竖式究竟是什么?

周末我在翻看小朋友的数学作业时,发现了他们使用的数学教材中一道有意思的乘法题讲解:

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6个大棚一共可以种植多少棵番茄?

列出的算式是:

120 × 6 = 720

教材先给出了我们熟悉的乘法竖式:

    1 2 0
  ×     6
  -------
    7 2 0

随后,又介绍了一种简便写法:

    1 2 0
  ×   6
  -------
    7 2 0

两种写法的区别很小:第二种竖式将乘数6向左移动了一位,使其与120中的2对齐,而不是与个位上的0对齐。

教材还特意提出了一个问题:“为什么可以这样算?”

这个问题引起了我的兴趣。

按照我们熟悉的竖式计算规则,相同数位应该对齐。那么,第二种写法中,6明明写在十位下面,为什么仍然表示6,而不是60?

这种写法在数学上当然能够得到正确结果,但它让我产生了一个更根本的疑问:

竖式究竟是什么?

它是一套具有严格数学含义的符号系统,还是一种可以根据计算需要灵活调整的书写工具?

一、竖式不仅仅是把数字竖着写

我们从最熟悉的加法开始。

例如:

123 + 45 = 168

使用竖式计算时,我们会把3和5对齐,把2和4对齐。

为什么?

因为123并不只是三个数字的组合,它表示:

100 + 20 + 3

而45表示:

40 + 5

所谓相同数位对齐,本质上就是让相同计数单位的数量相加。

个位上的3与5相加,十位上的20与40相加,百位上的100保持不变。

竖式中的位置不是单纯的排版,而是承载着十进制位值关系。

乘法竖式也是如此。

计算123×6,实际上是在计算:

(100 + 20 + 3) × 6

也就是:

100×6 + 20×6 + 3×6

我们熟悉的乘法竖式,只不过将这一过程压缩成了一套简洁的书写和计算规则。

从这个角度来看,竖式并不是一种任意的数字排列方式。

它是一种建立在十进制位值原理和运算规律之上的计算记法。

二、竖式是一种数学语言

如果进一步思考,会发现竖式与数学公式其实有很多相似之处。

例如:

2 + 3 × 4

我们知道应该先计算乘法,再计算加法。

这是因为数学语言中存在运算优先级的约定。

同样,竖式也存在自己的书写约定。

数字的位置、进位的标记、部分积的排列,都有相应的含义。

这些约定让我们能够使用一套相对统一的方法,处理大量不同的计算问题。

例如,无论计算123×6,还是4567×8,基本的竖式计算方法都可以保持一致。

这正是通用算法的重要价值。

一套好的数学记法,不仅应该能够得到正确答案,还应该让符号的含义尽可能清晰、一致。

不过,这里需要区分两个概念:

数学原理与数学记法。

数学原理决定了运算为什么成立,而数学记法决定了我们如何表达运算。

数学原理不能因为书写习惯而改变,但数学记法可以在明确约定的前提下进行简化。

例如,我们可以用不同的形式表示分数,也可以使用不同的符号表示乘法。

因此,竖式并不是一种所有数字都必须按照唯一方式排列的符号系统。

它既遵循严格的数学原理,也包含人为制定的书写约定。

问题在于:

当我们改变一种书写约定时,是否充分说明了这种改变?

三、简便算法究竟简化了什么?

回到教材中的120×6。

我们知道:

120 = 12×10

因此:

120×6 = 12×6×10 = 720

从数学原理上说,这没有任何问题。

教材中的简便竖式,实际上就是利用这一规律,先计算12×6,再将结果乘10。

它省略了对末尾0的逐位计算,因此更加高效。

但需要注意,这种简便竖式并不是简单地缩短了标准竖式的计算步骤,它同时改变了数字的排列约定。

在标准竖式中,乘数6与被乘数的个位对齐。

而在简便竖式中,6被移动到了十位下面。

如果仍然按照原来的对齐规则理解,就可能产生歧义。

当然,数学上完全允许引入新的约定。只要明确规定这种写法的含义,它就是一种有效的计算记法。

但这里存在一个容易被忽略的问题:

对于已经理解乘法原理的人来说,我们能够自然地区分这两种写法。

可对于刚刚开始学习竖式的三年级学生来说,情况可能并不一样。

他们可能才刚刚建立“相同数位对齐”的认知,现在又需要学习一种特殊情况下可以不这样对齐的规则。

如果理解了背后的数学原理,这当然没有问题。

但如果只是机械记忆“末尾有0就这样写”,那么学生掌握的可能只是又一个计算技巧。

四、数学教育应该优先追求什么?

这让我想到数学教育中一个更普遍的问题:

我们究竟应该优先教会学生如何快速计算,还是帮助他们理解计算为什么成立?

两者当然并不矛盾。

熟练的计算能力非常重要,简便算法也具有实际价值。

但它们之间存在一个值得重视的先后关系。

对于已经理解数学原理的人来说,简便算法可以降低计算成本。

对于尚未理解数学原理的人来说,简便算法却可能增加认知负担。

因为学生不仅需要记住原来的规则,还需要记住新规则在什么情况下适用。

如果每遇到一种特殊情况,就增加一套新的操作口诀,学生最终可能掌握大量计算技巧,却没有建立统一的数学理解。

而数学真正强大的地方,恰恰在于它能够用少量基本原理解释大量不同的问题。

例如:

1.2×6 = 7.2

12×6 = 72

120×6 = 720

这三个算式看似不同,但核心计算结构完全一致。

理解了十进制位值原理,就能够自然理解结果为什么随着数位变化。

这比单纯记住“小数点怎么移动”“末尾应该添几个0”更具有普遍价值。

数学教育不应该只是不断增加解题技巧,更应该帮助学生发现不同问题背后共同的数学结构。

五、再看教材中的简便竖式

现在回过头来看这道三年级的数学题。

我并不认为教材中的简便竖式存在数学错误。

它是一种有明确运算依据的简便写法,也确实能够提高计算效率。

但我仍然认为,这种教学安排值得商榷。

尤其是对于刚开始建立数位概念、学习通用竖式算法的小学生来说,让同一个数字在两种竖式中采用不同的对齐方式,可能造成不必要的理解困难。

其实完全可以先用标准竖式完成计算,再通过120是12个十,引导学生理解为什么能够先算12×6。

在学生充分理解这一原理后,再将简便竖式作为一种特殊的书写约定介绍。

这样既保留了简便算法的价值,也不至于让计算技巧干扰基本概念的建立。

当然,仅凭教材中的一个案例,并不能断言这种写法一定会误导学生。实际教学中,教师如何解释、学生是否真正理解算理,同样十分重要。

但这道题确实值得我们思考:

当计算效率与概念清晰度之间存在潜在冲突时,基础教育应该如何取舍?

我更倾向于,对于初学者而言,建立稳定、统一、可以迁移的数学认知,比提前掌握某一种特殊的简便写法更加重要。

毕竟,数学教育最终要培养的,不只是能够快速算出720的学生。

而是能够理解为什么答案是720,并且能够将这种理解应用到更多未知问题中的学生。

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