例谈数形结合思想在一次函数教学中的运用

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  【摘 要】数学是研究数量关系和空间形式的学科,其所研究的范围和对象决定了“数形结合”是学生学习过程中,不可或缺的一种思想方法,尤其是在初中一次函数教学中,很多问题都需要学生从“数”和“形”两个方面做出思考,因此在教学过程中,教师能够将数形结合思想渗透于其中具有重要意义,下面笔者将从自身的实践教学经验出发,做出相关介绍阐述。
  【关键词】数形结合思想;一次函数;教学运用
  【中图分类号】G633.6       【文献标识码】A
  【文章编号】2095-3089(2019)18-0235-02
  前言
  在整个初中阶段的数学学习中,函数学习具有极其重要的地位,并贯穿于学习始终,而一次函数是学生学习认识函数的开端,是学生学习二次函数、反比例函数的基础,在一次函数教学中,教师要明确数学思想是数学学科的灵魂,是学生学好数学知识的关键,而函数是“数”与“形”的巧妙结合,将数形结合思想运用到一次函数教学中,可更好的助力学生数学学习成长。
  一、数形结合思想及一次函数介绍
  1.数形结合思想。
  数学领域之中有这样的一句话“数无形,少直观,形无数,难入微”,由此可以看出,在数学学科之中,“数”与“形”是不分家的,数形结合是学习数学最基本也是最有效的一种方法[1]。简而言之,数形结合可理解为以数学问题的条件和结论为内在联系依据,分析代数意义的同时,揭示几何直观意义的一种方法。在学习数学学科的过程中,数形结合大致可以分为两种情形,一是“以数解形”,即借助数的精确性,对形的属性做出阐述;二是“以形助数”,即借助几何的直观性,阐述数字之间的某种联系。在数学领域之中,如解函数问题、方程问题、绝对值问题、立体几何问题等,数形结合思想都是非常适用的,而纵观近几年的中考命题趋势,也十分注重学生对数形结合的掌握考察,因此在日常教学中,教师能够在课程知识讲解时,潜移默化的将数学知识应用其中,这对学生的数学学习发展是有诸多裨益好处的。
  2.一次函数教学。
  “一次函数”是初中数学的核心内容,也是重要的基础知识内容,与未来高中阶段的知识有紧密的联系,同时还在现实生活之中广泛应用,研究学习一次函数,一定要把定义、性质、图像紧密的结合在一起,这样学生才能体会知识的真谛,掌握解题的要领[2]。(1)函数的定义,一个量随着另外一个量的变化规律。这里后一个量就是自变量,前一个量因为后一个量的变化而变化,所以叫因变量,自变量的取值范围,与函数的整式、分式、根式具体表达方式有关,要使这些式子有意义。(2)一次函数的定义,表达形式为y=kx+b,其中k、b是常数,k不等于0。
  二、数形结合思想在一次函数教学中的运用
  1.以形助数,直觀理解函数图像性质。
  在初中数学“一次函数”课程教学中,教师要从基础知识抓起,强化学生对一次函数图像性质的掌握,这样才能为学生的后续学习典型基础,而显然在这个过程中,单依靠“数”的讲解是远远不够的,只有采用数形结合的方法,借助图形的直观性将抽象的数学概念和数量关系形象化,这样才能帮助学生在头脑之中构建数学模型,为学生的概念形成理解奠定基础。具体而言,教师在向学生讲解一次函数图像性质时,可以为学生出示下表:
  在该表之中,将“数”与“形”完美的结合在了一起,一次函数知识不再是空洞无物的,函数知识有了具体的形象,在“以形助数”的过程中,学生对一次函数图像知识有了更加深刻的认识和理解[3]。
  2.以数解形,借助性质强化图像功能。
  在初中数学“一次函数”课程教学中,函数图像形象的显示了函数的性质,为学生认识学习一次函数提供了“形”的直观基础。同样,一次函数关系式,是由“数”构建的,数赋予了图像的基本形式,因此在运用数形结合思想时,“以数解形”也是一种可行的教学方式,可使问题便的一目了然。以这样的两个问题为例:
  例1:“下列四个图像之中,表示某一次函数的图像有哪些?”
  在这一函数问题之中,就需要采用“以数解形”的方式进行解题,如要从数形结合的方向思考,依据函数图像在自变量x的取值范围内任取一个值的一次函数定义,可以发现,在上述出示的四个图像之中,A、B中的变量y都有与之相对应的值,因此A、B都可称之为一次函数,而C、D图像之中,变量y不是x的唯一变量,因此不能表示某一函数的图像。在这一数学问题之中,就充分的体现出了“以数解形”的重要作用。
  例2:2018年中考试题中有这样的一个解答题:一辆汽车行驶时的耗油量为0.1升/千米,如图是油箱剩余油量y(升)关于加满油后行驶的路程x(千米)的函数图形(如图2所示)。(1)根据图像直接写出汽车行驶400千米时的油箱内剩余油量,并计算加满油时油箱的油量。(2)求y关于x的函数关系式,并计算该汽车在剩余油量5升时已行驶的路程。
  解答:对于这一问题,通过题意可知,汽车行驶400千米剩余油量30升,加满油时油量为70升;在对(2)问题解析时,可设y=kx+b(k≠0),把点(0,70),(400,30)坐标代入得b=70,k=-0.1,故y=0.1x+70,而当y=5时,x=650,得出汽车已行驶路程为650千米。通过这样的一个函数问题,在解一次函数问题时,要从形到数,量化入微,在充分理解题意的基础上,仔细的观察分段函数的特征,这样才能确定最终的函数解析式。
  3.数形结合,实现方法到思想的飞越。
  在初中数学“一次函数”课程教学中,数形结合思想的运用,不仅是“以形助数”或“以数解形”,还应该做到数形结合,将“数”与“形”结合在一起进行思考,通过把数量关系问题转化为图形问题,或者通过将图形问题转化为数量关系问题,从而实现从“方法”到“思想”的飞跃,这样才能将函数问题简单化,抽象问题具体化,最终实现高效学习、高效解题的目标[4]。函数知识是贯穿于整个初中阶段的学习内容,而一次函数是学生函数学习的开端和基础,因此学好一次函数知识尤为重要,但显然在笔者执教的过程中发现,对于函数问题,很多学生感到望而生畏,函数学习成为无法攻克的难题,而函数本就是“数”与“形”的巧妙结合,在解题的过程中,可以充分的借助数形结合思想,同时将函数问题与方程、不等式相关知识联系在一起,善于将知识“牵手”,将“形”与“数”对应在一起,这样很多复杂的问题就会迎刃而解、不攻自破,这是新课标背景下,教师需要树立的一种教学思想。   4.数形联系,函数建模中强化数形结合。
  在初中数学“一次函数”课程教学中,数形结合思想的运用,可以借助一次函数的图像,直观的分析一元一次方程的解、不等式解及二元一次方程组的解,在这个过程中,學生就可以体会到函数解与图像点坐标之间的紧密联系,从而品味到数学学科之中,数形结合的魅力,同时借助数形之间的巧妙联系,还可以帮助学生在脑海之中构建数学模型,这对学生的数学学习发展都是十分具有裨益好处,而这也是一次函数中渗透数形结合思想的主线,举这样一个例子,如下表所示,移动公司推出了两种话费套餐方式,问选择哪种计费方式更加省钱?
  在面对这一问题时,可将通话时间设为x,月消费用为y,那么全球通的函数解析式就为y=50+0.4x,而神州行的函数解析式则为y=0.6x。运用数形结合思想,可在同一坐标系之中,画出这两个函数解析式的图像,可以发现x=250,y=150时两函数之间存在交点,因此通过对图像的观察可以发现,在通话时间为250min之前,神州行套餐资费是更加合适的,在通话时间刚好为250min时,两种套餐价格相同,而当通话时间超出250min时,全球通套餐则更加经济实惠。在初中数学“一次函数”课程教学中,教师要善于借助数与形之间的联系,帮助学生在头脑之中建立函数模型,而这将转化为一种能力,推动学生的函数学习更进一步。
  5.数形与实际结合,避免教学误区出现。
  一次函数在现实生活之中有广泛的运用,如购买消费活动中,生产加工活动中,都会涉及变量与线性之间的关系,这时就可以借助一次函数去解决问题,因此数形结合思想在一次函数教学中的运用,还应该强化生活实际与一次函数之间的有机结合,要借此培养学生运用函数知识解决生活问题的能力,防止出现“一次函数都是一条直线的误区”。举这样的一个例子,如发动机开始工作时,初始油箱之中有40L的机油,每小时消耗5L,求邮箱剩余有油量q与工作时间t之间的函数关系,试画出其中的函数图像。在解答这一问题时,若是只有数,而无形,就很容易出现解题错误,而数形与实际相结合,就可以更加准确的观察出函数q=-5t+40在0≤t≤8这个区间内,是一条线段而不是直线,这是因为油箱之中的机油是会消耗尽的,因此解一次函数生活性问题时,要从生活实际出发,兼顾数形,注意自变量的取值范围,从而画出标准的一次函数图像[5]。此外,在实际生活问题之中,“最值”一般都是指“最高成本”“最高利润”“最少之处”等,大部分情况下,自变量的取值范围是全体实数,但也有一些自变量受实际限制。
  总结
  在初中数学教学中,一次函数是十分重要的教学内容,贯穿渗透于学生的整个数学学习生涯中,而数学思想方法是数学知识的灵魂,是学生学好数学学科的关键,在一次函数教学中,教师能够将数形结合思想方法渗透于其中,这可以帮助学生更好的领悟到函数的真谛,并迅速的掌握函数的解题要领,因此的今后的一次函数函数教学中,教师有必要关注对数形结合思想的运用研究。
  参考文献
  [1]柴文甲.例谈数形结合思想在一次函数教学中的运用[J].青海教育,2019(03):47-48.
  [2]胡诗雨.初中数学课堂渗入数形结合思想——以一次函数与二元一次方程的关系为例[J].中学数学研究(华南师范大学版),2017(20):20+17.
  [3]朱根陆.数形结合有妙用以图思图建奇功——例谈一次函数的图像问题[J].中学数学,2017(22):78-79.
  [4]余敬平.结合函数图象解决行程问题——数形结合思想在一次函数中的应用[J].初中数学教与学,2016(10):39-41.
  [5]潘红涛.谈数形结合思想在一次函数中的应用[J].数学学习与研究,2016(15):101.
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