Факультативный курс по теме "Элементы комбинаторики" для 8 класса

Данная таблица дает представления о возможности использования формул комбинаторики и теоретико-множественном смысле комбинаторике.

Таким образом, решая некоторые комбинаторные задачи, можно решить жизненные проблемы. Например, заведующему учебной частью школы – составить расписание уроков, лингвисту - учесть различные варианты значений букв незнакомого языка. Следовательно, комбинаторные

задачи играют большую роль не только в обучении математике, но и вообще в жизни.

Для использования комбинаторных задач на уроках математики учителю необходимо знать методику обучения решению комбинаторных задач.

Методика обучения решению комбинаторных задач

В комбинаторных задачах заложены большие возможности для развития мышления учащихся. Кроме того, в процессе обучения решению комбинаторных задач можно расширить знания учащихся о самой задаче, познакомить их с новым способом решения задач; подготовить к решению жизненных практических проблем, научить принимать оптимальное в данной ситуации решение; организовать элементарную исследовательскую и творческую деятельность учащихся.

В процессе решения комбинаторных задач учащиеся приобретают опыт хаотичного перебора возможных вариантов. И на основе этого опыта в дальнейшем можно будет обучать детей организации систематического перебора.

Выделяют три этапа обучения комбинаторным задачам в 5 классе:

Подготовительный.

Решение задач с небольшим числом возможных вариантов.

Работа с графическими средствами.

На подготовительном этапе идет работа над совершенствованием мыслительных операций (анализа, синтеза, сравнения), которые входят в состав деятельности при решении комбинаторных задач. Особое внимание уделяется сравнению объектов, состоящих из отдельных элементов. В этом случае сравнение может быть проведено по таким основаниям, как: числу элементов; составу, входящих в объект элементов; порядку расположения элементов в объекте. Например, предлагаются следующие задания:

1. Рассмотри внимательно колечки из бусинок. Скажи, что изменяется от одного колечка к другому.

Рис. 1

2. Вставить пропущенные числа:

24, 21, 19, 18, 15, 13, _ , _ , 7,6 (12, 9);

1, 4, 9, 16, _ , _ , 49, 64, 81, 100 (25, 36);

16, 17, 15, 18, 14, 19, _ , _ (13, 20);

2 5 9 (2+4):2=3

4 7 5 (5+7):2=6

3 6 ? (9+5):2=7

12 (56) 16 (12+16)∙2=56

17 ( ) 21 (21+17) ∙2=76

3. Решить задачу:

Мальчик написал число 86, затем увеличил его на 12, не производя записи. Как он это сделал? (перевернул его)

На втором этапе школьники учатся находить все возможные варианты в комбинаторных задачах, организуя перебор в определенной системе. Но здесь решаются задачи с небольшим числом возможных вариантов. Основная цель этого этапа – обучение школьников решению комбинаторных задач с использованием систематического перебора всех возможных вариантов.

Каким же образом можно подвести учеников к идее организации перебора в определенной системе, как мотивировать переход от хаотичного к систематическому перебору?

Разыгрывается следующая ситуация: Маша, Саша и Даша едут в электричке на дачу. Они сидят на одной скамейке (трое детей садятся у доски на стулья в любом порядке). Детям нужно было проехать 8 остановок. Чтобы не было скучно ехать, они решили на каждой остановке меняться местами. Ставится вопрос «Смогут ли дети каждый раз меняться местами так, чтобы их новое расположение оказывалось все время отличным от предыдущих?». Ученики предлагают варианты расположения детей, они проигрываются у доски и записываются. Пока перебор осуществляется случайным образом, хаотично. После того как найдены 6 расположений, ученики стараются еще составить другой, новый вариант. Все их попытки сделать это не приводят к успеху. Встает вопрос «Почему они не нашли седьмой вариант: не могут это сделать или его не существует и уже найдены все возможные расположения?». Чтобы ответить на него, учащимся предлагается рассмотреть составленные 6 вариантов, найти и записать пары вариантов, очень похожие друг на друга. Например, можно выделить такие тройки:

М. С. Д. С. Д. М. Д. М. С.

М. Д. С. С. М. Д. Д. С. М.

Полученная последовательность вариантов анализируется. Учащиеся замечают, что все девочки сидели у окна и, когда одна из них сидит у окна, то две другие могут разместиться только двумя различными способами. Таким образам, дети убеждаются в том, что можно составить только 6 различных вариантов, других быть не может. Затем учитель просит учеников по записанным вариантам еще раз рассказать, какой способ пересаживания был выбран во втором случае. И обращает внимание на то, что, используя его, можно быстро составить варианты, не повторяя дважды одни и те же, и быть уверенным, что найдены все возможные варианты. В дальнейшем решение задач хаотичным перебором не запрещается. Но те ученики, которые проводят перебор по определенной системе, поощряются. Предложенные ими способы разбираются и подчеркиваются преимущества осуществления такого перебора. Постепенно дети убеждаются в пользе систематического перебора и приучаются его использовать.

В одной и той же задаче можно выбрать разную систему перебора, и каждый ученик сам решает, как он будет действовать. Так, например, при решении приведенной выше задачи можно было ориентироваться на сидящего посередине (или у прохода):

С.М.Д. М.С.Д. М.Д.С. С.М.Д. М.Д.С. Д.С.М

Д.М.С. Д.С.М. С.Д.М. М.С.Д. Д.М.С. С.Д.М.

Можно предложить учащимся использовать прием, заключающийся во временном уменьшении числа элементов и составлении требуемых в задаче комбинаторных соединений на основе найденных вариантов для меньшего числа элементов. Например, задача: «Сколько разных фигур можно составить на листе бумаги из четырех одинаковых квадратов при условии, что квадраты соприкасаются точно по сторонам?» Чтобы ее решить, учитель предлагает детям сначала все возможные фигуры из трех квадратов. Затем взять первую фигуру, составленную из трех квадратов, и по-разному присоединять к ней четвертый квадрат, следя за тем, чтобы не получились одинаковые фигуры. Также предлагается действовать и со второй фигурой, составленной из трех квадратов (рис 2).

Рис. 2

Рис. 3

После того как школьники убедятся в преимуществе систематического перебора, им следует показать, что есть и такие задачи, в которых не стоит искать какую-либо систему перебора. Это задачи комбинаторной геометрии. Комбинаторная геометрия – это раздел математики, который занимается вопросами расположения и комбинаций фигур. Например, нужно из деталей, изображенных на рис. 3, выложить «лесенку», по заданному контуру (рис. 4). Различные решения (рис. 5, 6, 7,) находятся в процессе хаотичного перебора, так в этой задаче можно быстрее и легче выполнить требуемое.