在新教材(人民教育出版社2019年國家教材委員會專家委員會審核通過)、新課程(《普通高中數(shù)學課程標準(2017年版2020年修訂》)、新高考的“三新”背景下,高中數(shù)學教學與學習必須更多地去關注數(shù)學基礎知識的發(fā)生、經(jīng)歷與發(fā)展過程,注重學生數(shù)學思維能力的發(fā)展,特別是高階思維能力,從而促進學生的深度學習,為學生的終生學習創(chuàng)造條件、奠定基礎.本文中結合2024年高考數(shù)學真題的剖析,從高考命題與考查方向等層面切入,剖析數(shù)學教學與學習過程中的數(shù)學思維的引導、分析、綜合、升華,引導數(shù)學高階思維能力的發(fā)展,進而依托數(shù)學知識與數(shù)學技能等的應用,引導學生開展深度學習,并且作一些合理的教學實踐與研究,拋磚引玉.
1 依托抽象場景的高階思維
基于抽象場景創(chuàng)設的高考命題與考查方向,通過選取一些較為抽象的問題,借助恰當數(shù)學思維的切入,進行合理分析與巧妙歸納,通過抽象與具體之間的辯證思維加以過渡與總結,實現(xiàn)高階思維,得以深度學習.
例1(2024年高考數(shù)學新高考Ⅱ卷·14)在如圖1所示的4×4方格表中選4個方格,要求每行和每列均恰有一個方格被選中,則共有種選法,在所有符合上述要求的選法中,選中方格中的4個數(shù)之和的最大值是.
解析:由題意知,選4個方格,每行和每列均恰有一個方格被選中,則第一列有4個方格可選,第二列有3個方格可選,第三列有2個方格可選,第四列有1個方格可選,所以共有4×3×2×1=24種選法.
每種選法可標記為(a,b,c,d),a,b,c,d分別表示第一、二、三、四列的數(shù)字,則所有的可能結果如下:(11,22,33,44),(11,22,34,43),(11,22,33,44),(11,22,34,42),(11,24,33,43),(11,24,33,42),
(12,21,33,44),(12,21,34,43),(12,22,31,44),(12,22,34,40),(12,24,31,43),(12,24,33,40),
(13,21,33,44),(13,21,34,42),(13,22,31,44),(13,22,34,40),(13,24,31,42),(13,24,33,40),
(15,21,33,43),(15,21,33,42),(15,22,31,43),(15,22,33,40),(15,22,31,42),(15,22,33,40).
所以選中的方格中,(15,21,33,43)的4個數(shù)之和最大,最大為15+21+33+43=112.
故答案為:24;112.
點評:解決本題的關鍵是確定第一、二、三、四列分別有4,3,2,1個方格可選,基于表格問題,化抽象為具體,有效利用分析、決策、綜合等高階思維方式,通過列舉法寫出所有的可能結果,為問題的分析與解決創(chuàng)造條件,落實數(shù)學抽象和數(shù)據(jù)分析核心素養(yǎng),也給此類問題的深度學習打下基礎.
2 依托現(xiàn)實場景的高階思維
基于現(xiàn)實場景創(chuàng)設的高考命題與考查方向,通過選取一些現(xiàn)實應用問題,借助合理數(shù)學思維的切入,進行合理分析與巧妙轉化,通過現(xiàn)實問題與數(shù)學知識之間的密切聯(lián)系加以過渡與總結,實現(xiàn)高階思維,得以深度學習.
例2(2024年高考數(shù)學新高考Ⅰ卷·9)(多選題)為了解推動出口后的畝收入(單位:萬元)情況,從該種植區(qū)抽取樣本,得到推動出口后畝收入的樣本均值x=2.1,樣本方差s2=0.01,已知該種植區(qū)以往的畝收入X服從正態(tài)分布N(1.8,0.12),假設推動出口后的畝收入Y服從正態(tài)分布N(x,s2),則().
(若隨機變量Z服從正態(tài)分布N(μ,σ2),則P(Z<μ+σ)≈0.841 3.)
A.P(X>2)>0.2
B.P(X>2)<0.5
C.P(Y>2)>0.5
D.P(Y>2)<0.8
解析:由于X~N(1.8,0.12),則有P(X>2)=P(X>μ+2σ)<P(X>μ+σ)≈1-0.841 3=0.158 7,故選項A錯誤,選項B正確.
又由于Y~N(2.1,0.12),于是可得P(Y>2)=P(Y>μ-σ)=P(Y<μ+σ)≈0.841 3,故選項C正確,選項D錯誤.
故選擇答案:BC.
點評:以現(xiàn)實應用場景來創(chuàng)設與考查正態(tài)分布的基本性質與應用.基于正態(tài)分布中普通區(qū)間與3σ區(qū)間之間的過渡與轉化,合理轉化與化歸,在此條件下通過數(shù)形結合,利用正態(tài)分布的對稱性和特殊區(qū)間的概率值來分析與求解,有效進行深度學習與應用.
3 交匯場景的高階思維
基于交匯場景創(chuàng)設的高考命題與考查方向,通過選取一些知識交匯問題,借助合理數(shù)學思維的切入,從中合理聯(lián)結與類比轉化,通過交匯知識與單一知識之間的包含與聯(lián)系加以過渡與總結,實現(xiàn)高階思維,得以深度學習.
例3(2024年高考數(shù)學新高考Ⅰ卷·8)已知函數(shù)f(x)的定義域為R,f(x)>f(x-1)+f(x-2),且當x<3時,f(x)=x,則下列結論中一定正確的是().
A.f(10)>100
B.f(20)>1 000
C.f(10)<1 000
D.f(20)<10 000
解析:依題可知,當x<3時,f(x)=x,則有f(1)=1,f(2)=2.
由f(x)>f(x-1)+f(x-2),令x=3,可得
f(3)>f(2)+f(1)=2+1=3=a4;①
令x=4,可得
f(4)>f(3)+f(2)>3+2=5=a5;②
令x=5,可得
f(5)>f(4)+f(3)>5+3=8=a6.③
觀察①②③式,及題設條件f(x)>f(x-1)+f(x-2),聯(lián)想到斐波那契數(shù)列{an}的遞推公式:an=an-1+an-2(n≥3,n∈N*),且a1=1,a2=1.
那么,不等式①②③右邊分別為斐波那契數(shù)列{an}的第4,5,6項,可歸納總結出規(guī)律:f(x)>ax+1(x≥3,x∈N*).
列出斐波那契數(shù)列{an}的前17項:1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610,987,1 597.
于是f(20)>f(16)>a17=1 597>1 000.
故選擇:B.
點評:根據(jù)抽象函數(shù)及其相應不等式的前若干項的分析,合理聯(lián)想到數(shù)列的一個重要模型——斐波那契數(shù)列{an},實現(xiàn)知識的交匯與融合,依托斐波那契數(shù)列{an}的構建,綜合應用函數(shù)與不等式知識,也是解決問題的一個重要突破口.依托抽象函數(shù)與相應的不等式場景下,合理構建與之相吻合的數(shù)學模型,很好地體現(xiàn)了數(shù)學建模核心素養(yǎng),以及函數(shù)、不等式等相關知識與數(shù)列的聯(lián)系與綜合應用.
4 技巧場景的高階思維
基于技巧場景創(chuàng)設的高考命題與考查方向,通過選取一些較為復雜、入口較寬、方法較多的問題(如各選項之間聯(lián)系緊密的多選題),借助合理數(shù)學思維的切入,進行合理對比、分析、舉例、排除、數(shù)形結合等,通過綜合問題與特例問題之間的合理轉化,用聯(lián)系與變化的觀點看問題,運用一定的解題技巧解決問題,事半功倍,發(fā)展批判與創(chuàng)造性高階思維,推動深度學習.
例4(2024年高考數(shù)學新高考Ⅱ卷·6)設函數(shù)f(x)=a(x+1)2-1,g(x)=cos x+2ax(a為常數(shù)),當x∈(-1,1)時,曲線y=f(x)與y=g(x)恰有一個交點,則a=().
A.-1
B.12
C.1
D.2
解析:依題可令f(x)=g(x),即a(x+1)2-1=cos x+2ax,整理為ax2+a-1=cos x.
如圖2所示,作出函數(shù)y=cos x,x∈(-1,1)的圖象.
設函數(shù)h(x)=ax2+a-1,x∈(-1,1).
當a=-1時,h(x)max=h(0)=-2,此時函數(shù)h(x)的圖象與圖中的圖象沒有交點;
當a=12時,h(x)max=h(1)=0,此時函數(shù)h(x)的圖象與圖中的圖象沒有交點;
當a=1時,h(x)max=h(1)=1,結合對稱性,此時函數(shù)h(x)的圖象與圖中的圖象有兩個交點.
排除選項A,B,C,只能是選項D正確.其實,當a=2時,h(x)min=h(0)=1,此時函數(shù)h(x)的圖象與圖中的圖象有一個交點.
故選:D.
點評:根據(jù)題設條件構建兩函數(shù)相等的關系,合理分拆函數(shù),轉化為一個熟知的余弦函數(shù)與一個含參的二次(或一次)函數(shù),為數(shù)形結合直觀分析與解決問題創(chuàng)造條件.依托選項中具體數(shù)值的信息,分類討論,也是解決問題中非常不錯的一種技巧方法.合理數(shù)形結合直觀處理,巧妙排除,實現(xiàn)問題的突破.
從根本上說,數(shù)學高階思維是數(shù)學學習過程中的一種重要思維,而依托高考命題與考查方向進行教學研究與學習,更加有針對性,這樣可以更好地幫助學生全面理解并掌握數(shù)學基礎知識與數(shù)學基本技能等,從而提升數(shù)學思維能力,特別是高階思維能力與關鍵能力等,并在此基礎上提升問題解決能力與創(chuàng)新能力等,進行有效的深度學習.特別在“三新”背景下,全面落實“雙減”政策與新課改理念,更加關注學生的主體思維意識,不斷更新和發(fā)展學生的心智,有效提升學生的高階思維能力,給深度學習埋下伏筆,也為終生學習創(chuàng)造條件.