让数学公式教学“慢”下来

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  摘 要:在数学公式的教学中关注和讲究“慢”教学,是针对当下数学教育现状的一种理性反思,也是教育本质回归的追求;“慢”不是目的,不是“快”的简单反义词,更不是低效率磨洋工的代名词,它强调的是对公式生成过程的态度、崇尚回顾旧知的追求、有效优质的教学和多元智能的发展.
  关键词:数学公式;理性反思;生成;数学对象
  数学公式反映的是数学对象属性间的关系,公式中的字母是数学对象高度概括的具体表征. 学生对数学公式的理解程度决定了其对数学知识的达成度.在当下“高速度”、“快节奏”的现代生活中,教育作为现代生活的一部分,为了进度,为了高考,教师盲目追求高速度、快节奏的现象比比皆是. 一些教师在数学公式的教学中,直抛公式,大量训练,不注重公式的推导或推导不到位,导致学生对公式的理解处于“饥饿”、“吃夹生饭”的状态,更别提灵活的应用.很多学生感叹数学课上“听起来头头是道,做起来莫名其妙”.
  面对高速度,快节奏带来的问题,人们提出“慢”生活. 在数学公式的教学中关注和讲究“慢”教学,是针对当下数学教育现状的一种理性反思,也是教育本质回归的追求;“慢”不是目的,不是“快”的简单反义词,更不是低效率磨洋工的代名词,它强调的是对公式生成过程的态度、崇尚回顾旧知的追求、有效优质的教学和多元智能的发展.
  本文就结合“点到直线距离公式”教学实践,谈谈数学公式教学在“慢”中关注公式的发生、发展;在“慢”中强化知识的应用;在“慢”中发展学生的多元智能.
  已知点P(x0,y0),直线l:Ax+By+C=0,证点P到直线l的距离d=■.
  ?摇?摇
  ■“慢”中蕴涵数学方法,提高计算能力
  分析:过点P作l1⊥l,垂足为Q,则|PQ|就是点P到直线l的距离,结合两点间的距离公式求解. 依题意l1:Bx-Ay-Bx0+Ay0=0.
  Q(x,y)满足:Ax+By+C=0,Bx-Ay-Bx0+Ay0=0 ?圯Q■,■.
  根据两点间距离公式得:
  PQ2=■-x0■+■-y0■
  =■■+■■
  =■+■=■,
  所以d=PQ=■.
  数学知识的解读需要一个“慢”过程. 这种“慢”推导的优点在于证明思路简单,想法贴近学生的“最近发展区”,容易被学生理解和接受;但这对学生的计算能力要求颇高,特别是字母运算,对大多数学生来说是困难的. 学生在处理过程中所品尝到的“挫败感”,使学生感受到加强计算能力的重要性,提高计算能力的必要性. 同时让他们的数学运算能力得到一次很好的锻炼.
  ■“慢”中展示学生风采,培养思维能力
  分析:点P到直线l上任意一点的距离的最小值就是点P到直线l的距离.根据我们学过的知识,还有没其他的方法来证明点到直线距离公式呢?
  以下是学生给出的证明.
  法1:过点P作PQ⊥l,垂足为Q,过P点分别作x轴、y轴的平行线,交直线l于点S(x1,y0),R(x0,y2),则由Ax1+By0+C=0,Ax0+By2+C=0 得x1=■,y2=■.
  PS=x0-x1=■,PR=y0-y2=■,
  RS=■=■Ax0+By0+C,
  d=PQ=■=■.
  法2:对(一)中的l1和l,换个角度思考,重新构造方程. Q(x,y)满足:
  Ax+By+C=0,Bx-Ay-Bx0+Ay0=0 ?圯A(x-x0)+B(y-y0)=?摇-Ax0-By0-C?摇……①B(x-x0)–A(y-y0)=0?摇……②.
  由①2+②2得:(A2+B2)[(x-x0)2+(y-y0)2]=(Ax0+By0+C)2,
  即:d=PQ=■=■.
  法3:l上任一点Q(x,y),则PQ2=(x-x0)2+(y-y0)2=(x-x0)2+-■-y0■=■x2-■x+x■+y■+■
  利用二次函数的最值公式得:
  PQ■■=■=■=■,
  即:d=PQmin=■=■.
  法1学生通过预习和分析借助几何直观,减少了计算量,使学生的“数形结合”思维得到发展. 法2通过拼凑,体现“设而不求”的思维过程,达到证明的目的. 法3就是通过一般的二次函数最值问题,使学生对二次函数有了更深的理解和应用上的深度认识. 在做的过程中学生感受数学的魅力,激发他们对数学思维的神往;结束后,学生感叹“数学真神!”
  数学问题的解决过程是一个“慢”过程. 教学中要确立学生的主体地位,就必须让学生参与解决问题的过程来,教师要舍得花时间“慢”下来,使学生充分展示自己的才华,张扬自己的个性,发展自己的思维,享受思维带给她们的乐趣和成就感.
  ■“慢”中体验数学情感,强化探究能力
  分析:平面解析几何要注重点线在坐标内的位置关系,结合我们前面学习的倾斜角和斜率,不妨想一想,画一画,说一说,写一写.
  想一想:点到直线的距离,就是点到直线的垂线段长,这里有垂直;通过P点作x轴、y轴的垂线与直线l相交,这里有直角三角形……
  画一画:
  说一说:在△PRQ中,PR长可求,角α与直线的倾斜角θ相等或互补,PQ=PRcosα.
  写一写:Rx0,■,PR=■;
  θ>90°时,α=π-θ(如图2);θ<90°时,α=θ(如图3).
  两种情况均有tan2α=tan2θ=■,cosα=■=■,PQ=PRcosα=■·■=■;得证.
  数学学习的情感养成是一个“慢”过程.通过操作、探究,学生自行发现解决问题的方法. 学生在成功与失败、正确与错误的矛盾冲突中不断的深入,积极地探究;思维的碰撞激起强大的个体创造力. 让学生在“慢”操作中享受愉悦、积极的情感体验,最终在理解公式的同时饱尝成就感和幸福感.   ■“慢”中拓展数学视野,锻炼创新能力
  分析:在《必修5》“基本不等式”中我们对柯西不等式进行了补充和拓展,“柯西不等式:(a2+b2)(c2+d2)>=(ac+bd)2,当且仅当ad=bc时等号成立”,柯西不等式对这个公式的证明有没有什么借鉴价值呢?
  由PQ2=(x-x0)2+(?摇y-y0)2,Ax+By+C=0来构造柯西不等式:
  (A2+B2)[(x-x0)2+(y-y0)2]≥[A(x-x0)+B(y-y0)]2=(Ax0+By0+C)2?摇
  所以■≥■,
  当且仅当A(y-y0)=B(x-x0)时取等号,即最小值就是d=■. 数学感知发现的过程是一个“慢”过程. 应用不同的知识解决问题,所表现出来的机智和灵活性是大不同的,这就要求我们数学学习注重分析,要弄清知识的来龙去脉,领悟其中蕴涵的数学思想,“慢”工出细活,以此来提高自身的数学素养,锻炼自己的创新能力. 在享受数学学习所带来的乐趣同时,拓宽思路,让自己更喜欢数学,更会学数学.
  ■“慢”中感受数学魅力,升华应用能力
  分析:在《必修4》的学习中,我们分析了第二章向量“空间”均为三角函数问题的第一章和第三章;我们知道向量作为工具,在高中的数学推理论证中的作用举足重轻. 向量作为工具对于点到直线距离公式的证明也不例外,把向量的学习放在解析几何之前,就为证明铺好路. 如何用向量来证明点到直线距离公式呢?
  取直线l:Ax+By+C=0的方向向量v=(B,-A),直线上任意一点T(x,y),直线l的法向量为γ=(A,B),向量■=(x-x■,y-y■)在γ上的投影为■·■.
  ■·■=■=■=■,d=■·■?摇=■.
  数学应用能力的培养是一个“慢”过程. 在“慢”中让学生感受如何将已学知识与新知识联系,如何让旧知识服务新知识,引导学生将已有知识转化为生产力. 教师要创造条件,让学生积极参与到分析的过程中来,在探索、发现中,体验成功的乐趣,感受数学的魅力,培养对数学的美好感情.
  学生学习数学需要的是一个自己分析,或在他人正向引导下的分析、探究、理解和反思的“慢”过程. 不应当是被动的,“赶”着吸收书本的现成结论,而需要的是一个亲自参与的充满丰富思维活动的分析、实践、创新的过程. 数学的学习决不能只关心结果,死记硬背定理、法则、公式,而忽视其发生、发展、形成的过程. 数学公式教学“慢”下来,符合数学学科特点,符合数学教学规律的形成,符合生态教学的精神.
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