中学数学情境与提出问题教学案例

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  1教学设计
  
  1.1教学内容分析
  函数是高中数学的基础内容,也是最重要的内容之一,它为解决其他数学问题提供了有力工具,从而成为高考的重点和热点.函数模块又包含
  了众多知识点和数学思想、数学方法,涉及面广,应用层面多,从而成为高中数学的难点.
  1.2学生状况分析
  云阳中学是重庆市重点中学,学生素质相对较好.高一(一)班又是实验班,学生勤思好学,有较好的学习习惯和思维能力.在这之前,学生已学完函数章节的全部内容,初步掌握了函数中的一些思想和方法.
  1.3教学目标
  通过提出问题、解决问题,增强学生对函数模块的知识、方法、思想的理解和掌握,建立起函数模块的知识体系;促进学生归纳、总结和反思的学习能力;激发学生学习数学的兴趣和研究数学问题的自主性.
  1.4情境的创设
  函数模块的知识、方法和思想比较多,学生要从提出问题、解决问题的过程中总结和归纳这些知识和方法,就必须创设一个学生熟悉的、能亲身体验的数学情境,从而激活学生的思维,激发其学习主动性.受贵州桐梓一中管理河老师的案例《函数复习(高三)》的启发,及2006年高考(上海卷)(理)第22题的启示;结合我校的实际情况,前一周,校团支部为纪念红军长征胜利70周年,开展了黑板报和美术作品展.我以美术展为背景,创设了以函数y=ax+bx (ab≠0)为研究对象的数学情境.
  
  2教学过程
  
  2.1情境展示
  师:前一周学校团支部为纪念长征胜利,在美术作品展览中有一设计要求,请看屏幕.
  图1为纪念红军长征胜利70周年,云阳中学团支部开展了美术作品展览,要求参赛的作品设计为宽x cm,长为y cm的矩形画图,矩形的上部分为正方形,下部分留9 cm2的面积标写作者的班级和姓名,如图1:
  师:请同学们根据提供的信息,用已学过的知识,提出你关心的、感兴趣的数学问题.
  2.2问题的提出
  学生经过2分钟左右的思考和讨论,提出了以下两个数学问题:
  问题1:寻找题目中的x和y的关系.
  问题2:寻找图形中正方形和小矩形的面积关系.
  师:这两个问题提得很好!我们先来解决刚提出来的问题,看能不能找到x和y的关系.请张昕同学说说你的答案!
  生1:x和y的关系是:9+x2=xy.
  师:你是怎样得到这个关系式的.
  生1:由图可知,上面的正方形面积加下面矩形的面积就等于整个大矩形的面积,从而得出上述关系式.
  师:很好!你不但准确地找出了x、y的关系式,而且把第二个问题的答案说出来了,请坐!下面我们来进一步研究x、y这两个量的关系.这里的两个量x、y是常量还是变量?
  众:是变量!
  师:对于两个变量间的关系,我们最熟悉的就是函数关系,它们能不能构成函数关系?如能,找出表达式,如不能,说说理由!
  生2:由函数的定义知,能构成函数.其中以x为自变量,以y为函数,表达式为:y=x+9x.
  师:回答非常好!你再说说你是怎样得到这一表达式的呢?
  生2:只要在原关系式9+x2=xy中,两边同除以x就得到了!
  师:能直接除以x吗?
  生3:如果只看这一个关系式,不能除,因为x的值有可能为0;但从题意知,x是画面的宽,所以不能为0,因此等式两边可以同除x.
  师:回答得非常精彩!对于这个函数,你想研究它的哪些问题呢?
  学生相继地提出了8个问题,去掉重复,我把研究的问题板书在黑板上:
  问题1:研究此函数的定义域.
  问题2:研究此函数的值域.
  问题3:研究此函数的反函数.
  问题4:研究此函数的图像.
  问题5:研究此函数的单调性.
  问题6:研究此函数的奇偶性.
  问题7:研究此函数的周期性.
  2.3问题解决
  由于还没有学函数的周期性,问题7现在不作研究.分组探究问题1~6.
  师:请选问题1的小组代表报告你们的研究结果.
  问题1的代表:这个函数的定义域是:(0,+∞).
  师:这个问题我们前面刚研究过,知道x只能取正数,但x的取值能无限大吗?
  生1:不能吧,因为画图的下面是一个面积为9 cm2的矩形.
  生2:不对,应该能,因为当矩形的高很小时,它的宽x就可以无限增大了.
  师:说得好!事实上,在实际生活中,x的取值不能取到无限大;但我们这是一种理论研究,只研究x的可能取值,所以,x的值可以无限大,即定义域是(0,+∞).
  请问选问题1的小组,你们研究了求函数定义域的类型和方法吗?
  问题的代表:研究了,从我们接触过的求定义域的问题,归纳为三种:
  类型1:有具体解析式的函数—(要函数式有意义)
  类型2:复合函数的定义域—(内函数的值域是外函数的定义域)
  类型3:实际问题—(不仅函数式要有意义,而且要有实际意义)
  师:研究的非常好!我们研究的这个函数就是第三类;再问一下,求定义域的常用方法是什么?解不等式或不等式组!
  师:大家注意,定义域是研究函数的重要内容,忽视了它,会导致解题的错误.如判断奇偶性,求单调区间,求函数的值域、最值或极值,以及画函数图像等,必先求出定义域.
  师:下面我们请问题2的代表发言.
  问题2的代表:函数的值域是:[6,+∞).
  师:回答正确,你们是怎样求解出来的呢?
  图2问题2的代表:我们是用画图像来求解的,如图2所示:
  师:画出图像,利用数形结合来求,是个好方法,还用了其他方法吗?
  生:我用了判别式法,也求得值域是[6,+∞).
  师:说说你的解答过程!
  生:原函数可化为:x2-yx+9=0,因为等式成立,
  所以判别式Δ=(-y)2-4·9≥0,又因为y的值只能为正,所以解得y≥6.
  师:很精彩!同学们,我们解决问题的方法不是唯一的,要学会从多角度思考问题,寻求答案,从而发展我们的思维能力.请问题2的代表说说,你们归纳了求值域的哪些方法?
  问题2的代表:常用的求值域的方法有:配方法、换元法、图像法、反函数法、判别式法、单调性法.特别注意的是求值域,一定注意定义域.
  师:很好!我们不但要知道这些方法,而且要能正确应用这些方法解决问题.下面请问题3的代表汇报你们的研究结果.
  问题3的代表:这个函数没有反函数,因为由图像可看出,一个函数值可以对应两个不同的自变量值,如y=10时,有两个值x=1或x=9,所以不能构成单值映射,即原函数没有反函数.
  师:说得好!但你们想过没有,这个函数在哪样一个区间上就会有反函数呢?
  生3:原函数在区间(0,3]或[3,+∞)上存在反函数,因为在这两个区间上函数有单调性.
  师:回答正确,但只有这两个区间吗?
  生4:不是,应有无数个区间,使原函数存在反函数.因为只要是区是(0,3]或[3,+∞)的子区间就行!
  师:对!这是因为单调函数必存在反函数.如果求原函数在区间[3,+∞)上的反函数,你会吗?
  众:先将函数式看成是关于x的一个方程,解出:x=f-1(y);再将x、y互换,得y=f-1(x);求原函数的值域及反函数的定义域.
  师:很好!课后请你去把结果解出来!请问题4的代表汇报工作.
  图3问题4的代表:图像是一个勾形,其转折点是(3,6),只有第一象限有图,且以y轴和直线y=x为渐近线,如图3.
  师:正确!画函数图像主要有两种方法:一种是描点法,一种是图像变换.请研究问题5的代表来报告他们的结果.
  问题5的代表:函数在区间(0,3]上是单调递减,在区间[3,+∞)上是单调递增.
  师:回答正确,你们是用什么方法判断的呢?
  问题5的代表:我们用三种方法来判断:1) 图像法; 2) 定义法;3) 导数法.
  师:图像刚才已画了,那你说说,用导数判断的过程.
  生:因为f(x)=x+9x,所以f(x)的导函数是:f′(x)=1-9x2,令 1-9x2≥0,又因为x>0所以解得x≥3,所以原函数在[3,+∞)上单调递增,而在(0,3]上单调递减.
  师:好!你再说说,判断函数的单调性还有哪些方法?
  生:可以用单调性的性质来判断,还可以用复合函数“同增导减”来判断
  师:很好!你们还有什么研究结果吗?
  生:有!证明函数单调性只有两种方法:定义法和导数法.易错点:求单调区间时,要注意定义域的范围.我们还归纳了单调性的应用,主要有比较大小;解函数不等式;求值域或最值;画图像等方面.
  师:说得很精彩!感谢你们的研究.请问题6的代表发言.
  问题6的代表:我们的结论是:这是一个非奇非偶函数,因为定义域(0,+∞)不关于原点对称.
  师:结论正确!并指出了判断函数奇偶性的必要条件:定义域关于原点对称.你继续说说,判断奇偶性有哪些方法?
  生:一种是用定义,即判别f(x)与f(-x)的关系;另一种就是用图像,判断图像是关于原点对称还是关于y轴对称;再就是也可利用奇偶性的性质来判断.
  师:很好!若是将定义域改为(-∞,0)∪(0,+∞),判断原函数的奇偶性呢?
  众生:奇函数!
  师:对了!因为此时定义域关于原点对称,且又有f(x)+f(-x)=0,所以是奇函数.
  我们在研究问题时,不仅要研究题目本身,还要学会改变条件,引申结论,进一步发展或提出更深更广的数学问题来,也就是学会分析问题的三层境界:见题是解;见题不是题;见题还是题!如对函数y=x+9x,能不能提出一些变式函数来?
  生4:可以变为:y=|x|+9|x|; y=2x+4x;也可变为:y=-2x+4x.
  生5:还可变为:y=x-9x、y=-x-9x等等!
  师:对大家提出的问题,我们能否用一个式子概括呢?
  生6:能,可用函数y=ax+bx概括表示,其中,a、b的值可正可负.
  师:非常好!我们继续想,刚才只从系数上改变的,能否从x的次数上改变呢?
  生7:可以变成:y=x2+9x2、y=x3+9x3.
  生8:一般地还可以变成:y=xn+9xn.
  生9:还可以变为:y=x2-9x、y=-x+9x3等许多的形式!
  师:同样,我们能否用一个式子将上面的所有变式进行概括.
  生:能,用y=axn+bxm的形式可以概括上面全部的变式,其中,a、b∈R,而n、m∈N*.
  师:非常精彩!今天的课后作业,就是研究大家刚才提出的这10个变式函数,像研究函数y=x+9x一样,归纳函数y=axn+bxm的一系列性质,写成一篇数学小论文.
  
  3教学反思
  
  3.1数学“情境—问题”教学,激发了学生的主
  动参与在传统教学中,特别是复习课,老师常用单一的讲授方式教学,学生在知识系统的构建中缺乏主动性,被动强化存储教师传授的数学知识.而中小学“数学情境与提出问题”教学,让学生置身于数学活动中,以自己的经验和认知基础,对教师提供的数学情境提出问题,然后在主动、积极地去探索和解决自己提出的问题,在这个提出问题与解决问题的过程中深刻感受数学、体验数学、认知数学,从而建立起自己的数学知识体系,达到更好地掌握数学知识,理解数学思想,提高数学思维能力的目的,同时分享提出问题,解决问题带来的成功感和乐趣.
  3.2数学情境是提出问题的前提
  本课以学校开画展为背影,设置课堂数学情境,再以研究的函数y=x+9x为纽带,激发学生提出问题.从课堂教学情况来看,刚开始,学生从画展的数学情境中提出问题时,由于缺乏明确的思维目标,有的学生提出了与主题相离甚远的问题,如一个学生提出了画面的颜色配置问题.经过引导,有了函数y=x+9x,提出研究函数的性质,有了明确的目标,学生的思维激活了,提出问题快,质量也高;课堂最后,根据函数y=x+9x提出变式时,学生思维更加活跃,提出了我预先没料到的问题,而且归纳概括性也强.由此我感悟到,老师在创设数学情境时,必须认真分析学生的身心特点,知识水平,切实把握教学内容和教学目标,综合考虑,创设更有利于学生尽快进行思维状态的数学情境,这样学生才能提出高质量的与教学有实质关系的问题,少走弯路不浪费课堂时间,提高课堂教学效益.
  3.3本课存在的遗憾
  本课教学内容较多,对高一学生来说要求较高.宜再增加一课时,结合上海高考试题,对学生提出的变式问题进入深入地探讨;最好是用《几何画板》展示函数y=axn+bxm,当m,n∈N为定值,a,b变化的图像和性质;当a,b为定值,n,m变化时的图像和性质.
  注:上海2006年高考数学试题(22题)已知函数y=x+ax有如下性质:如果常数a>0,那么该函数在(0,a]上是减函数,在[a,+∞)上是增函数.
  (1) 如果函数y=x+2bx (x>0)的值域为[6,+∞),求b的值;
  (2) 研究函数y=x2+cx2(常数c>0)在定义域内的单调性,并说明理由;
  (3) 对函数y=x+ax和y=x2+ax2(常数a>0)作出推广,使它们都是你所推广的函数的特例,研究推广后的函数的单调性(只须写出结论,不必证明),并求函数F(x)=(x2+1x)n+(1x2+x)n (n是正整数)在区间[12,2]上的最大值和最小值(可利用你的研究结论).
  点评:本课是利用已有教学资源,并有所有发展,具有一定创意的好课,希望不断实践完善,打造教学精品!(贵州师范大学 汪秉彝教授).
  
  参考文献
  1吕传汉,汪秉彝.中小学数学情境与提出问题教学探究.贵阳:贵州人民出版社,2002
  2吕传汉,汪秉彝.中小学数学情境与提出问题教学研究.贵阳:贵州人民出版社,2006
  3管理河.函数复习(高三).中小学数学情境与提出问题教学研究,2002
  
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