加强发散思维训练培养学生创新能力

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  【摘要】通过对高中数学新教材的教学,结合新教材的习题和高中研究性学习的开展,对如何加强高中生发散思维训练,如何开展教学培养学生的创新能力方面进行了探索.
  【关键词】发散思维;创新能力;发散求异;联想转化
  科学上的新理论、新方法、新发现往往来源于发散思维,有人用“创新能力=知识量×发散思维”这个公式估计一个人的创新能力.可见,加强发散思维训练,是培养学生创新能力的重要方法.
  发散思维是一种创新思维,指思维从同一信息源出发,运用获取的信息沿着多种方向展开,以获得不同的思维的结果.思维的积极性、求异性、广阔性、联想性等是发散思维的特性.在中学数学教学中有意识地抓住这些特性进行训练与培养,既可提高学生的发散思维能力,也有利于培养学生解决问题的灵活性与创新能力.
  一、创设发散情境,激发创新意识
  任何思维过程都受一定的情境所制约和激发.因而教师在教学中应根据教材与学生的生活实际,创设激发探索新知识的发散问题情境,围绕数学教学环节的衔接、转折、延伸,鼓励学生多提问题、发现问题、捕捉问题,激起学生对问题探究的高涨情绪.
  例1点P为△ABC所在平面α外一点,若∠APB=∠BPC=∠CPA=90°,则点P在平面α内的射影H是△ABC的().
  A外心
  B内心
  C重心
  D垂心
  本题运用线面垂直、线线垂直的判定与性质容易选择答案D.完成此题后提出问题:
  (1)满足怎样的题设条件时,点P在平面α内的射影H是△ABC的外心、内心、重心呢?
  (2)适当改变题设条件还会有此结论吗?如何改变题设条件呢?如三个侧面PAB,PBC,PCA两两垂直.又如PA⊥BC,PB⊥AC等.
  (3)保留原命题条件不变的前提下,还会有怎样的结论呢?如△ABC为锐角三角形.又如设α,β,γ分别为高与各侧棱所成的角(或底面与各侧面所成二面角的平面角),则有cos2α+cos2β+cos2γ=1等.
  二、发散求异,培养创新能力
  布鲁纳曾说“探索是数学的生命线”,发散求异思维过程就是探索过程,教学中教师应善于引导学生多方位多角度地观察问题,开阔视野,训练学生发散求异思维的习惯,激发学生的创新热情,培养创新能力.
  例2求证:不等式a+b22≤a2+b22.
  题目虽然简单,但证法很多,综合法、分析法、比较法、反证法皆可,但只满足于上述方法,则失去了一次引导学生从不同角度审视问题的求异创新的机会.实际上,这道题还可用函数、三角、解析几何等知识来解决.
  (1)构造函数:将原不等式移项变形,得a+b22-a2+b22≤0.
  联想到二次函数的判别式,于是构造函数f(x)=x2+a+b2x+a2+b28,变形得f(x)=12x+a22+12x+b22.因为f(x)≥0恒成立,所以Δ≤0,可证得此不等式.
  (2)三角代换:注意到不等式中的a2+b22,令其为k2,则可设a=2kcosθ,b=2ksinθ,于是a+b22=2k(sinθ+cosθ)22=k222sinθ+π42≤k2,即a+b22≤a2+b22.
  (3)构造图形:不等式等价变形,得|a+b|2≤a2+b2,把a2+b2看成点(a,b)到原点的距离,而|a+b|2联想到点到直线的距离公式,可看成点(a,b)到直线y=-x的距离,于是从图形易得原不等式成立.
  三、变式引申,强化创新能力
  “数学题是永远做不完的”,多做题固然可以积累经验,但如果善于变题,在变式引申中掌握一类题的解法,则会以少胜多,既训练了发散思维的广阔性与深刻性,同时强化了学生的探索精神与创新才能.
  例3在椭圆x245+y220=1上求一点,使它与两个焦点连线互相垂直.
  大多数学生能直接设出点的坐标,再结合斜率公式,列方程组解题.也有学生运用椭圆的参数方程,引参设点求解.还有学生能根据焦点三角形为直角三角形这一特征,这个点也在以焦点为直径的圆x2+y2=25上,通过求两曲线的交点法解题.如果解完这题就此罢手,这样学生只学会了解一道题,达不到解决一类变式创新题的目的.此时教师要从改变题设特征条件出发,引申变式.如:
  变式1在椭圆x245+y220=1上求一点,使它与两焦点连线的夹角为60°.
  提问:上例的解题方法还适用吗?此题中的焦点三角形已成为一个角为60°的斜三角形了,解题思路也随之改变,结合椭圆的定义及余弦定理,再列式求解.促使学生对解题思路进行探索与灵活拓展,再让学生进行变式探索设计出创新试题.如:
  变式2在椭圆x216+y236=1上求一点,使它到两焦点距离之比为1∶3.
  变式3设P为椭圆x29+y24=1上任意一点,F1,F2是椭圆的两个焦点,求∠F1PF2的最大值,并求此时△F1PF2的面积.
  变式4已知椭圆x29+y24=1的两个焦点F1,F2,点P为其上的一动点,当∠F1PF2为钝角时,求点P的横坐标的取值范围.
  变式5设椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的两个焦点为F1,F2.若椭圆上存在点P使PF1垂直PF2,求证:离心率e≥22.
  变式6设椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的两个焦点为F1,F2.(1)求|PF1|·|PF2|的最大值、最小值;(2)求△F1PF2的面积.
  此处还可以引申到双曲线的相关问题等等.从而沟通了解几与代数、三角间的联系,迫使学生思维从不同方向发散,深化创新思维.
  四、联想转化,发展创新能力
  联想思维是以已知为基础,通过观察、类比、创新思考把待解决的问题转化成易于解决或已经解决的问题,从而发现解题途径,制定解题策略.联想转化能优化学生的认知结构,有助于学生自觉地调整思维方向,再创造出新的独特的解题思路,使创新能力得到发展.
  例4已知(x-2)2+(y-1)2=1,试确定y-3x+1的取值范围.
  从所求问题的外部特征来看,与解几中的斜率公式k=y2-y1x2-x1类比,通过数形结合联想,问题可转化为:求圆(x-2)2+(y-1)2=1上一动点P与定点A(-1,3)连线斜率的取值范围.另一方面,令u=x-2,
  v=y-1,原命题即为已知u2+v2=1,试确定v-2u+3的取值范围.命题的条件显然得到简化.再联想到圆的参数方程,可采用引参消元法,设u=sinθ,v=cosθ,问题可转化为:求s=cosθ-2sinθ+3的取值范围.常见解题思路是将此式转化为sin(θ+φ)=f(s)形式,再由|f(s)|≤1可求得S的取值范围.还有其他解法吗?再次深层联想,设tanx2=t,则sinθ=2t1+t2,cosθ=1-t21+t2,问题又可转化为:求函数s=-3t2-13t2+2t+3的值域.再运用判别式法可得出解答.
  以上事例说明,只要我们有意识地加强发散思维能力的训练,克服思维定式,锻炼思维品质,培养学生孜孜以求的探索精神,才能培养出有创新能力的学生.
  【参考文献】
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