時間:2023-03-02 15:12:02
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2.“數形結合思想”在實際生活中的應用
將實際問題轉化,運用數形結合的思想去解決。“數形結合”思想可以幫助理解抽象的問題,會在實際生活中有很大的應用。“數形結合”的思想不僅在教學中有用,利用數形結合的思想來解決現實生活中的問題有很大的幫助。例如:對于在實際生活的中,需要地域500元購入60元的單片軟件3片,需要購入70元的磁帶2個,額選購方式有幾種?其實這樣的題目就是對于數形結合思想、排列以及數學中不等式的解法的考查,那么只要設需要軟件x片,需要磁帶y盒,然后列出不等式,相反,如果用列舉法一一列出,是可以解決的,但是過程就會變得麻煩。因此,掌握數形結合思想對實際問題的解決作用是很大的。
3.“數形結合思想”在幾何當中的應用
中學數學中對于“數形結合”思想對于直線、四方形、圓以及圓錐曲線在直角坐標系中的特點,都可以在圖形中尋找解題思路。不論是找對應的圖像,以及求四邊形面積等的幾何問題都有很大的應用。例如:已知正方形ABCD的面積是30平方厘米,E,F是邊AB,BC上的兩點,AF,CE并且相交與G點,并且三角形ABC的面積是5平方厘米,三角形BCE的面積是14平方厘米,要求的是四邊形BEGF的面積。在求解過程中,結合圖形,連接AC\BG并設立方程可巧妙求解。可見,在具體實際的幾何中的分析與思考,運用到數形結合思想就會將問題變得簡單。
二、教學生活化,提高課堂教學效果
(一)設計生活化的例題,提高學生理解能力題海戰術的時代已經過去,我們要精選例題,將所包含的知識點講清講透,讓學生深刻理解、真正掌握,進而掌握這一類題目。盡管教材非常重視與生活的關系,在例題的編排上盡量選取與學生生活密切相關的,但教材畢竟具有一般性,而各地區、各學校、各班級的學生具有特殊性,這些例題只能兼顧一部分學生的生活。這就需要教師要做一個生活的有心人。要深入學生的生活,做一個生活的有心人,善于挖掘生活中所存在的數學素材,抽象與提煉出數學問題,喚起學生已有的生活經驗,讓學生體驗數學、感受數學。這樣更能激起學生學的激情,更加利于學生對知識點的理解與運用。
(二)布置生活化的練習,提高學生實踐能力數學新課程標準提出:運用所學的數學知識和方法解決一些簡單的實際問題,使數學成為必要的日常生活的工具。作為學生運用數學知識的一個重要環節的練習,不能只是讓學生機械地來做練習冊上的題目,而是要將練習與學生的生活結合起來,讓練習生活化。這樣既可以激起學生完成作業的激情,而且可以為學生提供了運用的平臺,讓學生可以充分運用所掌握的數學知識來解決現實生活問題,這可以增強學生的應用意識,強化學生的榮譽感,讓學生真切地體會數學學習所帶來的樂趣,學好數學可以更好地為生活服務,從而激起學生更為強烈的學習動機。
三、活動生活化,培養學生數學思維
我們不僅要利用好有限的課堂教學時間,為學生提供更為豐富、直觀而富有趣味性的教學情境中,實現寓教于學,將教學與生活結合起來,讓學生學到真正有用的知識,強化學生的理解、記憶與掌握。同時還要將教學的觸角延伸到課外,這也是生活化教學的一個重要方面。因此,在教學中我們要組織學生開展豐富的課外活動,為學生提供一個更為寬廣的展現自我的舞臺,讓學生在課外活動中得到數學素養與能力的整體提高。
(一)尋找生活中的數學生活中不是沒有數學,而是缺少發現的眼睛。教師不僅要成為生活的有心人,同時還要讓學生學會用數學思維來尋找現實生活中所存在的數學問題。這對于學生來說既是一次學習的機會,同時也是一次運用的機會,能夠讓學生真正從數學的角度來認識生活,讓學生自主地發現學習的樂趣、運用的樂趣。同時也是學生對所學知識的真正理解與運用。
(二)制作數學教學具教具是教師教與學生學數學的重要工具。我們可以發動學生一起來制作教具,這樣可以達到學生對這些知識的真正理解與掌握。學生利用生活中可以利用的材料來制作富有個性化特點的學具,再組織讓學生進行解說,并評出各種獎項,如最具創意獎、最實用獎、最優美獎等。這樣的課外活動,將學生的學習與運用切合結合起來,不僅可以讓學生加深對知識的理解,而且還可以培養學生數學思維,提高學生動手與動腦能力,可謂一舉多得。
要化解數學學習抽象性所造成的學習困難,將抽象內容直觀化無疑是一個好的方法。數學的思想方法都是經過數學家的歸納概括抽象而成,教材中呈現的都是最終的結果,體現的是一種“冰冷的美麗”。數學教師的教學所要做的就應該是創造條件,讓學生再次經歷知識(包含數學的思想和方法)的形成,以此促成學生學習過程中的“火熱的思考”。如在教學全等三角形時,通常教師是首先給出一些圖片讓學生觀察,引導學生發現如果將它們疊在一起它們就能重合,從而得出結論:兩個能夠完全重合的圖形稱為全等圖形。以上教學設計的實施并沒有對學生理解全等圖形的概念有不利的影響,但學生失去一個了解圖形能夠重合的變化過程,即缺少了過程性體驗,也不利于后續形成有效的“數學化”。如圖1所示,使用超級畫板軟件制作的課件可以“化靜為動”,通過對“平移”“旋轉”“折疊”等變換過程的觀察,學生“看”到兩個圖形能夠重合。這里通過讓圖形自己說話,讓學生通過自己的觀察、討論、總結來得到結論,往往要比觀察靜止圖片的效果更好。此外,通過超級畫板軟件的直觀演示,有利于學生深入理解全等圖形的本質特征,并為今后學習全等圖形的證明打下良好基礎。教師應該在全等三角形的教學中有意識地滲透“對應”的思想。而“對應”是一個比較抽象的概念,學生往往難以一步到位地完全理解和掌握。這種情況下,教師就可以充分發揮信息技術的優勢,制作課件幫助學生理解這一概念。圖2是為介紹“對應”而設計的一個課件片段。教師點擊動畫按鈕就可以使綠色的三角形慢慢移動到藍色三角形的位置,從而在動態演示中幫助學生認識什么是“對應”。除了動畫演示外,還可以通過拖動變量尺的滑條慢慢呈現變化過程,有意識地提示學生分別從邊、角等方面進行觀察總結,進而思考得到結論。以此體現新課程所倡導的讓學生經歷過程性體驗的理念和要求。再比如,初一的學生在遇到判斷“前面帶負號的數一定是負數嗎”這個問題時,由于在小學階段遇到的主要是具體的數,而到了初中開始出現用字母表示數,過去的學習經驗和思維水平的局限導致部分學生在判斷時出錯。為了化解這個學習的難點,數學教師可以使用超級畫板制作“-a一定是負數嗎”的課件,如圖3所示。首先測量出數軸上的任意一點a的橫坐標,修改測量文本的顯示為紅色的“a=”,然后作出數軸上與這個點關于原點對稱的點-a并測量其橫坐標,再修改測量文本顯示綠色的為“-a=”。當拖動紅色的點a不斷改變其值時,會發現a與-a的關系,從而讓學生理解了“-”的意義,也讓他們了解到a代表的數可能是正數、負數、零,應該分類考慮[2]。中學數學教學中要特別重視數學思想方法的教學,而且數學思想方法的教學應該體現在每一堂課和每一個數學問題的研究解決中。在解決上面“前面帶負號的數是負數”問題時就體現了分類討論的思想。但是,學生對這一思想的認識可能需要不斷地深化。因此,課后還可將問題進行延伸,讓學生自主探索a與1/a、a與2a之間的大小關系。這樣既鞏固了知識和思想方法的掌握,又培養了學生的問題探究意識和能力。中學數學里有些內容在過去是說不清的,如一張紙對折30次后有多厚?這個問題很多時候被用來讓學生受到震撼,以此說明經驗的局限性。但230具體有多大,許多人并不了解。實際上這個問題屬于數學的指數增長問題,它的很重要的一個意義在于幫助學生理解指數的爆炸性增長。沒有計算機工具,人們可以用估算的方式得到近似數,但是使用超級畫板,中學數學中面對的一切計算問題就都不再是問題了。與此問題相關的是比較31000和10003的大小。圖4所示是在超級畫板中分別計算的31000和10003的結果。運算結果的呈現,學生可以立馬從觀察結果上領會“爆炸性”的意義,誰大誰小也顯而易見。
2顯示變化,消除疑惑
現實中,不僅是學生,一些中學數學教師也對數學中的一些問題心存疑惑。這些問題的形成有的與教材的編寫有關,如中學數學教材中有許多規定,弄清這些規定的合理性并不是簡單的事情。另一方面,有些問題與數學教學的工具有關。如初中學習繪制二次函數圖像時,為什么在描出五點后用“光滑的曲線”將這些點連接起來?如果利用直線段連接就無法做出二次函數的圖形嗎?由于二次函數圖像是由無窮多個點組成的,而這無窮多個點組成的圖像事實上是一條光滑的曲線拋物線,所以在五點作圖時要用光滑的曲線連接。這里應該是先有“二次函數的圖像是光滑的拋物線”,然后才有“用光滑曲線連接五個點”。傳統教室里,教師用黑板、粉筆授課時用光滑曲線連接的合理性正在于此,而不是一個必須的規定。其實只要描點足夠多,即使用直線段連接仍然可以做出二次函數的比較準確的圖像。圖5、圖6所示課件可用來說明“用光滑曲線連接”的合理性和正確性。圖5是在(-3,3)區間上描9個點后用直線段連接這些點作出的y=x2圖6則是(-3,3)區間上描100個點后用直線段連接這些點作出的y=x2圖像。從兩個圖像中一方面可以看出描點數的多少對函數圖像準確性的影響,另一方面也可以看到哪怕是點之間用直線段連接,只要描點足夠多,一樣可以做出“準確”的二次函數圖像,從而幫助學生加深對“函數圖像實際上是點的集合”的認識。
二、微分中值定理在中學數學中的應用
1.討論方程根的存在性問題
中學數學教學中,除二次方程根的問題較為容易,對其他復雜的方程往往會使學生無從下手,因此可結合微分中值定理進行分析并解決。通過給定閉區間[a,b]上的函數,只需保證區間內連續可導,而且以f(a)=f(b),便可通過羅爾定理解決方程的判根問題,具體做法為:首先命題條件,再進行輔助函數F(x)的構造,然后將F(x)驗證以滿足羅爾定理條件,最后做出命題結論。例如,f(x)在(a,b)上可導,在[a,b]上連續,證明(a,b)內,2x[f(b)-f(a)]=(b2-a2)f′(x)至少存在一個根。對此,可首先使F(x)[(fb)-f(a)]x2-(b2-a2)f(x),其中F(x)在(a,b)上可導,在[a,b]上連續,F(a)=f(b)a2-b2f(a)=F(b)。至此,以羅爾定理為依據,將存在ζ使2ζ[f(b)-f(a)]=(b2-a2)f′(ζ),在(a,b)內,2x[f(b)-f(a)]=(b2-a2)f′(x)至少有一個根存在。
2.證明不等式
不等式在中學數學中是重要的內容,微分中值定理在其證明上發揮很大的作用,具體可在不等式兩邊的代數式進行不同的選取設為F(x),通過微分中值定理,可得出一個等式,根據x取值范圍對等式進行討論,如對ln(1+x)≤x(x>-1)進行求證,當x=0時,ln(1+x)=x=0;x≠0時,對于f(t)=lnt,將1與1+x設為端點,并應用拉格朗日中值定理,在區間內的ζ使f(1+x)-f(1)=f′(ζ)(1+x-1),即ln(1+x)=xζ;當x>0時,ζ>0,0<1ζ<1,因此ln(1+x)≤x;當x<0時,0<ζ<1,1ζ>1、ln(1+x)與x為負值,所以ln(1+x)≤x,即對x>-1恒成立。
3.用于求極限
中樞穴中對于極限的問題,很多時候在使用洛必達法則,為教師及學生帶來很大的計算量,但通過微分中值定理可為較難的極限問題提供有效且簡單的方法,主要是通過對某些部分進行輔助函數的構造,通過微分中值定理的使用,得出極限。
4.函數單調性的討論
對函數單調性的判斷,采用微分中值定理的主要方法是:當f(x)能夠滿足閉區間[a,b]連續,開區間(a,b)可導,那么(a,b)中f′(x)>0,可推出f(x)在[a,b]上單調增加;若f′(x)<0,單調減少。盡管連續函數中的某個點可能存在無導數的現象,但對函數單調性不會有影響。另外,在中學數學中可能涉及到利用函數單調性求極值,此時首先可對函數定義域進行確定,并將f′(x)求出,在對定義域內所有駐點進行求值,找出f(x)連續但f′x)不存在的點,最后對駐點及不可導點附近f′(x)的符號變化情況進行討論,確定函數極值點,以此求出極大值或極小值。
二、不同教學范式視角下中學數學教學的特點
(一)科學范式視角下的中學數學教學
科學范式在理論上受課程論、教學論、社會學、歷史、經濟學及教育學、心理學等學科理論的影響和制約,其中課程論和教學論的發展為數學教學的科學范式理論研究奠定了基礎。科學范式視角下的中學數學教學強調在教學內容、教學過程、數學教學研究等方面有章可循,要堅持相關的基本原則以及遵循數學教學的客觀規律。在教學內容的選擇上遵循以下規律:(1)適合性。教學內容既要注重數學學科結構,也要考慮學生的認知結構和心理特征。(2)普及性。教學內容特別是例題的設計不僅要適合優等生,更要照顧到大多數學生的需要。(3)應用性。教學內容既要體現雙基的要求更要注重學生對知識點的應用。在教學過程中做到:(1)處理好教學過程中教師、學生、教材等因素間的相互關系;(2)在已有的教學條件下,根據學生學習基礎等情況對教學方法做出最優化選擇,使數學課堂教學質量達到最佳;(3)對教師的教和學生的學做出合理的評價。在數學教學研究方面,認同數學教學的理論研究屬于教育科學的范疇,因此科學范式倡導用教育科學研究中操作性較強的方法和原理如觀察法、調查法、文獻法等對數學教學進行理論研究和實踐探討。科學教學范式過分強調教學的規律性和原則性,教學內容追求邏輯的嚴謹性和體系的形式化。數學知識以基本知識、基本技能的形式呈現,忽視了數學的工具性、語言性、文化性、創造性。在數學的教育功能方面,教師的教學目標和學生的學習目標偏向應付考試,課堂教學以教師為中心,缺乏學生主動參與。教師對于課堂教學中的突況缺乏靈活性,數學教學顯得呆板。
(二)能力和技能范式視角下的中學數學教學能力和技能
范式的理論基礎是行為主義心理學中關于教育目標的具體化和教學行為的可觀察性思想。在數學教學中體現在兩個方面:一是數學教學目標是培養學生的數學能力和解題的技巧技能。前蘇聯心理學家克魯切茨基在長達11年(1956年至1967年)的實驗中對課堂教學中能力和技能的培養階段概括為“信息收集階段、信息加工階段、信息保持階段”[3]。這三個階段在數學教學中具體體現為:信息收集階段:在數學教學中數學能力不同的學生對教學中數學知識點感知的信息不同,如在數學解題中數學能力強的學生可從題目給出的已知條件中最大限度地讀取對解題有用的信息。信息加工階段:在數學課堂教學中體現為數學概括能力、運算能力、推理能力、發散思維能力。信息保持階段:數學能力較強的學生能夠對數學知識點的應用,解題過程中對問題分析解答的方式、推理的概要、證明的邏輯等都善于歸納總結,并保持長久記憶。二是師資的要求上認同教師專業化理念。作為中學數學教師必須經過嚴格的專業學習和訓練,掌握數學教學的基本知識和基本理論以及相應的基本能力和技能。能力和技能教學范式的缺點體現在以下三個方面:在教學內容方面:由于數學教學目標技能化,教師在教學內容的處理上忽視數學知識的整體性、系統性、結構性,為了便于技能的教學,將數學知識分解為若干個知識點,而每一個知識點又以技能的方式展現給學生;在教學內容中丟棄了數學思想、數學方法、數學文化等這樣的隱性知識。在數學教學方面:可以看出能力和技能范式視角下的數學教學是以培養學生扎實的數學技能,數學教學降格為技能訓練。教師在教學時忽視了數學知識的形成發展過程,重視學生的模仿性再現性思維,忽視獨立性、創造性思維,缺少對態度、情感、價值觀的關注。在學生學習方面:數學課堂上主要進行技能訓練,縮短了學生思維發展的時間和空間;學生學習過程就是強制的、單調的、枯燥的解題訓練;學生對數學的學習模式化、程序化、機械化。
(三)系統范式視角下的中學數學教學
數學教育理論研究中“教學是一個系統”是受到其他科學領域在方法論方面的影響形成的,其中最重要的是21世紀的系統論、控制論、信息論。“三論”不是“研究具體的物質形式或對象,而是為揭示一切系統的共同現象,提出新思路、新方法的綜合理論。“三論”的基本原理有:整體原理、有序原理、反饋原理[4](P58-59)。具體來說:把數學教學過程看作是一個系統,把教師、學生、教學內容、教學方法等影響教學的要素看成整個系統的子系統。“三論”的基本原理描繪出整個數學教學過程的結構及影響數學教學過程的各要素所處的地位、相互關系和流動方向,并通過分析促進其達到最優化。整體原理:數學教學系統的整體功能要提高各子系統的協調功能,使各子系統和諧優化。系統整體的功能等于各子系統功能之和與各子系統相互聯系產生的功能代數和,即“E整=∑E部+E聯(E聯>0或E聯<0)"[4](P233-234)。因此,教學設計、教學實施等過程是由多種因素共同作用的結果,要提高數學教學質量就要避免出現孤立、單一的分析,要綜合考慮到學生、教師、教學內容、教學手段、教學環境等因素的影響,即要優化各個子系統及相互聯系。有序原理:在數學教學中所謂的有序是指教師在課堂教學中對知識點和例題講解是清楚的、學生容易理解的。對學生而言學習到的數學知識是可理解的、會應用的。反饋原理:數學課堂教學有三種反饋形式:(1)教和學的反饋。學生對教師提供的信息感知接受并反饋給教師,教師再根據學生反饋的信息對教學程序進行調整糾正,控制教學過程。如根據學生課堂回答問題的情況對教學節奏作出調整。(2)教師自我反饋。在課堂教學中教師將知識信息、學生的反饋信息、外界干擾信息進行加工處理,再以知識信息和控制信息的形式輸出。(3)學生的自我反饋。對課堂上教師所講的數學知識的感知理解重組并輸出(課堂回答問題,課堂練習),通過教師的評價知道正確與否的過程。因此要提高數學教學的質量就要使這三種反饋形式相互配合,有效控制教學系統,加強師生的信息加工能力和信息反饋。雖然系統教學范式有利于教學的設計和實施,但是由于過分強調教學中各個因素對教學的影響,在教學設計和實施中忽視了一切偶然性的因素對教學的影響,也忽視了教學的本質如數學教學的目標及數學學科教學的特殊性;另外系統范式視角下的數學教學缺少靈活性和預知性。
(四)藝術范式視角下的中學數學教學
數學教學是一門藝術,這個結論自古以來就得到人們的普遍認同。在公元前6世紀,古希臘畢達哥拉斯學派認為:“對幾何形式和數字關系的沉思達到精神上的解脫,數學和音樂被看作是凈化靈魂從而達到解脫的手段。”俄國教育家烏申斯基認為:“教學的藝術勝于科學本身。”現代的教育教學理論認為教師和學生作為教學中的兩大主體,要以藝術的眼光去感知、欣賞、思考教學活動。藝術范式視角下的中學數學教學體現在以下兩個方面:(1)教學層面:在數學教學中教師不是簡單地復述教材內容,而是依據學生的理解能力、思維能力、想象能力對數學知識“進行重組和演化,對教學方式進行設計和選擇"[5]。在數學課堂教學中強調靈活性和創造性,關注學生的情感。(2)教師層面:要求數學教師有扎實基本功,在具體數學知識的教學中充滿藝術的感染力;同時教師通過敏銳的觀察及依據課堂教學中學生反饋信息的多樣性和隨機性,對教學內容、教學節奏作出準確的判斷,進而及時作出調節;此外教師要有個人教學風格,與學生在教學活動中能夠默契地配合,使數學教學活動不僅是數學知識、數學思想的交流,同時也是數學美和數學藝術的交流。藝術范式視角下的數學教學不僅是數學基本知識、基本技能的學習過程,也是藝術的創造過程、審美過程。教師通過創造性的教學設計使學生能夠感受數學特有的藝術魅力。但藝術教學范式的不足也顯而易見:由于過分強調靈活性和創造性,忽視了數學教學的基本規律和程序性,數學課堂教學中,如果教師不能很好地監控,往往會出現學生的紀律性差、無視課堂規則、自由主義傾向嚴重等問題。
(五)反思范式視角下的中學數學教學
教學的反思范式最早是美國教育哲學家杜威在1933年HowWeThink一書中關于反省性思維的論述中提出的。到20世紀80年代在基礎教育課程改革和教師專業化運動中得到關注和提倡,并從認知心理學、認知論哲學等角度對其在理論上進行了擴展。反思范式視角下的教學是追求以實踐合理性為目標的教學活動,“是教師和學生對數學教學過程和結果的自我覺察、自我評價、自我探究、自我監控、自我調節"[6]。反思的目標是消除困惑,促進實踐。數學教學活動是一種思維活動,師生在課堂教學的反思隨時存在。反思范式視角下的中學數學教學的基本特征是:學會學習,學會教學。學會學習:在數學學習中由“操作性學習方式轉化為反思性學習方式”[7]。學生在聽課過程中對數學知識、數學思想方法、解題思路、計算或證明過程、問題分析方式等進行反思,并對自己的學習情況作出監控、調節、評價,進而達到較好的學習效果。學會教學:通過反思性教學使教師由經驗型教師轉化為反思性教師,促進教師專業化發展。行動研究是數學教師專業化發展的有效途徑,而教學中的反思則是教師行動研究的中心內容。反思性教學是連接理論和實踐的橋梁,教師教學思想的形成是結合教學實踐對自己已有的教學經驗、教學理論的再思考。教師只有對正在發生的教學行為、教學的有效性和合理性不斷反思,進而對下一步的教學進行修正,才能達到最佳教學效果。教師也會在此過程中逐漸形成自己的教學風格,成為專業化教師。反思性教學范式將數學教學的目標異化為學習能力,雖然這是數學教學目標的能力之一,但忽視了數學教學中如基本知識和基本技能的學習及學生情感、價值觀的培養等主要目標。另外,也沒有一定的評價標準來界定反思的程度。
這是一種應用甚廣的基本方法,也是處理多元函數最值問題比較有效的方法。用配方法求最值問題的基本思路是設法將問題通過變式配成若干個完全平方式之和的形式,然后根據一元二次函數的單調性進行求解。例1:2x2+4xy+5y2-4x+2y-5可取得的最小值為多少?解:原式=(x+2y)2+(x-2)2+(y+1)2-10由此可知,當x=2,y=-1時,有最小值-10。例2:求函數y=5sinx+cos2x的最值。解:y=5sinx+1-2sin2x=-2(sinx-54)2+338,可知,取sinx=1,即當x=2kπ(k∈Z)時,ymax=-2×116+338=4,取sinx=-1,即當x=π+2kπ(k∈Z)時,ymin=-2×8116+338=-6。評注:用配方法求最值問題的依據是把問題轉換成二次函數,結合二次函數的圖像來求。在最后一步把數據代入配方得到的式子中要注意自變量的取值范圍,也就是確定定義域的范圍(如例2中對稱軸是x=54而sinx的最大值為1)。這種方法適用于求二次函數的最值或可轉化為與二次函數有關的最值問題。
二、通過均值不等式求最值
均值定理構成的注意事項。首先,我們應當關注如下的預備知識。二元均值不等式:a+b2≥姨ab(a>0,b>0,當且僅當a=b時取等號)。三元均值不等式:a+b+c3≥abc3姨,(a>0,b>0,當且僅當a=b=c時取等號)。n元均值不等式:a1+a2+…+ann≥a1a2…ann姨(a1>0,a2>0,…,an>0,當且僅當a1=a2=…=an時取不等號)。同時,在運用均值不等式求最值時應注意以下三點。1.函數解析式中各項均為正數。2.函數的解析式中含有變數的各項的和或積必須有一個定值。3.含變數的各項均相等時才能取得最值。例3:求函數y=ax2+x+1x+1(x>-1且a>0)的最小值.解:y=ax2+x+1x+1=ax+ax+1+(1-a)=a(1+x)+ax+1+1-2a≥2a(x+1)ax+1姨+1-2a=1,當且僅當a(x+1)=ax+1,即x=0時等號成立,所以y的最小值為1滿足其等號成立的條件,若不滿足則改用其他方法,如單調性。
三、通過數形結合法求最值
數形結合法在中學數學教學過程中的應用十分廣泛,它的主要思路是代數和幾何思想的完美結合。通常是在解決代數問題時,純代數方法有時很難達到目的,這時把幾何的思想滲透進來,往往問題能得到較好的解決。例4:若a、b是小于1的正數,證明:a2+b2姨+(1-a)2+b2姨+a2+(1-b2姨)+(1-a)2+(1-b)2姨≥2姨2證明:作邊長為1的正方形ABCD,分別在AB、CD上取AE=a,AG=b,過E、G作EF∥AD,GH∥AB,交DC于F,BC于H,EF與GH交于O,連結OA、OB、OC、OD、BD、AC.OA=a2+b2姨,OB=(1-a)2+b2姨,OC=(1-a)2+(1-b)2姨,OD=a2+(1-b2姨).而OA+OC≥AC,OB+OD≥BD.即a2+b2姨+(1-a)2+(1-b)2姨≥姨2,(1-a)2+b2姨+a2+(1-b2姨)≥姨2.故a2+b2姨+(1-a)2+b2姨+a2+(1-b)2姨+(1-a)2+(1-b)2姨≥2姨2.評注:所有數形結合就是代數與幾何結合起來探尋解決問題的方法。其應用范圍在于用純粹的代數思想很難解決的代數問題時,可借助相關的幾何圖形,根據幾何性質能有助于我們把復雜問題簡單化。
四、利用函數單調性求最值
先判明函數給定區間上的單調性,而后依據單調性求函數的最值。1.對于一次函數、指數函數、對數函數等單調遞增或單調遞減的函數,若定義域的閉區間,如x∈[m,n],則f(m)與f(n)中較大者為最大值,較小者為最小值。2.求二次函數f(x)=ax2+bx+c在[m,n]上的最值時,先判定對稱軸x=-b2a是否屬于[m,n],若x=-b2a∈[m,n],則f(m)、f(n)與f(-b2a)中較大者是最大值,較小者是最小值,若x=-b2a埸[m,n]則f(m)與f(n)中較大者為最大值,較小者為最小值;若二次函數f(x)=ax2+bx+c的定義域為R,當a>0時,有最小值ymin=4ac-b24a.當a<0時,有最大值ymax=4ac-b24a.例5:已知函數f(x)定義域為R,為對任意x1,x2∈R的都有f(x1+x2)=f(x1)+f(x2),且x>0時f(x)<0,f(1)=-2,試判斷f(x)在區間[-3,3]上是否有最大值和最小值?如果有,試求出最大值和最小值;如果沒有,請說明理由。解:令x1=x2=0,則f(0)=f(0)+f(0),f(0)=0.令x1=x,x2=-x,則f(x)+f(-x)=f(0)=0,f(x)=-f(-x),f(x)為奇函數。設x1,x2∈R,且x1<x2,則x2-x1>0,f(x2)-f(x1)=f(x2)+f(-x1)=f(x2-x1)<0,f(x2)<f(x1),f(x)在R上為減函數。又f(1)=-2,f(3)=f(1+2)=f(1)+f(2)=3f(1)=-6,f(-3)=-f(3)=6,又f(x)在[-3,3]上為減函數,故當x=-3時,f(x)max=f(-3)6,當x=3時,f(x)min=f(3)=-6.評注:利用函數的單調性是求最值問題的常用方法,解題是必須先確定函數的單調區間,各區間的增減性。如y=f(x)+kf(x)或利用基本不等式求最值不能奏效時,往往考慮用函數的單調性來解。單調性法主要是指定義法和導數法,其中以導數法用得最多,主要用于求三次多項式函數的最值和解決實際問題中的最優化問題。
五、利用判別式求最值
這是一種在求分式最值、分子分母含有二次項并且能把函數化成一元二次函數形式的方法。在平常教學中應用頗為廣泛,學生也易掌握。若函數y=f(x)可化成一個系數含有y關于x的二次方程,a(y)x2+b(y)x+c(y)=0.在a(y)≠0時,由于x、y為實數,必須有Δ=[b(y)]2-4a(y)c(y)≥0,由此求出y的所在范圍確定函數最值。例6:已知函數y=x2-xx2-x+1求其最值。分析:從整體函數看,其自變量為x是二次函數,通過yx2-yx+y=x2-x進而有(y-1)x2+(1-y)x+y=0。因x∈R,然后運用到“Δ”求y的取值從而達到解題目的。解:由y=x2-xx2-x+1得(y-1)x2+(1-y)x+y=0.y=1時x無解,必須使得Δ=(1-y)2-4y(y-1)≥0,-13≤y≤1.y≠1,y最小值等于-13.評注:判別式法主要適用于可化為關于x的二次方程的函數,當x的范圍是R時,僅考慮Δ即可,當x的范圍非R時,還需要結合圖形另解不等式,不能擴大y的取值范圍。
六、利用換元法求最值
所謂換元就是變量替換,是指把一個數學式子中的某一些以另一些與此相關的量去替代,從而使該數學式子變得較為簡單或易于解決的化歸過程,其實質是數集到數集的映射化歸。主要有三角換元和代數換元兩種,用換元時要特別注意中間變量的取值范圍。1.數學式換元。例7:求9(x2-x+1x2+x+1)2+5(x∈R)的最大值與最小值。解:令:x2-x+1x2+x+1=y,去分母得(y-1)x2+(y+1)x+(y-1)=0,而x∈R,因此該方程的判別式Δ≥0,即(y+1)2-4(y-1)2≥0.解得13≤y≤3.在z=9y2+5中,其函數是增函數,所以當y=13時,函數有最小值6,當y=3時,函數有最大值86。例8:求y=姨x+2+12x+8(x>-2)的最大值。分析:此題為含根號的分式函數,不能直接運用均值不等式求最值,考慮分子常數化,變形后對分母用均值不等式。解:設姨x+2=t,則x=t2-2,故y=12•t+1(t+1)2-2(t+1)+3=12•1(t+1)+3t+1-2≤12•12姨3-2=姨3+18,當且僅當t+1=3t+1且t>0,即t=姨3-1,x=2-2姨3時,等號成立,即所求的最大值為姨3+18.2.三角換元。三角函數中的求最值問題因其注重數學知識間的交叉、滲透,解法靈活多變,突出對思維的靈活性和嚴密性的考察,歷來都是高考中的常見題型。學生在解決這些問題的過程中常常由于個別環節上的疏漏而導致失誤丟分。下面通過對典型錯解例題的剖析,揭示題型規律,提高解題的準確性。例9:已知a2+b2≤2,c2+d2≤4,求ac+bd的最大值。分析:若這道題直接運用不等式進行解題可能會產生錯解,因為2ac≤a2+c2,2bd≤b2+d2,所以ac+bd≤a2+b2+c2+d22=3但其中取等號的條件a=c,b=d才能成立。于是得到a2+b2=c2+d2,與已知相矛盾。在這種情況下,我們應用三角函數替代得到a=姨2cosα,b=姨2sinα,c=2cosβ,d=2sinβ,代入原式得到一道簡單的三角函數題。解:設a=姨2cosα,b=姨2sinα,c=2cosβ,d=2sinβ,則ac+bd=2姨2(cosαcosβ+sinαsinβ)=2姨2cos(α-β)≤2姨2,當且僅當cos(α-β)=1時,即(a=b=1,c=d=姨2或a=b=-1,c=d=-姨2成立時取等號),ac+bd的最大值為2姨2.評注:換元的方法形式多種多樣,有的甚至涉及到多步換元或多種換元相互運用,我們要注意的是不管怎樣變換,其變換的取值范圍都不能改變。這種方法有助于我們把復雜的式子簡單化,利于我們求解。
2.獨立思考與合作交流完美結合,課堂教學務實與創新并進
中學數學教學從內容到形式在現行的《數學課程標準》下都有很大的變化,教學方法的改革創新尤為突出,在當下的數學教學模式中出現了洋思教學模式、杜郎口教學模式等以研究性學習、小組合作學習等語言交流為載體的方法。關于如何提高研究性學習、小組合作學習教學效果的探討轟轟烈烈,但焦點始終集中在研討內容及討論方式的選擇上,表面看上去“熱鬧非凡”“各抒己見”。筆者認為合作交流的主旨應是在學生具備了個體的數學思考能力后,在交流的環境中思維碰撞,真正提升自己的語言表達和思維能力。眾所周知,教育的根本目的是促進人的社會化。每一位學生都將踏入社會,當位于團體之列,需要大家的合作交流與群策群力,而在激烈的競爭中,我們又需要獨立的判斷力與思考力。因此不難發現,合作交流與獨立思考共同構成了學習矛盾和統一的雙方,互相轉化。那始何使合作交流與獨立思考完美結合呢?提議一:在教學過程中,我們可以采取小組合作學習,但對小組的每一個個體,對老師精心編擬的問題都應該先獨立思考,而不是為了短期效益而簡單地分工合作,然后再以組長(輪流)提問,組員回答的方式,就大家的回答展開討論,再由代表總結發言。提議二:在講新課之前,有針對性地安排預習內容(書面形式),這是非小組形式的,每個學生都要獨立完成,在課堂上可以給小組學生就預習問題進行交流的時間。我們知道,學生在回答問題或者搜集材料預習書寫的過程中,不僅要考慮解決問題的思路,還要思考如何組織語言來表述自己的想法。這樣既鍛煉了學生獨立思考的能力,又能在合作交流中提升自己。當然,對于那些不善言辭的學生,老師應給予更多的指導、鼓勵與關愛。讓每一位同學能在“思、寫、議、表”方面有所進步,課堂教學的形式多樣,但課堂教學必須務實與創新并進。只有這樣才能真正使我們的教師擺脫盲目跟從“流行教學模式”帶來的困惑。
2.運用交互式電子白板教學,可以容易化解數學中的難點
在中學數學教學過程中,有效采用交互式電子白板技術,可以通過聲音和圖像的有效結合,以及動態與靜態的融合等諸多優勢,直接明了的將中學數學中要求的重點、難點進行一對一講解,大大提升學生在難點方面的把握與理解.近年來,隨著新課標課程的改革,中學的數學內容也有所增加,然而由于學生處在一個比較敏感的階段,在學習幾何以及函數等較為抽象的數學知識的過程中顯得尤為吃力,而以往的教學模式只是教師在黑板上講解,枯燥無味的數學知識只能一味的成為數學中的難點,如何突破數學難點還是值得教師思考的,而交互式的電子白板可以在施教當中利用鮮明的色彩以及動聽的聲響可以調動學生對數學知識的接受能力,并且在很大程度上可以有效化解課程要求的教學重點和難點,從而幫助學生提高學習數學知識的效率.
3.靈活運用交互式白板活躍課堂氛圍,營造良好學習氛圍
交互式電子白板和中學數學相互結合,通過靈活運用這一信息技術能夠在一定程度上將數學和其他的學科進行適當的整合與對接,教師采用迎合學生所處的心理需求的教學資源的制作,可以以此營造一種促使學生在課堂中的輕松自在的學習氛圍,真正讓學生在課堂中自由發揮自己的優勢,積極主動對課堂中提出的數學問題的思考和發言,比如在緊張的學習氛圍中可以適當的播放舒緩的音樂,緩解學生低沉的學習情緒.
(一)創生活情境,活躍課堂氣氛,培養學生的學習興趣
在數學教學中往往有這樣的情況發生,無論老師講得多再理,分析得多貼切,卻不能引起學生的興趣,不能調動課堂的氣氛,無法讓學生完全領略這堂課的知識。我是怎樣來活躍課堂的呢?例如,我在講“圓的認識”時,我從古代的大馬車,秦朝兵馬俑中的戰車,近代的三輪車,現代的各種各樣的汽車、火車、貨車及至豪華轎車,找到很多圖片,讓學生從外形上去比較,感知人類的進步和文明的發展。不論是哪一個年代、哪一種作用、哪一種形狀的車,為什么車輪都是一成不變的圓形呢?這一問題的提出,學生的興趣立即被提了起來,學生們結合自己的生活經驗,各抒己見,紛紛把自己的意見提出來供大家分享,課堂的氣氛一下子就活躍起來了,從而使學生對圓產生了濃厚的興趣,也激發了學生主動探索圓的性質和心理。也增強了學生學習數學的主動性。[1]
(二)讓學生感受到數學的有用性,積極主動利用數學知識來解決生活中的實際問題
數學是生活的一種語言,也是認識世界的一個窗口,在我們的日常生活中應用數學來解決日常生活中出現的問題是我們應具有的最基本的素質之一。數學來源來生活,更應用于生活。例如,我在“點和圓的位置關系”教學中,為了讓學生體會到成功的應用數學知識解決實際問題的快樂,我設計了下面的習題:一所學校在直線L上的A處,在直線L上離學校180M的B處有一條公路M與直線L相交成30°,一貨車在公路上行駛,已知貨車行駛時周圍100M的圓形區域內會受到噪音的影響。(1)請問學校是否會受到該貨車噪音的影響?并說明理由。(2)如果你是這所學校的學生,你會有怎樣的想法呢?這樣一來,讓新的知識與實際生活緊密的結合起來,既促進了學生對點與圓的位置關系的認識,又讓學生感受到貨車以及其他交通工具對人們的危害,培養了學生們的環保意識,也讓數學教學收了意想不到的效果。
(三)拓展生活實踐,打造數學知識的運用平臺
認為:“人是歷史的創造者,又是歷史的劇中人”,這就是說,人必然要受到社會歷史的制約,但又并不是完全受社會關系的擺布的被動生存物,他能夠自覺地、能動地認識和改造社會,使社會環境有利于自身的發展。人是社會的主體,是推動社會發展的根本力量。沒有個體的認識和實踐活動,也就沒有社會歷史。人在社會中的發展應是在全面發展的基礎上“個人獨創的自由的發展”,馬克思特別強調人的“自由個性”。人的全面發展同時也是人的自由發展;全面發展的個人,同時也應該是具有個性和主體性的人。同志也肯定學生在教學過程中的主體地位,也肯定了主動性和能動性,主張讓學生“生動活潑地、主動地得到發展”。在數學教學的實踐中,教師的教學要服務于生活,將學生把學到的知識返回到生活中去,讓數學知識的運用過程生活化、興趣化、具體化。用生活中的實踐來彌補課堂內學不到的知識,滿足學生的求知欲。產生教與學的共鳴,同時在生活的實踐中用數學知識來解決實際問題。
(四)培養學生自主留意生活中的數學
數學是生活的色彩,在我們日常生活中,隨時隨地都會出現數學的身影,只要你留意,她就會出現在你身邊。比如,增長率、企業成本秘利潤的核算、市場的調查與分析、比賽場次的安排等,隨時都可以讓學生感受到數學應用的廣泛性,并明確的知道數學知識的應用能更好的幫助他們認識自然與我們的人類社會,更好的適應生活,更有效地進行表達與交流。教師應鼓勵學生大膽地去發現、有效的提出生活中的問題,并運用數學知識去解決生活中的問題。久而久之,學生就會感覺到數學知識的樂趣,就會想去發現、去創造,產生學習數學的渴望。
二、注重交流,凸顯學生的主體作用
新課程標準明確指出:“改變課程實施過于強調接受學習、死記硬背、機械訓練的現狀,倡導學生主動參于、樂于探究、勤于動手、培養學生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。”在中學數學教學中,教師應引導學生運用適當的數學語言,交流各自的認識和體會,討論大家在學習中遇到的困難,學生相相互提問、答問、論述、證明和反駁,從而在交流中不斷探究,在探究中不斷創新。只有通過交流,才能凸顯學生的主體作用,如果沒有交流,學生的思維得不到發散,探究創新與提高能力都將成為空談。所以我們在數學教學中,如能把新課程理念的要求做到身體力行,才能讓學生真正成為學習的主人。比如,在學習《等腰三角形》時,我設計了這幾個小活動:1.實踐觀察,認識等腰三角形。讓學生從折紙、剪紙中得到等腰三角形的基礎概念,感知等腰三角形的對稱性;2.探索等腰三角形的性質。如:從剪出的等腰三角形ABC中沿折痕對折,找出其中重合的線段和角并填表,填完表同組互相探討。3.作業反饋。當堂作業,鞏固知識,當堂小組交換批改,然后班級交流。可以看出這三個教學步驟都是由小活動組成的,而每個活動都是由學生們的自動和互動來完成的,這就充分發揮了學生在課堂上的主體作用。[4]通過這樣的學習,讓學生從學會向會學轉變。學生變成了充滿活力的生命體,可以領悟到的是:讓學生真正成為學習的主體,是要為學生提供足夠的時間,讓大家相互合作交流,才能讓學生自主的去探究學習。
三、提倡民主,積極發言
數學課程教學是師生共同學習、探索的一個過程,在教學過程中,學生對問題的回答、知識的理解和接受都有一個對與錯的過程,在學習中出現錯誤也是在所難免的。數學本身就是一門活躍的課程,對數學中的問題從不同的角度思考就會有不同的解法。而每一位學生對同一個問題他的思考方式也不盡相同,必然導致解法上會存在差異,甚至于有的學生的解法比老師的都還要精辟。可見在教學中應提倡民主,鼓勵有不同意見。獨立思考能增強學生學習的信心,同時對進一步張揚學生的主體性也起到了積極的作用。[5]具體來說應采取什么樣的原則呢?1.鼓勵討論、辯論,遇到學習上有爭議性的問題,都不直接給答案,而是應該讓學生對此發表各自的觀點和看法,在學生的討論或辯論中得出答案,讓學生在交流的過程中體會到通過自己的努力而解決了問題的自豪感,讓他們覺得學習是愉快的。2.錯也是一種美,鼓勵學生在上課的時候多發言,不要因為答錯了而對學生全盤否定,否則會導致學生喪失自信。而教師則應該恰當給答錯了的學生以必要的表揚,引出了為什么答錯了的爭議,再從爭議上去思索正確的答案,通過同學們積極的發言帶動了課堂氣氛,即便他回答錯了也不會覺得尷尬。氣氛被帶動了,學生的主體性也帶動了。3.鼓勵有創意的學生,對學生的創新解題進行鼓勵是凸顯學生主體性很關鍵的一點。特別是學生的思路比老師的還要好的時候,更應該大力的表揚,證明學生已經會學數學這門課程,也讓學生能永遠對數學這門學科保持積極的心態。
創新意識是指對創新的態度,是一個人對于創新活動所具有的比較穩定的積極的心理傾向。而數學創新意識則主要表現為對數學創新的態度和認識,是在后天的環境與數學教育影響下形成并發展起來的一種穩定的心理傾向。對于學生而言,數學創新更多的是指學生在學習數學的過程中所表現出來的探索精神,發現問題、提出問題、掌握數學思想方法的強烈愿望以及運用所學知識創造性地解決數學問題或簡單的實際問題的能力。可以說這在很大程度上主要表現為一種創新意識。在2000年初(高)中數學教學標準中對數學創新意識有更為明確而具體的闡述:數學創新意識主要是指對自然界和社會中的數學現象具有好奇心,不斷追求新知、獨立思考,會從數學的角度發現和提出問題,并用數學方法加以探索、研究和解決。它至少包括數學創新欲望、數學創新情感、數學創新觀念。
一、數學教師的創新意識是培養學生創新能力的首要條件
教育本身就是一個創新的過程,教師必須具有創新意識,改變以知識傳授為中心的教學思路,以培養學生的創新意識和實踐能力為目標,從教學思想到教學方式上,大膽突破,確立創新性教學原則。(一)克服對創新認識上的偏差。一提到創新教育,往往想到的是脫離教材的活動,如小制作、小發明等等,或者是借助問題,讓學生任意去想去說,說得離奇,便是創新,走入了另一個極端。其實,每一個合乎情理的新發現,別出心裁的觀察角度等等都是創新。一個人對于某一問題的解決是否有創新性,不在于這一問題及其解決是否別人提過,而關鍵在于這一問題及其解決對于這個人來說是否新穎。學生也可以創新,也必須有創新的能力。教師完全能夠通過挖掘教材,高效地駕馭教材,把與時展相適應的新知識、新問題引入課堂初中數學論文初中數學論文,與教材內容有機結合,引導學生再去主動探究。讓學生掌握更多的方法,了解更多的知識,培養學生的創新能力。(二)數學教師應當充分地鼓勵學生發現問題,提出問題,討論問題、解決問題,通過質疑、解疑,讓學生具備創新思維、創新個性、創新能力。(三)數學教師運用有深度的語言,創設情境,激勵學生打破自己的思維定勢,從獨特的角度提出疑問。培養學生對復雜問題的判斷能力,在課堂教學中隨時體現。
二、激活學生的數學創新欲望 創新欲望是人類與生俱來的一種本能。蘇霍姆林斯基說,“人的心靈深處都有一種根深蒂固的需要,這就是希望感到自己是一個發現者、研究者、探索者。”初中學生的數學創新欲望最初只是一種朦朧的、潛藏的、無意識的本能,它沒有明確的、穩定的指向,它需要教師在教學中來激活它,可以說,學生的數學創新欲望在很大程度上是數學教育的產物。它的強弱完全取決于后天所受的教育和熏陶中國。通過教師的正確引導和有效誘發,學生的數學創新欲望會得到強化,創新本能會被逐漸激活,學生的數學創新活動的行為指向也會更為鮮明、穩定,其行為目的也更加確定突出。在強烈的數學創新欲望的支配下,才會有積極的創造性思維和堅定的創造性實踐。從數學創新欲望的激活到強化的過程,我們不難發現,數學教育在其中起著決定性的作用。作為數學教育,應將學生創新欲望的激活作為培育創新意識的第一要義,在教學中要很好的保護并激發學生學習數學的求知欲、好奇心及學習數學的興趣,鼓勵學生獨立思考,不斷追求新知,發現,提出,分析并創造性地解決問題,使數學學習成為再發現、再創造的過程。2000年秋季開始使用的中學數學新教材中,在必學
摘要求。通過實習作業和探究性活動,積極引導學生將所學知識應用于實際,從數學角度對某些日常生活、生產和其他學科中出現的問題進行研究,或者對某些數學問題進行深入探討,充分調動學生的積極性,充分體現學生的自主性,使他們的創造潛能與稟賦得到展現,創新欲望和創新意識不斷得到強化。在實施創新教育的過程中,不能從“為應試而教”轉變到“為創新而教”,缺乏民主,師生之間是一種不平等的人格關系,師生不能平等進行交流,過分強調師道尊嚴,教師權威,其結果只能是壓抑學生的創新欲望,最終埋沒學生的創造天性。因此,教師可以充分利用“學生渴求未知的、力所能及的問題”的好勝的心理、數學中圖形的美、數學中的歷史人物、典故、數學家的童年趣事、某個結論的產生等等激發學生的創新興趣。
三、教師是保護學生創新能力發展的“監護人”
在數學教學中,學生閃現的創造的火花,稍縱即逝,如果我們教師引導保護不夠,就會扼殺這種創新的動力。所以在初中數學教學中要做到:
(一)分清學生錯誤行為是有意的,還是思維的結晶。教師在學生探索中,出現這樣或那樣的錯誤不要急于評價,出示結論初中數學論文初中數學論文,對發展中的個體要以辯證的觀點、發展的眼光,實行多元化的發展的評價。從客觀上保護了學生思維的積極性,促使學生以積極的態度投入到學習中去。
(二)多給學生一些鼓勵,一些支持,對學生的正確行為或好的成績表示贊許。學生時期自我評價能力較低,常常默認教師的評價,而且常以教師的評價衡量自己在群體中的地位。同時,又常從成人的表情或語言判斷對其的評價,帶有一定片面性。因此,教師應對學生正確行為表示明確的贊揚,使學生明白教師對他們的評價,增強他們的自信心,使學生看到自己成功的希望。
(三)保護學生的好奇心。初中數學給學生提供了很多好奇的源泉。好奇是學生與生俱來的天性,好奇是思維的源泉,創新的動力。因為好奇,學生有了創新的愿望,努力去揭開事物的神秘面紗,這種欲望就是求知行為在孩子心靈中點燃的思維的火花,是最可貴的創新性心理品質之一,但隨著年齡的增長,好奇程度呈遞減趨勢,而創造性人才的特點卻是永駐的,用好奇的眼光和心理去審視整個世界,每一個成才的人,必須保持這顆好奇的童心,教師對教學中學生好奇的表現應給予肯定。