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圆锥曲线是众多知识的交汇点,引起了各类数学思想方法的碰撞,对于提升学生知识水平、拓展思维能力有着巨大的促进作用,为高等数学的学习做好了铺垫。
学生在圆锥曲线的学习过程中主要面临以下障碍:
(1)对于圆锥曲线这部分知识是有畏难情绪的,自信心不足,对圆锥曲线不感兴趣,存在着情感上的障碍;(2)对基础知识的理解不到位、掌握不牢固,缺乏系统性的逻辑思维和求解方法,在理解题意方面存在困难,无法将数和形结合在一起;(3)计算能力较差,在紧张焦躁情绪的影响下,学生会出现低级运算出错、无法正确选择计算方法等现象;(4)对于数学思想方法认识不深刻,理解不充分,无法灵活运用,不能合理运用数形结合思想、函数与方程思想、分类讨论思想求解题目;(5)没有认识到自己处于学习的主体地位,习惯于被动的接受知识,不能主动进行知识的建构和迁移。
针对学生存在的学习障碍,提出以下解决对策。
一、树立学习信心,消除情感障碍
(一) 增加学习趣味性
圆锥曲线这一部分知识点本身比较单调,在教学中以现实例子和情境为基础,以建构主义学习理论为指导,充分发挥教师的引导、帮助作用,促进学生积极、有效的进行知识和方法的建构。
在开始学习圆锥曲线时,可以先简单介绍圆锥曲线发展史,让学生体会自然与数学相结合产生的有序美、和谐美,引起学生学习圆锥曲线的兴趣和求知欲。
在讲解圆锥曲线概念时,与生活实际联系起来。例如,油罐汽车上储存油的油罐截面边界是椭圆;人造喷泉喷出的水、铅球足球运动的轨迹是抛物线;发电站的冷却塔轴截面的边界是双曲线;天体运行的轨道可以是圆锥曲线中的任意一种。通过以上简单的例子,让学生感受到圆锥曲线在生活中应用是非常广泛的。
在授课过程中,应该丰富自己的授课语言,注意语言表述的艺术性,避免单一的陈述知识点,在不失数学思维严谨的前提下,适当的加入幽默风趣的语言,形象、生动的讲解知识,让学生在轻松活泼的课堂氛围中学习知识,增进学生对知识内容的认同感。
(二)提升学习自信心
在平时的教学中,教师多关注学生的“最近发展区”。作业、练习、测试等题目根据学生的实际水平进行设定,保证大多数同学认真思考就可以完成;再进一步细化,可以根据学生不同的学习水平,设置不同层次的作业,让学生体验到通过努力可以完成相关题目;根据知识重难点以及课堂讲授的例题设置变式题目,逐步培养学生的迁移学习能力,使学生感受到成功的喜悦,建立学习自信心。
二、重视概念学习,克服知识障碍
(一)把握整体概念
北師大版数学选修2-1在第三章“圆锥曲线与方程”的引言部分,提供了平面截圆锥形成各圆锥曲线的示意图。引导学生观察图形,发现用垂直于圆锥轴的平面截圆锥,得到圆;将平面稍稍倾斜,仍保持与圆锥侧面相交,得到椭圆;当平面继续倾斜,恰好和圆锥的一条母线平行时,得到抛物线;平面再倾斜一些,与圆锥的轴保持平行时便会得到双曲线,也可以借助多媒体展示这个动态变化的过程。由此,让学生明白圆锥曲线的几种图形是有统一性、有联系的,这样统一的介绍有助于学生对圆锥曲线形成整体的、全面的认识。
(二) 重视动手实践
在给出椭圆、抛物线和双曲线定义时,不能直接给出文字性的定义,否则学生获得的只是一个模糊笼统的概念。让学生动手实践,体验圆锥曲线图形的形成过程,比如,将一根绳子的两端分别固定在两个定点上,用笔尖勾直绳子,移动笔尖,得到的动点的轨迹就是一个椭圆。在这个过程中,绳子的长度为定长,且必须大于两个定点之间的距离,引入椭圆定义:到两个定点F1,F2的距离之和等于常数(大于|F1F2|)的点的集合。还可以借助直尺、三角板和细绳画抛物线,利用拉链画双曲线。通过实践操作,学生对概念有了直观的感知,体会到了概念中包含的各要素之间的联系,主动建构知识,深化概念理解。
(三) 利用技术手段
在教学中,教师可以借助多媒体向学生展示圆锥曲线的丰富实例,比如上文提到的行星运动轨道、散热塔的模型、喷泉水的轨迹等等,让学生直观感受圆锥曲线的应用;可以通过动画演示各圆锥曲线图形的画法,让学生体会概念中的变量与定量;可以通过几何画板向学生展示字母a、b、c变化时对离心率大小的影响、对于椭圆圆扁程度的影响、对于双曲线开口阔扁程度的影响,让学生充分认识到圆锥曲线变化的动态性,理解圆锥曲线的本质。
三、提高计算能力,跨越运算障碍
圆锥曲线解答题一般解题过程长、步骤多,教师在讲课过程中要善于板演计算过程,注意书写步骤的规范性和完整性,对重要步骤和思路进行详细解释,帮助学生形成完备的解题思维。学生在课堂上应该认真听讲,注意观察老师写的步骤,不能只关注解题突破口,避免出现“一听就明白、一做就扣分”的情形。选择恰当的运算方法会减小圆锥曲线题目的运算量,在平时的学习过程中,教师要做好引导、学生要做好积累,掌握常用的做题技巧。
四、渗透思想方法,健全知识体系
数学思想是数学的精髓和灵魂,它对于数学运算和数学建模有着重要的指导意义,它会影响学生的数学思维能力、解题能力和学习效率,是学生进行知识内化、形成数学观点的重要工具。
华罗庚先生这样阐述数形结合思想:“数缺形时少直观,形缺数时难入微”,几何图形更加形象直观、易于观察,代数式子更加严谨、充满逻辑,它是数学的规律性与灵活性的有机结合,圆锥曲线是数形结合的典范。在教学中,教师要引导学生养成“做题先画图”的习惯。
转化化归的实质简单说来就是遇到复杂的问题时,能够将题目的信息点与其他已经学过的知识建立联系,转化为其他条件进行表述,并且这种表述能够帮助求解题目。圆锥曲线的综合性题目中常常需要结合向量、解三角形、函数等知识点进行求解,教师要指导学生对此类题目进行归纳总结,感受、体会思想方法。
分类与整合思想在圆锥曲线中体现最多的就是分类讨论,当遇到的题目有不止一种情形时,需要确定一个分类标准,按照标准对每一种可能的情况进行分析求解,最终再把结果综合起来回答问题。要让学生掌握分类讨论的思想方法是没有捷径的,遇到题目时教师不断地进行引导、分析,强调分类的标准,要求学生做好题目归纳和整理,通过题目的积累体会分类标准相当于增加了一个已知条件,可以优化解题思路、降低问题难度。
学生在圆锥曲线的学习过程中主要面临以下障碍:
(1)对于圆锥曲线这部分知识是有畏难情绪的,自信心不足,对圆锥曲线不感兴趣,存在着情感上的障碍;(2)对基础知识的理解不到位、掌握不牢固,缺乏系统性的逻辑思维和求解方法,在理解题意方面存在困难,无法将数和形结合在一起;(3)计算能力较差,在紧张焦躁情绪的影响下,学生会出现低级运算出错、无法正确选择计算方法等现象;(4)对于数学思想方法认识不深刻,理解不充分,无法灵活运用,不能合理运用数形结合思想、函数与方程思想、分类讨论思想求解题目;(5)没有认识到自己处于学习的主体地位,习惯于被动的接受知识,不能主动进行知识的建构和迁移。
针对学生存在的学习障碍,提出以下解决对策。
一、树立学习信心,消除情感障碍
(一) 增加学习趣味性
圆锥曲线这一部分知识点本身比较单调,在教学中以现实例子和情境为基础,以建构主义学习理论为指导,充分发挥教师的引导、帮助作用,促进学生积极、有效的进行知识和方法的建构。
在开始学习圆锥曲线时,可以先简单介绍圆锥曲线发展史,让学生体会自然与数学相结合产生的有序美、和谐美,引起学生学习圆锥曲线的兴趣和求知欲。
在讲解圆锥曲线概念时,与生活实际联系起来。例如,油罐汽车上储存油的油罐截面边界是椭圆;人造喷泉喷出的水、铅球足球运动的轨迹是抛物线;发电站的冷却塔轴截面的边界是双曲线;天体运行的轨道可以是圆锥曲线中的任意一种。通过以上简单的例子,让学生感受到圆锥曲线在生活中应用是非常广泛的。
在授课过程中,应该丰富自己的授课语言,注意语言表述的艺术性,避免单一的陈述知识点,在不失数学思维严谨的前提下,适当的加入幽默风趣的语言,形象、生动的讲解知识,让学生在轻松活泼的课堂氛围中学习知识,增进学生对知识内容的认同感。
(二)提升学习自信心
在平时的教学中,教师多关注学生的“最近发展区”。作业、练习、测试等题目根据学生的实际水平进行设定,保证大多数同学认真思考就可以完成;再进一步细化,可以根据学生不同的学习水平,设置不同层次的作业,让学生体验到通过努力可以完成相关题目;根据知识重难点以及课堂讲授的例题设置变式题目,逐步培养学生的迁移学习能力,使学生感受到成功的喜悦,建立学习自信心。
二、重视概念学习,克服知识障碍
(一)把握整体概念
北師大版数学选修2-1在第三章“圆锥曲线与方程”的引言部分,提供了平面截圆锥形成各圆锥曲线的示意图。引导学生观察图形,发现用垂直于圆锥轴的平面截圆锥,得到圆;将平面稍稍倾斜,仍保持与圆锥侧面相交,得到椭圆;当平面继续倾斜,恰好和圆锥的一条母线平行时,得到抛物线;平面再倾斜一些,与圆锥的轴保持平行时便会得到双曲线,也可以借助多媒体展示这个动态变化的过程。由此,让学生明白圆锥曲线的几种图形是有统一性、有联系的,这样统一的介绍有助于学生对圆锥曲线形成整体的、全面的认识。
(二) 重视动手实践
在给出椭圆、抛物线和双曲线定义时,不能直接给出文字性的定义,否则学生获得的只是一个模糊笼统的概念。让学生动手实践,体验圆锥曲线图形的形成过程,比如,将一根绳子的两端分别固定在两个定点上,用笔尖勾直绳子,移动笔尖,得到的动点的轨迹就是一个椭圆。在这个过程中,绳子的长度为定长,且必须大于两个定点之间的距离,引入椭圆定义:到两个定点F1,F2的距离之和等于常数(大于|F1F2|)的点的集合。还可以借助直尺、三角板和细绳画抛物线,利用拉链画双曲线。通过实践操作,学生对概念有了直观的感知,体会到了概念中包含的各要素之间的联系,主动建构知识,深化概念理解。
(三) 利用技术手段
在教学中,教师可以借助多媒体向学生展示圆锥曲线的丰富实例,比如上文提到的行星运动轨道、散热塔的模型、喷泉水的轨迹等等,让学生直观感受圆锥曲线的应用;可以通过动画演示各圆锥曲线图形的画法,让学生体会概念中的变量与定量;可以通过几何画板向学生展示字母a、b、c变化时对离心率大小的影响、对于椭圆圆扁程度的影响、对于双曲线开口阔扁程度的影响,让学生充分认识到圆锥曲线变化的动态性,理解圆锥曲线的本质。
三、提高计算能力,跨越运算障碍
圆锥曲线解答题一般解题过程长、步骤多,教师在讲课过程中要善于板演计算过程,注意书写步骤的规范性和完整性,对重要步骤和思路进行详细解释,帮助学生形成完备的解题思维。学生在课堂上应该认真听讲,注意观察老师写的步骤,不能只关注解题突破口,避免出现“一听就明白、一做就扣分”的情形。选择恰当的运算方法会减小圆锥曲线题目的运算量,在平时的学习过程中,教师要做好引导、学生要做好积累,掌握常用的做题技巧。
四、渗透思想方法,健全知识体系
数学思想是数学的精髓和灵魂,它对于数学运算和数学建模有着重要的指导意义,它会影响学生的数学思维能力、解题能力和学习效率,是学生进行知识内化、形成数学观点的重要工具。
华罗庚先生这样阐述数形结合思想:“数缺形时少直观,形缺数时难入微”,几何图形更加形象直观、易于观察,代数式子更加严谨、充满逻辑,它是数学的规律性与灵活性的有机结合,圆锥曲线是数形结合的典范。在教学中,教师要引导学生养成“做题先画图”的习惯。
转化化归的实质简单说来就是遇到复杂的问题时,能够将题目的信息点与其他已经学过的知识建立联系,转化为其他条件进行表述,并且这种表述能够帮助求解题目。圆锥曲线的综合性题目中常常需要结合向量、解三角形、函数等知识点进行求解,教师要指导学生对此类题目进行归纳总结,感受、体会思想方法。
分类与整合思想在圆锥曲线中体现最多的就是分类讨论,当遇到的题目有不止一种情形时,需要确定一个分类标准,按照标准对每一种可能的情况进行分析求解,最终再把结果综合起来回答问题。要让学生掌握分类讨论的思想方法是没有捷径的,遇到题目时教师不断地进行引导、分析,强调分类的标准,要求学生做好题目归纳和整理,通过题目的积累体会分类标准相当于增加了一个已知条件,可以优化解题思路、降低问题难度。