了7左右;比較型乘法問題所佔的份量最少,僅有3。教材的分析除了了解學童的學習內容,亦幫助訪談問題的編製與題數安排。受訪學童在研究期間使用南一書局版本的數學教材,而南一書局版本的乘法啟蒙教材共有三個單元,每個單元都各有其教學重點,筆者現在將各單元的教學重點以表2-3呈現如下。除南一版之外,筆者也參考國立編譯館版本的數學教材,所以本研究中乘法問題的數字大小範圍還包括了二位數乘以一位數的乘法問題,共有一位數乘以一位數、一位數乘以二位數與二
22、位數乘以一位數三種數字範圍的乘法問題。表2-2 六種版本中各類型乘法問題之出現次數表 問題情境出現版本 次數()等組型問題直積型問題比較型問題總計國立編譯館62 (98)1 (2)063南一書局110(95)5 (4)1(1)116康軒出版社65 (88)2 (3)7(9)74明倫翰林出版社76 (96)3 (4)0 79新學友書局66 (93)5 (7)071牛頓出版社10 (32)15(48)6(19)31總計389(90)31(7)14(3)434表2-3 南一書局版本乘法啟蒙教材的教學重點單元(名稱)教 學 重 點第三單元(有幾根手指頭)(1)一位數乘以一位數與一位數乘以二位數(2)以
23、加法來解決乘法問題(3)問題類型多是等組型問題(習作出現1題陣列問題)第五單元(有幾倍)(1)一位數乘以一位數與一位數乘以二位數(2)加法與乘法的連結(3)問題類型都是等組型問題第七單元(乘法)(1)一位數乘以一位數與一位數乘以二位數(2)用有的解題記錄來解決乘法問題(3)除了4題陣列和1題倍數問題外,大部分是等組型乘法問題參、研究方法一、研究對象考量筆者的時間和精力無法深入了解所有二年級學童之乘法解題策略的變化,於是筆者從服務學校內二年級十三個班級中,隨機選取一班,先將這個班級中的所有學童,依據一年級上、下學期及二年級上學期之數學學期成績,分別分成高分組(前27%的學童)、中分組(中間46%
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