我们知道,在数学教学过程中,有不少学生通过数学学习,形成了一些不正确的数学观,这些观念又反过来对数学学习产生了严重的消极影响,而新的学习活动的失败反过来又进一步强化了原先的错误观念,从而就形成了一个恶性循环,造成这种状况的原因是多方面的,其中最主要的,我认为是教师的数学观,毕竟教师是课堂环境的主要“制造者”,他们的数学观念将直接影响到他从事数学研究的方式,同样,一个数学教师的数学观也会在他的教学过程中体现出来,并最终影响到学生数学观的形成,因为,数学课堂本质上是一个环境,也就是数学观是可以教的。下面这个案例既是研究性学习的一个较好的课例,也充分说明教师的数学观对教学的指导作用,在本例中教师把数学看成是一个充满了联系的统一的整体,在解题教学中执著于寻求统一,执著于发现那些似乎彼此孤立的结论之间的联系,从而将正确的数学观传授给学生。
1、一个简单问题
例1、张明要用一张正方形硬纸板制成一个无盖的盒子,他打算从四个角上各剪去一个正方形,那么怎样剪,能使做成的盒子容积最大?
先从极端情形入手,教师问:如果剪去的小正方形太小或太大,制成的盒子会怎样?能不能使容积最大?
学生:会很浅很阔或很细很高,都不能使容积最大。
学生容易想到,小正方形的边长变化,盒子的容积也在变,容积是小正方形边长的函数,因此,设正方形纸片的边长为a,剪去的小正方形的边长为x.
如图1,则制成的盒子的容积可表示为:
V(x) = (a – 2x)2x,x∈(0, )
利用算术——几何平均不等式求最值.
V(x) = (a-2x) 24x≤ × =
到此本题似乎已经结束,但这位教师却没有到此为止,而是按照波利亚的解题思想,引导学生进行解题后反思,教师问:看着这个问题,你能将这个问题推广吗?你能提出一个类似的问题吗?
一会儿,学生纷纷举手,学生1:如果是长方形纸片,怎样剪容积最大?学生2:如果是正三角形纸片、正五边形纸片,或者正n边形纸片,怎样剪容积最大?最大容积是多少?学生3:如果制成有盖的盒子,怎样剪容积最大?……教师暗自高兴,善于提出问题,是解决问题的重要组成部分。学生已经习惯于将问题的重要组成部分、学生已经习惯于将问题一般化和特殊化,从而提出新的问题。教师:大家的问题很好,这些问题可以课下进行探索,课堂上我们尝试解一下较简单的情形,一正三角形的情况:
2、一个衍生的问题
例2、用正三角形纸片制成一个无盖的盒子,怎样做容积最大?
如图2、容易求得容积
V(x) = x· (a – 2x· )2 x∈(0, )
同样利用不等法求出当x = 时,体积最大,
最大容积为 .
3、一种数学观——数学是统一的
提出的问题得到解决,下一步再做介绍解题后的反思是非常重要的一个环节,由一个简单问题能引出一串问题,而且结果都很漂亮,师生此时都很漂亮,师生此时都感到颇有收获,比如,1:有的教师可能会结束解题,有的也许会进一步解决其他正多边形时的,但这位教师从另一个角度进行启发:你们能否发现这两个结论之间的内在联系?有没有一致的结论?这种在正确数学观念指导下的反思体现了解题者对统一性的追求,使原本结束的解题过程豁然进入到另一个更高的境界。
一会儿,学生陆续有了发现,学生1:剪下的都是全等的四边形,学生2:制成的盒子侧面都是矩形,底面是和原多边形相似的图形,学生3:我通过计算,发现剪下的小四边形的边长都等于原边长的六分之一。
例1中,小正方形的边长x = a,a为正方形纸片的边长。
例2中,小四边形的一边长 x = · = ,a为正三角形纸片的边长。
这个隐藏在四个结果中的一致性结论,给人以统一和谐之美,也给实际制作盒子提供了具体的操作方案,边长的 处为裁剪点。
学生沉浸在发现的愉悦中,教师提出了另一个出人意料的问题:假如这样形状的一个盒子已经制成,你怎样才能知道容积是否最大?稍加思考学生发现,对正方形的盒子,可以测量盒子的高和底面边长,当高与底面边长的比是1:4时,能达到最大容积;对正三角形的盒子,高与底面边长大约是 :12时,容积最大,这两个结果不令人满意,有没有一个统一的结果?
经过搜索,学生们有了发现,教师将其板书如下:
例1中盒子的底面积为S底 = ( )2 = a2,盒子的侧面积为S侧 = 4× × a = a2,即有S底= S侧.
例2中,体积最大时,x = ,S底 = S侧 = .
这说明,要知道盒子是否达到了最大的容积,必须通过测量的计算,看侧面积与底面积是否相等即可,相等即是达到了容积最大,虽然测量和计算麻烦些,但却有一个简单“统一”的结论。
另一种数学观——数学在“变”中统一
近年高考题在变换结构中出新题,已成为特征之一,所以为了学生能够适应这些新题型,我们在平常的教学中就必须加强相关题型的变式训练。“变”实际上就是转化,变的目的,就是因材施教,让不同的学生在数学上有不同的发展,新课改下我们也要求加强“变式教学”,但无论怎么变,我们仍然要了解新题型还都是由传统的题型变换而来的,这些新题型的解题方法都源于基础知识而和基本技能的运用,教学在“变”中统一,在“变”中提高,我们必须在统一的思想,通过训练,使学生能够以静制动,以不变应万变,不断创新思路,积累经验,下面我们看一个例子:
已知sinA>sinB,你能判定A与B的大小关系吗?
答案:A与B的大小不能确定,举2个例子即可
若A=60°,B=150°
则sinA>sinB,A<B
若A=60°,B=30°
则sinA<sinB
变式一,已知△ABC中,sinA>sinB,能不能判定A与B的关系呢?
答案:能,我们用正弦定理就可以解决这个问题
a b c
= = =2R
sinA sinB sinC
a
sinA=
2R
所以 b a b
sinB= > a>b
2R 2R 2R
sinA>sinB
在△ABC中大边对大角,则A>B
变式二:已知在△ABC中,cosA>cosB,能不能判定A与△的大小关系呢?
答案仍然是能 解题过程为:因为A ∈(0、π),B∈(0、π)
y = cosx
当x ∈(0、π)为减涵数,如右图
因为sinA>cosB,所以A<B
这个解三角形题目经过两次变化,但统一
是考察的与三角形有关的问题,也就是在
解三解形时,我们同时延伸到三角函数的
单调性问题,使思维得到了一个提升,如果能经常进行这样的训练,那么,我们的学生一定可以逐步提高解题能力,并能形成统一整体的数学观。
通过上面四个方面的分析,我们要使学生明白结论的获得正由于我们对数学统一性的执着,数学过程也就是向学生传授这样的一种数学观。