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      引導(dǎo)學(xué)生探究培養(yǎng)問題意識(shí)提高數(shù)學(xué)素養(yǎng)

      2019-07-16 11:10江中偉
      福建中學(xué)數(shù)學(xué) 2019年3期
      關(guān)鍵詞:切點(diǎn)過點(diǎn)切線

      1 教學(xué)現(xiàn)狀

      眾所周知,圓錐曲線是中學(xué)數(shù)學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn),在高考中始終占據(jù)著重要地位.從學(xué)生學(xué)習(xí)的情況來看,圓錐曲線始終是學(xué)生比較‘-怕”的內(nèi)容;很多高三教師對(duì)此也頗感困惑,尤其是到了二輪復(fù)習(xí),不斷地“炒冷飯”,課堂效益低下,學(xué)習(xí)興趣不高,學(xué)生參與程度低.總之,學(xué)生學(xué)的辛苦,教師教的痛苦.

      2 應(yīng)對(duì)策略

      在教學(xué)過程中,通過對(duì)典型例題的類比、聯(lián)想、引申進(jìn)行深入研究,順藤摸瓜,把局部的、零散的知識(shí)點(diǎn)串成線條,形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò),融會(huì)貫通,在夯實(shí)基礎(chǔ)的前提下,引導(dǎo)學(xué)生探究問題,培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí),激發(fā)學(xué)生的思維靈感和創(chuàng)新意識(shí),使知識(shí)縱橫交錯(cuò)、點(diǎn)面呼應(yīng),落實(shí)“數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)”的培養(yǎng).

      3 教學(xué)案例

      引導(dǎo)學(xué)生以“問題串”的形式進(jìn)行復(fù)習(xí),可以促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí),從而有利于學(xué)生獲得清晰的數(shù)學(xué)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)研究方法,加深對(duì)數(shù)學(xué)的理解,提高學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng).筆者以二輪復(fù)習(xí)課為例加以說明,與同行探討、切磋、交流.

      3.1 復(fù)習(xí)知識(shí)奠定基礎(chǔ)

      已知○Ol:X2+y2=r2,

      ○O2:(x-a)2+(y-b)2=r2,

      ○O3:X2+y2+Dx+Ey+F=O.

      提問學(xué)生:

      (l)若點(diǎn)M(xo,Yo)在圓上,過點(diǎn)M的切線方程分別為____?

      學(xué)生l:xox+YoY=r2;

      教師:回答正確.

      (2)若點(diǎn)M(xo,Yo)在圓外,過點(diǎn)M引圓的兩條切線,切點(diǎn)分別為M1,M2,則切點(diǎn)弦(兩切點(diǎn)的連線段)所在直線的方程分別為____?

      學(xué)生2:xox+YoY= r2;

      教師:回答得很好.

      3.2 類比探究掌握結(jié)論

      已知橢圓C1:

      拋物線C3:y2= 2px.

      教師引導(dǎo)學(xué)生類比圓的切線得出下列結(jié)論(只要求類比,不需證明,因?yàn)樽C明需用到隱函數(shù)求導(dǎo)):

      (l)若點(diǎn)M(xo,Yo)分別在曲線Cl,C2,C3上,過點(diǎn)M的切線方程分別為____?

      學(xué)生3:

      .

      YoY= p(xo +x).

      (2)若點(diǎn)M(xo,Yo)分別在曲線Cl,C2,C3外,過點(diǎn)M引曲線Cl,C2,C3的兩條切線,切點(diǎn)分別為M1,M2,則切點(diǎn)弦(兩切點(diǎn)的連線段)所在直線的方程分別為____?

      學(xué)生4:

      .

      YoY=p(xo+x).

      教師:以上兩位同學(xué)回答準(zhǔn)確,類比推理掌握得很好. 然后教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)一般規(guī)律:求在點(diǎn)M(xo,Yo)處的切線方程,只需將曲線方程中的x,y,x2,y2一點(diǎn)M(xo,Yo)分別作曲線的兩條切線MM1,MM2,切點(diǎn)分別為M1,M2.類似地,只需將曲線方程中的求切點(diǎn)弦M1M2所在的直線方程.掌握這個(gè)一般結(jié)論,可以快速準(zhǔn)確地解決有關(guān)切點(diǎn)弦的問題.

      3.3 應(yīng)用結(jié)論實(shí)踐檢驗(yàn)

      相交,過直線l上的點(diǎn)P作橢圓C的切線PM,PN,切點(diǎn)分別為M,N,連接MN.

      (l)當(dāng)點(diǎn)P在直線l上運(yùn)動(dòng)時(shí),證明直線MN恒過定點(diǎn)Q;

      (2)當(dāng)MNlll時(shí),定點(diǎn)Q平分線段MN.

      解題分析讓學(xué)生思考十分鐘后,提問學(xué)生,教師適時(shí)點(diǎn)拔.

      學(xué)生5:證明 (l)設(shè)P(xo,Yo),

      M(x1,Yi),N(X2, y2),

      則橢圓過點(diǎn)M,N的切線方程分別為:

      因?yàn)榍芯€經(jīng)過點(diǎn)P(xo,Yo),

      所以

      切點(diǎn)弦MN所在的直線方程為:

      根據(jù)點(diǎn)P∈l,可得Yo= xo+b,

      代入(3)可得

      該式對(duì)Vxo∈R恒成立.

      (2)當(dāng)MN///時(shí),

      直線MN的斜率為:

      .

      合.故可得定點(diǎn)Q平分線段MN.

      此題是2017年全國高中數(shù)學(xué)聯(lián)賽廣東賽區(qū)選拔賽的第9題.實(shí)際上這道題學(xué)生只要會(huì)類比圓的切線方程得到橢圓的切線方程就不難了.

      實(shí)際上2013年廣東高考理科第20題第(Ⅱ)問就曾考查類似問題.題目如下:

      例2已知拋物線C的頂點(diǎn)為原點(diǎn),其焦點(diǎn)F(O,直線/上的點(diǎn),過點(diǎn)P作拋物線C的兩條切線PA,PB,其中A,B為切點(diǎn).

      (I)求拋物線C的方程;

      (Ⅱ)當(dāng)點(diǎn)P(xo,Yo)為直線/上的定點(diǎn)時(shí),求直線AB的方程;

      (Ⅲ)當(dāng)點(diǎn)P在直線,上移動(dòng)時(shí),求|AF|·|BF|的最小值.(略)

      解題分析易得拋物線c的方程為X2=4y后,學(xué)生很快就用剛才的方法求出了直線AB的方程為xox-2y-2Yo=o.此時(shí)教師提出還有沒有別的方法?

      學(xué)生6:采用參數(shù)法(斜率K為參數(shù)),設(shè)過點(diǎn)P作拋物線C的切線方程為y-yo=k(x-xo),聯(lián)立拋物線C的方程,但是運(yùn)算量太大,幾乎算不出.

      教師:解題思路雖清晰簡(jiǎn)單,但運(yùn)算量大,且不易消元.

      此時(shí)學(xué)生7:設(shè)切點(diǎn)坐標(biāo)A(xi,y1),B(X2,y2),x≠X2,用卻X2為參數(shù),切線PA的方程為:

      因?yàn)榍芯€PA,PB經(jīng)過點(diǎn)P(xo,y。),

      故直線AB的方程為xox-2y-2y。=o.

      教師:回答得非常棒!解題的關(guān)鍵在于引入?yún)?shù)x1和x2,采用設(shè)而不求,整體消元,得到直線AB的方程,大大簡(jiǎn)化了運(yùn)算.

      教師:當(dāng)點(diǎn)P(x。,y。)為直線|上的動(dòng)點(diǎn)時(shí),直線AB是否恒過定點(diǎn)?

      學(xué)生8:只要將Yo= xo-2代入直線AB的方程xox-2y-2Yo=o,得xo(x-2)-2(y-2)=o對(duì)Vxo∈R恒成立,則x-2-0且y-2=0,即x=2,y=2,故直線AB恒過定點(diǎn)(2,2).

      教師:早在2005年高考,江西理科壓軸題也曾考查過類似問題(請(qǐng)同學(xué)們課后完成).題目如下:

      例3設(shè)拋物線C:y=X2的焦點(diǎn)為F,動(dòng)點(diǎn)P在直線|:x-y-2=0上運(yùn)動(dòng),過點(diǎn)P作拋物線C的兩條切線PA,PB,且與拋物線C分別相切于A,B兩點(diǎn).

      (l)求△APB的重心G的軌跡方程;

      (2)求證:∠PFA= ∠PFB.

      3.4 變式拓展深入探究

      教師:請(qǐng)看2014年高考廣東卷文理第20題:

      (l)求橢圓C的標(biāo)準(zhǔn)方程;

      (2)若動(dòng)點(diǎn)P(xo,Yo)為橢圓外一點(diǎn),且點(diǎn)P到橢圓C的兩條切線相互垂直,求點(diǎn)P的軌跡方程.

      解題分析學(xué)生思考十分鐘后提問(當(dāng)學(xué)生卡住時(shí),教師適時(shí)點(diǎn)拔).(過程略).

      (2)設(shè)切點(diǎn)分別為A,B,

      ①當(dāng)兩條切線中有一條斜率不存在時(shí),則兩切線分別垂直x軸和y軸,兩切點(diǎn)分別為橢圓長軸與短軸的端點(diǎn),此時(shí)點(diǎn)P的坐標(biāo)為(+3,±2).

      ②當(dāng)兩條切線的斜率都存在時(shí),

      設(shè)過點(diǎn)P的橢圓切線方程為y-Yo= k(x-xo).

      化簡(jiǎn)得(9k2+4)X2+18k(Yo-kxo)xxc+9[(Yo-kxo)2-4]=0,

      依題意得△= [18k(yo-kxo)]2-36(9k2+4)[(y。-kxo)2-4]=0,

      化簡(jiǎn)得(X02-9)k2-2xoY。k+Y02-4=o,

      設(shè)切線PA,PB的的率分別為k1,k2,

      且PA,PB相互垂直,

      ,

      化簡(jiǎn)得X02+Y02=13(xo≠+3).

      又因?yàn)镻(+3,±2)滿足方程X02+y。2 =13,

      故點(diǎn)P的軌跡方程為X2+y2=13.

      此時(shí)教師應(yīng)該趁熱打鐵地引導(dǎo)學(xué)生觀察得到的點(diǎn)P的軌跡方程有何特征?

      學(xué)生10:由9+4=13,知點(diǎn)P的軌跡是以橢圓P(xo,yo)為橢圓外一點(diǎn),且點(diǎn)P到橢圓C的兩條切線相互垂直,則點(diǎn)P軌跡方程為X2 +y2= a2 +b2,其

      教師:這位同學(xué)的觀察能力很厲害!這時(shí)學(xué)生11站起來說:可類比推廣到雙曲線和拋物線中.

      Yo)為雙曲線外一點(diǎn),且點(diǎn)P到雙曲線C的兩條切線相互垂直,則點(diǎn)P軌跡方程為X2 +y2= a2 +b2,其軌

      ②設(shè)拋物線C: y2=2px(p>o),若點(diǎn)P(xo,Yo)

      為拋物線外一點(diǎn),且點(diǎn)P到拋物線C的兩條切線相互垂直,則點(diǎn)P的軌跡是以拋物線的頂點(diǎn)為圓心,

      學(xué)生Il話未落音,學(xué)生12指出①的錯(cuò)誤之處.答案應(yīng)該是:當(dāng)a2-b2 >0時(shí),點(diǎn)P的軌跡方程為X2+y2為半徑的圓;當(dāng)a2-b2=0時(shí),點(diǎn)P的軌跡是一個(gè)點(diǎn)(o,o);當(dāng)a2-b2<0時(shí),點(diǎn)P的軌跡不存在.

      教師:類比推理的結(jié)論不一定正確,需要進(jìn)行推理論證.此時(shí)學(xué)生13也發(fā)現(xiàn)了②的錯(cuò)誤.點(diǎn)P的

      教師:兩位同學(xué)的回答很精準(zhǔn).詳細(xì)的推理過程留給同學(xué)們課后作為作業(yè)完成.同學(xué)們,剛才探究的問題實(shí)際上是蒙日?qǐng)A問題,即在橢圓中,任意兩條互相垂直的切線的交點(diǎn)都在同一個(gè)圓上,它的圓心是橢圓中心,半徑等于長半軸與短半軸平方和的算術(shù)平方根,這個(gè)圓叫蒙日?qǐng)A.有興趣的同學(xué)可以在課后上網(wǎng)查資料了解有關(guān)蒙日?qǐng)A問題.

      4 反思感悟

      4.1 關(guān)注知識(shí)方法,豐富聯(lián)系有收獲

      教師系統(tǒng)地把握教材,理解學(xué)生,注重聯(lián)系,在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)注知識(shí)和方法,對(duì)知識(shí)和方法進(jìn)行再建構(gòu)、再完善,選擇一些切口小、角度新、針對(duì)性強(qiáng)的問題,引導(dǎo)學(xué)生開展一系列的探究活動(dòng),區(qū)別于高三一輪復(fù)習(xí),豐富知識(shí)和方法間的聯(lián)系.這樣不但教學(xué)內(nèi)容新穎有趣,而且對(duì)于學(xué)生開拓視野、培養(yǎng)問題意識(shí)、提高數(shù)學(xué)核心素養(yǎng),都具有提綱挈領(lǐng)的重要作用.

      4.2 關(guān)注不同層次學(xué)生,深度學(xué)習(xí)成效高

      傳統(tǒng)的高三二輪復(fù)習(xí)模式課型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,教師講得辛苦,學(xué)生聽得疲勞,忽視了學(xué)生的主動(dòng)性和積極性,課堂效益不高,效果又不好.二輪專題復(fù)習(xí)課一定要善“變”,不斷吸引學(xué)生的眼球,換個(gè)角度,變個(gè)形式,讓不同層次的學(xué)生都有收獲,對(duì)數(shù)學(xué)課有期待.只有學(xué)生喜歡數(shù)學(xué)課才有可能深度參與、深度思考、深度學(xué)習(xí),課堂才更有生機(jī)和活力.

      總之,高三二輪專題復(fù)習(xí)課的設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施,既要講究課堂教學(xué)的效率,又要兼顧學(xué)生的思維發(fā)展.需要設(shè)計(jì)豐富新穎的教學(xué)活動(dòng),通過學(xué)生經(jīng)歷的探究活動(dòng)過程獲得感受、體驗(yàn)、領(lǐng)悟并由此獲得數(shù)學(xué)知識(shí)、方法和情感態(tài)度與價(jià)值觀.教師合理設(shè)定專題,恰當(dāng)選擇學(xué)習(xí)策略,充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,為學(xué)生營造獨(dú)立思考、自主探究、勇于創(chuàng)新的良好環(huán)境,提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力,從而達(dá)到提高高三復(fù)習(xí)效率,提升學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)的目的.

      參考文獻(xiàn)

      [1]江中偉.巧用變式教學(xué)提高教學(xué)效率[J].中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)參考,2011(1—2下):86-87

      [2]江中偉,創(chuàng)設(shè)系列問題優(yōu)化思維品質(zhì)[J].師道:教研,2011(7):135

      (本文為廣東省梅州市教育教學(xué)研究重點(diǎn)課題《高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中學(xué)生問題意識(shí)培養(yǎng)的研究》(課題編號(hào)M20901-DBX201)成果之一)

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