优化课堂激发学习

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  【摘要】在高中数学“圆锥曲线”教学中,抛物线部分是重点,也是难点.在此部分的教学中,教师应合理地向学生渗透学习方法、解题思路、数学思维等,进而解决学生在学习过程中遇到的疑难问题.基于此,笔者从STEAM理念出发,设计了抛物线切线微专题的创意教学模式,意在更有效地激发学生探究抛物线切线问题的积极性,促进教学中学生主体性的充分发挥,促使学生提升思维能力及数学素养.
  【关键词】STEAM教育;抛物线;切线;微专题教学
  在抛物线教学过程中,与切线相关的内容是重要组成部分,在高考中时有出现,较难把握.所以,如何优化课堂教学,激发学生的主观能动性,并借助知识点去串联、去拓展,从而提升学生的数学思维,就成了教师思考的方向.对此,教师积极学习STEAM教育理念,立足于培养学生的逻辑推理能力、思维创新能力的角度,探索更优化的抛物线切线微专题教学方案,就是解决问题的有效途径之一.
  一、关于STEAM教育
  (一)STEAM教育的概念
  STEAM一词由五个英语单词Science,Technology,Engineering,Arts,Mathematics的首字母组成,含义是科学、技术、工程、艺术及数学,该教育理念源于美国,注重培养具有跨学科能力、实践能力、解决问题能力的创新人才.对于STEAM教育理念下的数学教学,笔者的理解就是以数学为基础,综合运用科学、技术、工程和艺术等学科知识,构建高层次的数学教学.
  (二)STEAM理念下教学设计的内涵
  将STEAM教育理念应用到教学中,探索更优化的抛物线切线微专题教学方案,并不代表着教师设计的授课情境、选取的教学实例等内容都要与技术、科学、工程以及艺术等多个学科知识结合,只是要求教师更加重视数学学科与其他学科的交叉融合,也着重强调教师要引导学生积极参与数学教学活动.
  在STEAM理念下的教学设计要使学生在课堂上主动思考、主动动手实践、主动解决问题.与常规数学课堂不同,教师要更新观念,摒弃传统形式的灌输式教学,重视学生实践,强调主动学习,而且是多元主体参加的合作学习.基于STEAM教育理念的课堂优化,可以分成四个层面:第一个层面,以培养学生的创造力为重要目标;第二个层面,强调真实化的问题情境;第三个层面,真正做到以学生为本,让学生在做中学;第四个层面,提倡合作学习,实现教师和学生的共同发展.教师要秉承这样的思想开展数学教学工作,对数学课堂进行优化,激发学生的学习积极性,从而让学生形成相应的思维品质及关键能力.
  (三)STEAM教育理念对于培养学生创造力的积极意义
  STEAM教育践行的是跨学科的融合性教育,主要存在形式为项目式的学习,以某一具体目标的任务情境为基础,把学科知识综合到一起进行探究,完成具体学习任务,倾向于动手实践任务以及课外反馈评价.以STEAM教育为基础,学生通过项目式的学习活动,学习多样化的学科知识,并进行积极探究,从而提升动手实践能力以及创新能力.这样的目标与高中数学教学的目标具有一致性,因此教师在抛物线切线微专题的教学中,利用STEAM教育理念设计教学方案、组织教学活动,有利于学生创造力的形成.
  二、学生解决抛物线切线相关问题时的困境
  (一)具体问题情境下,较难联系导数的几何意义
  导数的几何意义对于求切线方程有着重要作用,会使得应用切线的计算过程变得简便.学生要用此工具求解切线方程,就应当准确理解导数的几何意义:函数y=f(x)在x=x0时的导数就是它的图像在对应点处的切线斜率.對于具体题目而言,就是将所给抛物线方程进行转换,变成函数形式,设一个切点坐标,然后利用导数求切线斜率即可.而部分学生不能理解此点,也就不能准确和快速地写出切线方程.
  (二)分析问题时,没有充分利用数学思维
  与抛物线切线相关的数学问题,其典型的特点就是关系式多且复杂、变量参数比较多,导致学生在学习的时候往往迷失方向,不会合理利用已知条件进行推算.出现这样问题的重要原因就是,高中生的数学思维形成度不高,很少能用数学思维理解问题和分析问题,对于某个题目很少能从整体上进行分析,解题思路规划不合理,找不到正确的解题方向.学生如果运用方程思想、对称思想以及整体思想去分析抛物线切线问题,就会找到很多有关联的内容,找出切点与切线之间的联系,然后逐步解答问题,完成整个题目的解答.
  (三)最大的瓶颈,运算推理能力比较弱
  高中生在面对抛物线切线问题时,最大的困难就是不知道如何处理各种参数,因为他们处理参数的能力相对较弱,也就是运算推理能力较弱.一些学生在具体解题的时候可以形成解题思路,能列出各种各样的参量关系,但怎样简化处理却成了非常困难的问题,大量的计算让他们感到头痛,很可能因此放弃解题.另外,不少学生在运算过程中会不时出现差错,因为他们并没有形成良好的检查、核对运算过程的习惯,往往是不停地运算,用了很长时间,最终得到的结果却是错误的.
  三、基于STEAM教育理念的抛物线切线微专题教学设计
  为了解决以上问题,并强化高中生的数学思维、创造力,笔者借助STEAM教育理念对抛物线切线微专题的教学进行了优化,构建了“三个阶段、五个环节”的教学模式.“三个阶段”包括活动选择阶段、活动过程阶段、活动评价阶段;“五个环节”包括课题选取、搜集资料、小组合作、创新方案以及评价,每一环节都与抛物线切线问题的教学有关.首先,对于教学内容的选择,STEAM理念重视真实问题情境,所以内容的选择,一定要强调情境的真实性,就是要考虑学生是否感兴趣,是否具有客观性,是否能加强学生的体验感以及参与感.其次,强调学生是学习的主体,必须从选取的内容出发,合理设计教学方案,科学安排教学活动,给予学生更多时间以及机会.利用合作学习方式,实现教学相长,使得教师和学生共同发展.最后,对于评价方式,不能单纯依靠分数,而是要综合分析学生的能力,需要教师在课堂上多观察学生、多注意学生,从而对学生进行全面的考核.教师可利用问卷、访谈、自评、他评等方式对学生进行学习成果的考评.下面就基于STEAM教育理念的抛物线切线微专题教学,进行详细探究.   (一)强调联系实际的课堂教学
  数学知识具有抽象性,尤其是抛物线切线部分的知识,更具抽象性.将抽象知识与实际相联系,学生就会知道数学同生活之间存在的联系,意识到实际生活离不开数学知识,数学知识可以指导生活实际.这样学生才能对抛物线知识产生兴趣,进而全身心地参与到相应的教学活动中.课堂上,教师可以组织一些探讨活动,让学生相互交流想法,相互学习,向其他同学分享一些关于抛物线切线问题的解题方法和技巧,从而找出自身的不足,学习到其他同学的解题方法,丰富解题思路等.在激烈的讨论过程中,学生的数学思维能力、创新能力得到培养,促使学生形成主动思考、独立解决问题、善于自主解决问题的良好习惯,让学生在提升学习能力的同时,形成数学思维.
  (二)充分利用小组合作学习模式
  高中数学教学中,小组合作学习模式的应用可激发学生的学习主体意识,锻炼他们的独立思考能力以及团队协作意识.教师在授课环节可以融合小组合作学习模式,将学生设定成不同的小组,以小组为单位,让学生相互合作,交流自己的想法以及从教师那里得到信息,从而构建出生生互动的效果.教师要适时给予学生指导,给他们一些解题方面的建设性意见,这就强化了教师与学生之间的互动.除此之外,在合作的过程中,小组要确定组内负责人,负责主导讨论的方向,带动小组交流,进而保证小组合作学习的效果,避免出现“乱讨论,离题讨论”的情况.
  例如,关于求解切线方程的教学片段,教师可以给出典型例子,然后带领学生进行小组合作,总结出一般規律,让学生充分掌握切线方程的求解方法.
  例1设抛物线的方程是x2=2py(p>0),如图1,在抛物线外有任意一点M,经M点作抛物线的一条切线,A为切点,若A点的坐标为(x1,y1),怎样用x1,y1来表示经过A点的切线方程?
  教师可将学生分成不同小组,让每个小组根据以前学过的内容,探讨解题方法,探究怎样才能简便地得出切线方程.对此,各个小组均进行了激烈的讨论,然后说出了各自的解题过程,最后教师帮助学生进行了总结,主要有以下两种方法:
  解法一显然所求切线斜率存在,故设直线为y-y1=k(x-x1),代入抛物线方程,
  化得x2-2pkx+2p(kx1-y1)=0,利用x21=2py1及判别式为零求得k=x1p ,
  代回得切线方程:y-y1=x1p(x-x1),即x1x = p(y+y1).
  解法二设所求切线斜率为k.
  由x2=2py得y=x22p=f(x),故f′(x)=xp ,
  则k= f′(x1)=x1p,
  ∴过A(x1,y1)的切线方程是:y-y1=x1p(x-x1).
  即py-py1=x1x-x21=x1x-2py1,整理得x1x = p(y+y1).
  经过讨论,学生知晓了处理抛物线切线问题的两种常用方法,得到了一个一般结论:当抛物线为x2=2py(p>0)时,以其上一点p(x0,y0)为切点的切线方程是:x0x = p(y+y0).在此基础上,教师可继续引导学生探究当抛物线为y2=2px(p>0)时是否有类似结论,分析推导过程有何不同之处,还可以顺势拓展切点弦所在直线方程,渗透方程思想,整个教学设计引导学生积极参与,既锻炼了学生的计算能力,又构建了知识间的联系框架,提升了学生的数学思维能力和数学素养.
  (三)不断加强数学课堂的实训
  教学中,教师应预留出较多时间,让学生先行思考,尝试构建条件与问题之间的联系,以逐渐形成解题思维.课堂训练环节与STEAM教育理念相符合,关注对学生自主学习能力的培养,为学生构建真实情境,以激发学生学习的兴趣,能够帮助学生深刻掌握数学解题技巧,提升解题能力.通过实训,教师能够知道学生对哪些抛物线切线相关知识的理解存在不足,在接下来的教学中,教师就可以更有针对性地设计问题串,进一步提升教学效果.同时,通过实训,学生可以更透彻地理解抛物线切线的相关概念、性质、常用结论和思想方法,构建起知识网络,实现深度学习,使自身掌握的知识更加全面,解题速度更快,准确率更高.
  例2设抛物线方程为x2=2py(p>0),如图2所示,M是直线y=-2p上任意一点,过M点作两条抛物线切线,切点分别为A和B,求证:A,M,B三点的横坐标构成等差数列.
  解析设A和B两点的坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),M(x0,-2p).利用上述结论可得切线MA的方程:x1x = p(y+y1),切线MB的方程:x2x = p(y+y2),两式联立消去y,可得x1+x2=2x0,即A,B,M三点的横坐标构成等差数列.
  变式改变M点的位置,是否影响结论? 抛物线为y2=2px(p>0)时又怎样?
  拓展研究“阿基米德三角形”的相关概念和性质,设计如下问题串.
  (1)M点的纵坐标与A,B两点的纵坐标有什么联系?
  (2)M在直线y=-2p上时,切点弦AB所在直线过定点吗?反过来呢?
  (3)切点弦AB所在直线过焦点F时,MA和MB垂直吗?MF和AB呢?三角形MAB的面积有最小值吗?
  实践课外收集高考真题资料,通过解题理解抛物线切线的应用,发现“阿基米德三角形”的身影,撰写解题反思,构建解题模型.
  四、结束语
  综上所述,教师应用STEAM教育理念组织课堂教学,为学生提供探究内容,引导学生通过数学活动发现新问题,在教学中更注重知识形成过程的暴露、更注重解题思维过程的展示,强化课堂内外的动手实践,一定能进一步激发学生的学习能动性,增强学生的思维活跃性,在极大程度上优化课堂教学.同时,这样的教学模式可以促使学生在课后复盘时,能够由点及面,并进行再加工,从而形成自主运用数学概念、性质、公式、结论等解决问题的意识,不断提高创新能力,提升数学核心素养.
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