结构共性数学问题解决迁移方法探讨

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  【摘要】在解题过程中,当迁移题和源题之间具有结构共同性,且表面相似和条件隐蔽性为中等程度时,通过“分解”出共同的结构,找到迁移的途径;而当问题之间的结构共同性较为隐蔽时,则需要通过辅助线“勾勒”出潜在的结构共同性,以完成迁移.
  【关键词】数学问题解决迁移;结构共性;分解;构建
  本文系2008年度湖南第一师范学院院级课题“全科型小学教师数学能力培养的实践研究”(刘题编号为XYS08N12)的阶段学生研究成果.
  一、迁移问题是教学上一个极其重要的问题,它既是一种能力,也要讲究方法
  “学习的迁移问题是教学上一个极其重要的问题.它是检验知识传授、能力发展等教学目标是否达到的可靠指标.”迁移能顺利发生的前提之一,问题解决者要能在源题和迁移题之间产生问题共性意识.在数学问题解决迁移中,问题共性意识和问题本身难易程度相互作用,共同影响问题解决迁移.对处于五年一贯制一、二年级的初中毕业生而言,他们仍相当于处在中学数学阶段,掌握好问题解决迁移方法,对提升解题水平、创造有效的教和学的模式大有裨益.
  二、结构共性较隐蔽的数学问题解决迁移的方法探讨
  1.“分解”数学问题结构共性,找到迁移的途径
  问题之间的相似性能促进迁移.既有问题表面的相似,也有深层次上抽象原则的相似.抽象原则在正规问题中指公式,在无法定义的问题中,常常被称为图式或深层结构.“分解”问题之间的结构共性,是迁移常用的方法.看如下例题:
  图 1
  例1 源题:如图1,求图中三角形的面积,其中双曲线方程为y=kx.
  迁移题:如图2,已知曲线方程y=kx,直线方程y=x.求四边形ABCD的面积.
  图 2
  分析 由图1易知,S△ABC=12•2x•2y=2xy=2|k|(x>0).
  将图2与图1相比较,由题目条件很容易推出ABCD是一个平行四边形,由两个直角三角形Rt△ABD和Rt△CBD合成.设A(x,x)(x>0),则B(x,0),C(-x,-x),D(-x,0).因此,可得SABCD=SRt△ABD+SRt△CBD=12•2x•x+12•2x•x=2x2.
  2.添加辅助线,“勾勒”出数学问题之间的结构共性
  当数学问题结构共性不明显时,很难产生问题共性意识,要找到结构共性更是难上加难.笔者曾经对初二的学生做过一次实验调查,将如下两题分别设置为源题和迁移题,因为两道题都要用到两次三角形全等,故笔者称之为具有相同的问题结构,也称具有结构共性.题目如下:
  图 3
  例2 源题:已知,如图3,△ABC,△CED为等边三角形,M,N为AD,BE的中点(A,C,E共线).证明:△CMN为等边三角形.
  迁移题:如图4,等腰Rt△ABC,∠CAB=90°,D是AC中点,∠BDA=∠CDE,求证:BD⊥AE.
  图 4
  源题的证明:
  两次三角形全等(证明略).
  第一次全等:△ACD≌△BCE(SAS).
  第二次全等:△ACM≌△BCN(SSS).
  从源题证明到迁移题证明的迁移过程:
  第一步,分析源题结构,得到解题启发.
  源题的证明用到了两次三角形全等,这是一个非常明显的特征,也是难点设置所在.初中二年级学生学完三角形全等以后,两次全等已是知识灵活运用的较高水平了.而迁移题设置在源题之后,则暗示着两题之间的证明有某种联系.那么,是否也意味着要用到三角形全等呢?一次不行,是不是要两次全等?但是,难点在于:初次看迁移题的图形,一次全等都找不出来!那么,三角形全等是被“隐藏”起来了!需要通过辅助手段,把它们“勾勒”出来!
  第二步,添加辅助线,直观形象,找到突破口.
  添加辅助线AFAF为斜边的中垂线
  添加辅助线后,由图的直观性,我们可由直觉猜测△ECD≌△HAD,并根据已知条件容易得到证明.(这是第一次三角形全等)
  能想到添加这条辅助线,需要很强的直感.直感是运用表象对具体形象的直接判别和感知,它是直觉形成的基础之一.数学直感是在数学表象基础上对有关数学形象的特征判别.直感可以分为各种不同的形式,其中最主要的是形象识别直感、模式补形直感、形象相似直感和象质转换直感.模式补形直感是利用主体已在头脑中建构的数学表象模式,对具有部分特征相同的数学对象进行表象补形,实施整合的思维形式.如在几何学中主要表现为辅助线的添加.而以上迁移题实际上就用到了通过直感,对图形进行模式补形,将“缺损”的三角形全等这一结构“补”出来.
  第三步,顺藤摸瓜,找出结构,实现迁移.
  图 5
  由第一次全等可得到,ED=HD,EC=HA.
  设AE与BD交于点O,如图5(下一步证明第二次三角形全等:△ECA≌△HAB).
  又 CA=AB,∠C=∠HAB=45°,
  ∴△ECA≌△HAB,∴∠EAC=∠HBA.
  又 ∠FBH=45°-∠HBA,
  ∠OAH=45°-∠EAC,∴∠FBH=∠OAH.
  又 ∠FHB与∠OHA为对顶角,
  ∴在Rt△FBH和△HOA中有∠HOA=∠BFH=90°.
  ∴得证.
  由此,我们也看到了添加辅助线的神奇的作用!
  注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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