GCF-LCM 和分数通约分 — 游戏找规律,运算不觉难

分数运算的学习,涉及到两个重要方法:约分和通分。相关的两个概念,是最大公约数(GCD, or GCF – Greatest Common Factor) 和最小公倍数 (LCM – Least Common Multiple)。这两个概念是分数教学中的难点。能不能让孩子学得不那末痛苦呢?可以,我们可以引入一些数学活动或者游戏。

下面介绍在美国老师(当然是好老师)作的一个 GCF-LCM 游戏: 也可叫最简分数游戏。是一套实验教材中介绍的,下图是游戏的基本图式。给定两个数一左一右,公倍数LCM 写在上方,公约数 GCF写在下方。GCFLCM-diag - 1

也许你说,这叫啥游戏啊?除了GCF和 LCM 的概念外,没带来新东西。也没有变化,没趣。其实不然。
我们先看求最小公倍数(LCM)的一个快捷方法:给两个数,先找GCF,然后从一个数中把GCF约去,再去乘另一个数。如求21 和 28 的LCM。找到GCF 是7,从28中约去7 得4,再用4去乘21,结果是 84. — 这就是他们的 LCM。有的学生从玩游戏中发现了这个规律。由于在图示的框架下,两个数以及GCF,LCM写在了菱形的四角上,在老师启发下学生是可以观察到规律的。在发现这个规律前,孩子通常做的是:

21 的 公倍数:21,42,63,84,105 ……
28 的 公倍数:28,56,84,112 ……

圈出两个序列中相同的第一个数,就是 LCM。没有相同的,就延伸序列再找。

我们的快捷方法是不是要快得多?而且从算法上是“安全”的:如果找到的公约数不是最大的,仍然可依此算出一个公倍数,只不过不是最小的;找到的公约数太大呢?包含了不应计入的因子;那末做约分(除法)时就发现了问题:赶紧回去订正公约数。

再往前走一步,有人注意到菱形的两个对角线上的乘积相等吗?这是必需的,否则一定填写有误啦!就是说 LCM(a,b) 乘以 GCF(a,b) 的乘积一定是 ab.

稍微变一下问题。A. 如果给出两个数中的一个,再给出他们的GCF,能否求出 LCM呢?B. 给出两个数中的一个和他们的LCM,能否求出 GCF呢?
问题A可以作出好多的(无穷个)解:给出了GCF 后,我们要求另一个数要含GCF 以及不含已经在这数中的其他因子,除此以外别无限制。这样LCM有好多可能性。例如给出了一个数是21,两数的GCF是7;那末另一个数必须含因子 7,不能含因子3;但是可含因子 11,13, 或者 11 x 49,都是允许的。满足条件的一个解可能是 7 x 11 x 49: 这样的解就太多了。
问题B一般也会有多解:但是解的个数有限。因为给出了LCM,就限制了两个数都不能太大(起码不能比所给的 LCM 更大吧)。如给出一个数是28,两数的LCM是84. 注意到84 = 28 x 3, 这个3 不是28 的因子;所以一定要出现在另一个数中。这个数的其他因子一定要来自28 的因子;如 2,4,7,14 还有28. 所有可能的解是 3,6,12,21,42 和84. 这些数和 28 的LCM 是84. 至于GCF呢,就分别情况来求吧。

net-CF-CM - 1看一下GCF – LCM 网。游戏变得更有趣一些了![这类游戏编写的一个拿手好戏,就是通过组合创造一些复杂性,增加一些建立在简单基础上的挑战;增加的一点波澜,会刺激孩子的兴趣,及学会观察思考,学会自己思考解决问题。]
如图所示,要在三个圈里填数:按照基本图示理解:两数的GCF 是1, LCM 是 28. 数28 和 第三数的LCM 是 112,二者的GCF 是刚才提到的两数之一。注意至少给出一个LCM 是很重要的,否则有无穷解 (无法定解)。上例是最简单的 GCF – LCM 网,通过更多的链接,可以造出更复杂的网(也别太复杂,适可而止)。

从教育角度说两句。为啥不直接使用分数计算作题海训练呢?一是引入变化增加了趣味性,让孩子爱做配合训练;二是通过图示框架观察找规律,孩子在启发下自己发现规律才印象深,也学会思考;第三:图上作业和单用数字文字比,更有意思,也在反复中比较 GCF 和 LCM 的区别和联系;达到概念清晰,熟练基本技巧–- 其实掌握任何技巧都需要一定量的训练。学习和训练中有阈值原理,要达到定量超越阈值,学习成果才能巩固下来。说明一点: LCM 和 GCF 的概念需要在游戏前介绍 — 最好配有例子; 这个游戏不是用来讲概念的,也是为了复习概念,再熟悉计算提高运算技巧。
最后同样重要的一点,研究思维科学的人特别强调简单图示的意义:在概念形成阶段,图示能在框架下简单清晰地表达概念联系,让我们的思维聚焦。等到完全想好后再用文字写清楚。这个原理在游戏中得到了应用。 游戏作玩后告诉学生GCF,LCM 的直接应用是分数计算:这时作分数计算(通分约分)就不畏难了,还觉得兴趣盎然。[还有的老师是先教了通分约分再来介绍这个游戏 — 这样学生们可以通过游戏熟悉 GCF,LCM 的概念和计算。] 学生们对于概念的理解更加深入,计算能力也有提高 — 算得更快!

留给读者一个问题。

prbl-LCMGCF - 1 您能完成左边的问题吗?还有前面给出的 GCF-LCM 网的那个问题?
左边问题的解释是(回忆基本图示):求一个数,与 22 的最小公约数是242;并且求出其与22 的最大公约数。提示:答案不唯一。

One thought on “GCF-LCM 和分数通约分 — 游戏找规律,运算不觉难

  1. 回答一下贴出后收到的问题。
    有读者问,这个方法与我们学习时的完全不同。是不是人文增加了问题的复杂度?如果作分数加法,(1/2) + (2/3), 直接就看出最小公倍数 (LCM) 是6,岂不简单得多?

    回答: 这个游戏是帮助理解LCM与GCF的关系的。 对于简单运算情形,可以先教。
    但是,在北美长大的孩子普遍运算能力较弱(对不起,我讲的是实话),原因不在于孩子的智力达不到,而在于教的方法,以及在这里的文化下,孩子不愿意作大量的练习 — 除非练习过程本身让他们觉得有趣。
    对于稍大数的通分,这里介绍先求公约数从其中一个数中约去,再去乘另一个数的做法,确实要快一些。找公约数也比找公倍数要容易。先通过游戏训练这个方法,让孩子觉得是在玩: 两个孩子比一比,谁能把游戏里的圆圈圈最先填完 — 孩子们觉得是挺酷的; 如果做的慢一点,也不用太伤心,不过是游戏嘛。在这样一个相对轻松同时又有挑战的环境中,学习效果能达到极大化。

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