高中新教材背景下的三角函数性质教学实践与思考

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  摘 要:人教版高中数学新教材在编写理念、教材结构、知识内容编排、例题设置和习题设置五个方面具有特色。在教学实施过程中,教师应当充分研究新教材调整内容,有效用好教材当中的“思考”和“探究与发现”,挖掘其数学思维培养内涵,合理整合教材,设置有思维价值的延伸探究题,充分调动学生的积极性,引导学生独立自主地开展思维活动,并通过交流讨论,提升数学核心素养。
  关键词:新教材;教学内容整合;探究学习;核心素养
  一、三角函数性质的内容改变
  笔者在人民教育出版社2019A版数学必修第一册第五章《三角函数》中的《5.4.2正弦函数、余弦函数的性质》发现,与旧教材相比,在学习完周期性概念后,新教材直接到了奇偶性的学习,在完成例题和课后习题之后,出现了和旧教材一模一样的“探究与发现”,这个“探究与发现”是针对周期性的拓展内容。而旧教材把这个“探究与发现”放在周期性之后,也就是完整学习完周期性的概念以及拓展之后,再学习奇偶性。这个变化到底用意如何呢?在教学用书上解释了这个原因:在例题和习题结束后,是“不要求学生必须探究出一般形式的函数的周期与ω之间的确切关系。”而后的探究与发现则是对例2的推广,“分级递进地进行抽象,先从具体函数抽象为一般函数,研究其周期性,再从这些特殊类型的函数抽象为一般的周期函数进行研究”[1]。看来为了三角函数性质内容的连贯,以及削枝强干的主导思想,教材作出了这个变化。
  二、利用探究与发现进行教学内容整合
  笔者认为既然这样的处理能使“干”的教学内容更连贯,那么探究与发现也可以使“枝”的内容更丰满。于是,我大胆进行教学内容的整合。在完成周期性与奇偶性的概念教学后,我以问题“中的三个变量A、ω、φ对三角函数的周期性和奇偶性有影响吗?如果有,有怎样的影响?”来进行探究教学,深化拓展对一般形式的函数的周期以及奇偶性的认识。
  (一)教材分析
  本节书是第五章《三角函数》第四节《三角函数的图像与性质》第二课时《5.4.2正弦函数、余弦函数的性质》。所谓性质,就是研究对象在变化过程中保持不变的特征。教科书通过“探究”引导学生明确函数性质的研究内容,选择适当的研究方法。教材从观察图像以及公式验证两种方法得出周期性与奇偶性,这种多角度的观察、描述与思考中,提升学生的直观想象和逻辑推理等数学素养。我把这部分内容称之为第一部分,即原理教学。第二部分内容为原理应用教学,即“探究与发现”的拓展,我把这部分又分为两个小部分,其一就是课本本例,研究一般形式三角函数的周期问题;其二就是引申探究,研究一般形式三角函数的奇偶性问题。
  (二)学生分析
  学生在学习完正弦函数和余弦函数图像之后进行性质的学习,应该说具备了自主探究的知识储备与探究能力。但是类比已有的函数性质,周期性却是三角函数独有的,因此无法只从类比中得到,我认为这个需要引导学生回忆正弦曲线作图过程,以及单位圆变化的规律性而得出。周期性与奇偶性的探究可以通过教师启发,任务引领,自主阅读,完成探究的思路展开。这节课的亮点是课后的“探究与发现”,让学生通过任务引领,发现A、ω、φ三个变量对周期性以及奇偶性的影响,这个过程对学生来说有一定的难度,也最容易产生思维的火花。
  (三)教学过程
  1.任务、自学、探究
  (1)请同学们阅读课本201页,完成以下思考:
  正弦函数与余弦函数的周期是什么?你从何而知?
  周期与最小正周期的关系是什么?
  (2)探究下列函数的周期:
  (3)请同学们阅读课本202页,完成以下思考:
  正弦函数与余弦函数的奇偶性是什么?你从何而知?
  2.分享自学成果,教师从中指出重点、突破难点
  3.延伸探究
  (1)探究任务1:对于,中的三个变量A、ω、φ对三角函数的周期性有影响吗?如果有,有怎样的影响?请求出的最小正周期。
  (2)探究任務2:对于,中的三个变量A、ω、φ对三角函数的奇偶性有影响吗?如果有,有怎样的影响?请分别判断的奇偶性。
  4.归纳提升,形成结论
  (1)归纳探究任务1:
  函数及的周期T=。因此周期只与ω有关。
  (2)归纳探究任务2:
  对于函数,
  因为,所以是奇函数;
  对于函数,因为所以是奇函数。也就是说A与ω都没有影响函数的奇偶性,那么φ呢?
  5.聚焦争议点,蹦出思维的火花
  对于函数的奇偶性,这时候学生们就发生争议了。大部分学生认为这是个非奇非偶函数,然而只有个别学生觉得这与的取值有关,因此不能判断。于是我就让两派学生分别详细阐述自己的观点和证据,下面是课堂实录:
  学生1:因为
  且,所以它是非奇非偶函数。
  学生2:如果,
  那么,它就是个奇函数。
  其他学生恍然大悟,这时又有同学提出:能是个偶函数吗?
  于是其他同学马上投入探索中,不一会儿,就有学生发现答案是肯定的。
  学生3:如果,
  那么,它就是个偶函数。
  教师表扬同学们善于发现问题,解决问题,总结大家从诱导公式角度来解释问题的可行性,同时提出新问题,如果从诱导公式来分析,那么的取值还可以更简洁。
  所以如果,那么函数就是奇函数;如果,就是偶函数。
  6.课后思考问题
  课后思考对于的奇偶性如何判断?命题“如果函数y=f(x)的周期是T,那么函数y=f(ωx),的周期是”是否成立?
  三、教材重组的反思
  章建跃对新课改实施过程中,教学涉及各环节及相关问题进行了反思和讨论,概括出一些基本共识:教学设计——不仅从内容的教学需要预设提问、讲授、训练等,而且特别强调课堂“生成”,设计能引发学生独立思考、自主探究的“开放性问题”;教学方法——教师主导取向的讲授式和学生自主取向的活动式融合,强调“启发式教学”的核心地位[3]。下面是我的几点反思:   (一)學生自主阅读教材,发挥教材引领作用
  本节课开始,我启发学生探究三角函数的性质,但是并没有越俎代庖,而是引导学生重视教科书的阅读,在直观感知的基础上,系统、规范的认识函数的性质,并获得精准规范的表达,培养思维的严谨性。
  (二)教师设计探究发现,发挥学生主体地位
  本节课我利用教材的探究与发现,结合新课学习,设计了延伸探究,并把教材当中没出现的奇偶性探究放在一起让学生探究。这个问题引发了学生的认知冲突,由此展开了思维碰撞,激发了学生的求知欲。这部分属于启发式教学,在启发式教学中,教学是教与学交互作用的双边活动,学生是教学的主体,教师是教学的主导;教师根据认知目标与情感目标并重的要求安排教学过程,充分调动学生的知、情、意、行等诸方面的积极性,引导学生独立自主地开展思维活动,融会贯通地掌握知识,发展智力,培养能力,实现教育目标,达到全面发展[4]。因此这部分延伸探究,正是发挥学生主体地位的体现。
  (三)师生共同修正结论,提升学生核心素养
  学生在开放性的问题中的数学思维是自由的,也是最具创造性的。本节课在讨论函数的奇偶性时,学生就出现各种争议,既有认为是非奇非偶函数的,也有认为是奇函数的,更有认为是不能判断的。每个人都各执一词,各说各有理。因此我采取师生共同修正结论。课堂上我引导学生侃侃而谈,各抒己见,并提供诱导公式作为工具,修正结论,使结论呈现数学的简洁美。这个过程其实就是学生提升逻辑推理,数学表达能力。
  王尚志,史宁中认为,数学核心素养是在数学学习过程中逐步形成的。数学核心素养包括数学抽象,逻辑推理,数学建模,直观想象,数学运算数据分析共六个方面,更一般的还包括学会学习、数学应用、创新意识等。从学习评价的角度看,数学核心素养主要体现在情境与问题、知识与技能、思维与表达、交流与反思的综合运用能力上[5]。可见数学交流能力是核心素养的一个重要体现。
  结束语
  新教材对《正弦函数和余弦函数的性质》的教学内容呈现以及顺序作出了调整。这既体现了新教材以生为本,注重知识的生成过程,也体现了新教材注重核心素养的培养。那么教师在设计教案时,应该充分利用教材,并根据实际情况开发教材,设计适当的教学环节,使学生从不解、质疑、交流、释疑的过程中,逐渐培养起对数学学习的兴趣,以及提升了逻辑推理、直观想象的数学核心素养。
  参考文献
  [1]数学必修第一册教师教学用书[M].北京:人民教育出版社2019,7
  [2]何小亚,姚静.中学数学教学设计[M].北京:科学出版社2020:67
  [3]章建跃.数学教育随想录[M].杭州:浙江教育出版社,2017,6:475
  [4]曹才翰,章建跃.数学教育心理学[M].北京:北京师范大学出版社,2018,10:48
  [5]华志远.数学核心素养的内涵与构成[J].教育研究与评论·中学教育教学,2016(5):11-13
  作者简介:郭靖.(1980年8月),女,汉族,广东省广州市人,教育硕士,研究方向:高中数学教育。
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