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      “基于思想方法”視角下的高中數(shù)學教學探究

      2024-12-04 00:00:00苗付雨
      師道·教研 2024年11期

      數(shù)學思想方法是數(shù)學學習的核心價值,是數(shù)學知識體系架構的靈魂,它如同引領學生深入數(shù)學學習的鑰匙,能夠幫助學生打開理解數(shù)學概念、公式、定理等基礎知識的大門,既能強化學生對概念、公式、定理等數(shù)學基礎知識的理解,又能鍛煉學生的邏輯和抽象思維,為學生更高緯度的數(shù)學學習打下基礎。數(shù)學思想方法蘊含在數(shù)學知識的傳授中,具有潛移默化影響的特點,所以教師在規(guī)劃課堂教學活動時,要深入鉆研教材,善于通過對教材和課標的研究,總結歸納出知識中蘊含的基本思想方法,在此基礎上,精心地設計教學過程,在知識講授的同時滲透思想方法,提升學生的數(shù)學素養(yǎng)。

      1.基本思想方法

      數(shù)學基本思想源自史寧中撰寫的《數(shù)學思想方法概論》,先后通過義務教育和高中課程標準呈現(xiàn)。史寧中第一次明確了數(shù)學基本思想的判斷標準,這些思想首先是數(shù)學產(chǎn)生和發(fā)展所必須依賴的,其次是通過對數(shù)學的學習應該具備的基本思維方式。數(shù)學方法是數(shù)學思想在實踐中的直接體現(xiàn),它將抽象的數(shù)學思想轉化為具體、可操作的步驟和程序。數(shù)學思想蘊含在數(shù)學知識學習中,是指向數(shù)學思維活動內部的,是本質性的;數(shù)學方法體現(xiàn)在數(shù)學解題過程中,是外顯的、具體的,指向數(shù)學思維活動的外部,具有可操作性。數(shù)學基本思想的核心要素(如抽象、推理、模型等)蘊含在數(shù)學思想方法中,是抽象、概括更高層次的數(shù)學思想方法而形成的更深刻的觀點。

      數(shù)學思想方法是以數(shù)學知識和技能為基礎,以數(shù)學思想為內涵,以數(shù)學方法為外延,緊密聯(lián)系數(shù)學教育教學和數(shù)學學習過程,指向數(shù)學活動經(jīng)驗的積累和思維習慣的形成,二者的交融和統(tǒng)一即數(shù)學思想方法。

      2.“基本思想方法”視角下的高中數(shù)學教學實施

      數(shù)學思想方法與知識內容相輔相成,共同構成了數(shù)學課程的核心,在高中數(shù)學教學中要將知識教學與思想方法的培養(yǎng)緊密結合,形成一個有機整體。在新的背景下,教師要深入研究新教材、新課標,做到對教材每個知識點都有深入的理解和把握,同時深入探究知識點中蘊含的思想方法,課堂教學中,在對知識講解的同時,更注重對學生思維的培養(yǎng)和啟迪,讓知識的傳授過程和思想方法的領悟過程有機融合。比如必修1集合和函數(shù)、必修3算法初步和概率統(tǒng)計、必修5數(shù)列和不等式,我們可以梳理和歸納如圖1。

      挖掘高中數(shù)學知識中的思想方法是教學中滲透思想方法的前提,只有充分地研究教材、研究課標,才能析出高中數(shù)學知識中的思想方法,合理設計教學,在知識的傳授中滲透數(shù)學基本思想方法,潛移默化地影響學生,下面以不等式知識為例,探究分析不等式中的數(shù)學思想方法。

      人教版新教材不等式放在了高一必修1第二章,不等式安排在高一年級,銜接起初高中知識,起著承上又啟下的作用。不等式知識中包含著高中數(shù)學中很多重要的思想方法,例如數(shù)形結合、函數(shù)與方程、分類討論、化歸等。教師在不等式教學中應注重基礎知識與思想方法的有機結合,通過個性化教學、深度挖掘、歸納總結和實踐應用等策略,讓不等式的知識架構豐盈起來,讓知識和思想同步領悟,為學生的數(shù)學素養(yǎng)和思維能力的提升奠定堅實的基礎。

      2.1數(shù)形結合思想

      數(shù)與形作為探究同一數(shù)學問題的雙重視角,非但不相斥,反而相輔相成,構成了彼此轉化的橋梁與通道。在解決數(shù)學難題時,數(shù)形結合的思想方法尤為關鍵,它主要分為兩大策略:“以形助數(shù)”與“數(shù)轉形現(xiàn)”。

      “以形助數(shù)”就是利用圖形的直觀性來理解和解決數(shù)學問題,這一過程要求我們將圖形的特性、屬性轉化為代數(shù)語言,換而言之就是我們利用代數(shù)式、方程或不等式等代數(shù)形式表達圖形的特征,方便我們依據(jù)數(shù)學定理、公式進行邏輯推理與求解,使得復雜的數(shù)量問題形象化、可視化,而“數(shù)轉形現(xiàn)”則是一種逆向的思考,它將原本抽象、不太容易直接理解的代數(shù)問題,轉化為比較直觀形象的幾何圖形問題。數(shù)形結合的思想方法串聯(lián)起了數(shù)學中的幾何和代數(shù),搭建起了數(shù)與形之間的橋梁,數(shù)形結合思想是數(shù)學中數(shù)形和諧統(tǒng)一的完美體現(xiàn),更是一種高效的解題工具與策略。不等式中有著很多數(shù)形結合思想的應用,在日常的課堂教學中,利用不等式的知識滲透數(shù)形結合思想方法,在加深學生對知識的理解的同時,也讓學生受到了數(shù)學之美的熏陶。

      (一)基本不等式

      在基本不等式章節(jié)學習中,利用了數(shù)形結合的幾何方法理解基本不等式。

      如圖2,AB是圓的直徑,點C是 AB上一點, AC=a,BC=b。過點C作垂直于AB的弦DE,連接 AD,BD。你能利用這個圖形得出不等式 ≤的幾何解釋嗎?

      如圖:

      設半徑為R,則直徑 AB=a+b, R=。

      由垂徑定理可知CD= 。

      由圖2可知,CD≤R,

      故≤

      顯然,當且僅當點C與圓心重合,即a=b時,等號成立。

      (二)一元二次不等式及其解法

      求不等式x2-5x+4≥0的解集。

      解:作函數(shù) y=x2-5x+4的圖象,如圖3,函數(shù)y=x2-5x+4與x軸的交點橫坐標為x1=1,x2=4。求解一不等式x2-5x+4≥0,即是求滿足函數(shù) y=x2-5x+4圖像在x軸上或者在x軸上方的所有x的集合,所以原不等式x2-5x+4≥0的解集為x|x≤1或x≥4。

      在不等式知識中,體現(xiàn)了數(shù)形結合思想的精妙之處的題型有很多,這些不等式問題如果只是單純從代數(shù)角度思考,是比較繁瑣的,比如確定數(shù)值范圍問題,如果將代數(shù)問題轉化為幾何問題,就能形象直觀地分析問題,也可以有效地降低運算量,提升解題效率。數(shù)形結合的應用促進了圖形與代數(shù)知識間的深度融合,加深了學生對數(shù)學內在邏輯與結構的理解。

      2.2函數(shù)與方程思想

      函數(shù)思想是一種洞察數(shù)學對象間動態(tài)量變關系,從運動與變化的維度出發(fā),依據(jù)給定條件構建或確立函數(shù)關系式。函數(shù)思想核心在于運用函數(shù)的定義、性質以及變換規(guī)律,把數(shù)學問題轉化為函數(shù)問題;方程思想則側重于在動態(tài)變化分析問題中的變量變化特征,利用未知數(shù)間的等量關系構造方程,方程思想的本質是數(shù)學知識中的變與不變。

      函數(shù)思想與方程思想在高中數(shù)學教學中互為補充,相輔相成。函數(shù)與方程兩種思想的緊密結合,為學生靈活地應對各種數(shù)學問題提供了強大的解題工具。在高中數(shù)學課堂教學中進行函數(shù)與方程思想的滲透,可以幫助學生很好地理解和掌握數(shù)學概念和性質,實現(xiàn)數(shù)學素養(yǎng)的全面提升,不等式中函數(shù)與方程思想應用十分廣泛。

      如:構造函數(shù)求參數(shù)取值。

      例:已知函數(shù)f(x)=1+2x+k·4x,其中k為常數(shù),若當x∈(-∞,2]時,有f(x)>0,求k的取值范圍。

      分析:含參不等式問題是高中數(shù)學的難點,面對這一類問題,我們經(jīng)常分離參數(shù)k,然后構造新的函數(shù),含參問題就可以轉化為不含參數(shù)的函數(shù)問題,進而利用函數(shù)的有關知識去解決。

      解:當x∈(-∞,2]時,有f(x) > 0成立,即1+2x+k·4x> 0成立,

      分離參數(shù)后構造新的函數(shù),是含參不等式常用的解題方法,分離參數(shù)后求解的問題就轉化為了無參數(shù)的函數(shù)問題,就可以利用函數(shù)的有關性質來求解。不等式中涉及多個變量和條件時,我們往往利用方程來建立變量之間的等量關系,將問題中的未知量轉化為已知量,從而讓復雜的多變量問題變簡單。

      函數(shù)與方程思想對學生深入理解數(shù)學的本質和規(guī)律有著很大的幫助。因此在高中數(shù)學教學中,教師應該注重課堂教學設計,在教學實施過程中培養(yǎng)學生的函數(shù)與方程思想意識以及靈活運用這些思想解決問題的能力。

      2.3分類討論思想

      分類討論思想是一種深刻而靈活的數(shù)學策略,數(shù)學中有很多錯綜復雜的難題,這類問題要使用一種系統(tǒng)化、條理化的方法,才能夠思路清晰地解決問題。分類討論思想的核心是根據(jù)問題本身的特性或內在規(guī)律,選取合適的分類標準,然后按照分類的標準將復雜問題拆解為幾個相對簡單、方便處理的問題,最后歸納各部分的結論,總結出原問題全面的結果。

      不等式中分類討論思想也隨處可見,例如在求解分式不等式時,會采用化歸的思想,把分式不等式轉化為整式不等式,而整式不等式的解決,又要運用分類討論的思想,按照分母的正負性進行分類討論;比如在處理含參不等式時,要根據(jù)參數(shù)的不同取值范圍進行分類討論,分類討論思想在不等式解題中有著獨特的魅力。

      如含參比較大小問題。

      比較(a+1)2與a2-2a+3的大小關系。

      分析:作差比較大小,

      分類討論思想在不等式知識中的應用是一種重要的解題方法,當學生在面對復雜的不等式問題時,通過不等式的性質、結構或條件的不同,把問題分解為幾個相對簡單問題,然后分別進行討論解決,最后歸納總結問題的完整解。分類討論時要做到以下幾點:一是分類應逐級進行,避免越級跳躍,以確保討論的條理性和邏輯性;二是在同一分類級別內,必須采用統(tǒng)一的分類標準,以保持分類的一致性;三是分類時要力求全面,不重不漏。

      2.4化歸思想

      化歸是轉化和歸因的簡稱,化歸是“轉化”與“歸因”的緊密結合,轉化是手段,歸因則是目的?;瘹w是把一個問題從難到易、從繁到簡地轉化出來,轉化是高中數(shù)學處理問題的方法和途徑,本質上就是尋求問題解題思路與方法,當問題比較難或者比較復雜時我們采取的策略。化歸是實現(xiàn)新舊知識或問題動態(tài)轉換的重要數(shù)學思想方法,也是有效的思想策略和方法,正確的轉化是解題成功的關鍵?;瘹w思想一般按照以下模式如圖4。

      如:求分式不等式解集問題。

      求不等式≤0的解集

      分析:對于分式不等式≤0,第一種思路是把分式不等式轉化為已知的分式知識:同號為正,異號為負,分母不為零,即轉化為f(x)≤0g(x)>0,或者f(x)≥0g(x)<0,另外一種思路是等價轉化為f(x)g(x)≤0g(x)≠0,即將分式不等式通過轉化等價于整式不等式,而整式不等式也是我們已知掌握的,化未知為已知,化舊知為新知,這就是化歸思想的應用,化歸思想求一元二次不等式解集,解決含參不等式問題等中也有體現(xiàn)。

      3.總結

      數(shù)學學習顯性的是豐富的知識體系、精確的模型構建以及嚴謹?shù)倪壿嬐评?,隱性的是數(shù)學的基本思想,它們構成了數(shù)學學科的核心靈魂,對學生而言,數(shù)學基本思想方法,是他們深入理解數(shù)學知識,靈活運用數(shù)學知識解決問題的鑰匙,也是培養(yǎng)他們核心素養(yǎng)、發(fā)展高階思維能力的基石;教師是數(shù)學思想方法的傳播者和啟迪者,課堂教學直接影響著學生對數(shù)學思想方法的理解和掌握程度,因此教師在規(guī)劃課堂教學活動時,要深入鉆研教材,善于總結歸納知識中蘊含的基本思想方法;通過對教材和課標的研究,靈活設計課堂教學過程;在課堂教學的實施過程中,通過對教材和課標的研究,總結歸納出思想方法并巧妙地融入課堂教學中,使學生在領會高中數(shù)學知識的“體”時又領會了其“魂”,同時又對學生的數(shù)學思維能力起到了鍛煉作用,提高學生的數(shù)學素養(yǎng)。

      責任編輯 錢昭君

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