对同一道数学题的不同解法回归知识的生成

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  【摘要】数学是一门基础学科,具有严谨性、抽象性、广泛应用性三大特點,系统性强,知识链条、前后衔接、环环相扣,并总是按照“发生,发展,延伸”的规律,自然的构成每一单元的整体。数学学科不但本身分值较重,直接影响着升学,同时也影响着学生对其他学科的学习,所以学好初中数学是十分重要的。“一题多解”作为初中数学教学的重要组成部分,对于掌握解法、激发兴趣、巩固双基、启发思维具有十分重要的意义。但是在实际的教学过程中,大多是通过题海战术,局限于解题技巧和方法步骤的教学,缺乏对其本质的认识。“一题多解”教学的本质就在于方法本身的发现,让学生通过解题过程发现解题的方法。本文笔者通过用多种方法去解一道数学题,来探讨来学生对知识生成重要性的学习。
  【关键词】一题多解 知识生成 初中数学教学
  【中图分类号】G633.6 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2018)05-0268-02
  一题多解指的是通过不同的思维方式,运用至少两种以上的方法或途径来对同一道题进行解答[1]。在初中数学教学过程中,一题多解是对一道问题从不同的角度和层次进行思考与分析,然后提出不同的解决方案。一题多解教学可以拓宽学生的思维方式,有利于学生将内在知识联系起来,促进知识的转化,回归知识的生成。
  一、一题多解对初中数学教学的重要性
  1.一题多解有助于知识体系的建构
  美国认知教育心理学家奥苏贝尔曾说:“学习是无意义的、机械的还是有意义的,关键在于能否在新旧知识之间建立起合理的、实质的联系[2]。”在初中数学教学过程中,建立新旧知识的联系就是教学的一个重难点。而一题多解可以通过一道题目联系到很多的知识点,引导学生在知识间建立更多的联系。学生通过思考学习,可以对比不同解法的优缺点,进而进行知识的归纳整理,整合成一块系统的知识块,既可以减少记忆的负担,也可以增加运用的有效性。
  2.—题多解有助于提高学生解题能力
  数学的核心在于问题解决,数学教学的一个重要目的就是培养学生的解题能力。提高解题能力既要知道怎么做,还要知道为什么这么做。如果学生可以主动去进行一题多解,就会发现很多知识间存在的隐形联系,使知识间更紧密地联系在一起,进而形成一个更有序的系统,解题时能快速有效地调动知识。通过一题多解,既可以增加纵向知识间的联系,扩展知识的广度,避免机械式的做题 也有利于学生寻根溯源,增加知识的深度,避免就题论题,真正提髙解题能力,激发数学学习的兴趣[3]。
  3.一题多解有助于培养学生创新思维
  一题多解教学需要学生对同一道题目结合不同的知识、从不同的角度入手、突破常规的解题思路来解答问题。这个解题的过程就是刺激发散的过程,可以充分发挥学生想象力,通过不断的尝试把问题与以前的知识联系起来,发散能力的不同,联系到的知识范围就不同。一题多解教学在课堂上给学生灌输创新的意识,使学生在解题过程中产生认知冲突,进而激发学习数学的兴趣,激活学生的创新思维,同时,教师再根据学生的反应,设置问题,引导、启发学生进一步思考,有效提高课堂教学效果[4]。
  二、初中数学一题多解的实例分析
  本文笔者对2012年中考第25题进行改篇,通过对看到的不同的几何基本图形来进行不同的解法,研究复习初中几何三角形、等腰三角形、直角三角形、平行四边形以及菱形的知识。
  1.例题呈现
  题目:在平行四边形ABCD中(见图1),AB=5,BC=10,F为AD的中点,CE⊥AB于E,设设∠ABC=α(60°≤α<90°)。当60°<α<90°时,是否存在正整数k,使得∠EFD=k∠AEF?若存在,求出k的值 若不存在,请说明理由。
  点评:本题考查了三角形外角和定理,全等三角形的判定与性质,等腰三角形的性质,平行四边形的性质,菱形的性质,直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半的性质等知识。而作出辅助线,构造什么样的基本图形是解题的关键。
  2.求解思路及回归知识生成
  题目分析:当看到线段中点,线段平行,研究角的关系时,马上联想到构造全等三角形。延长EF交CD的延长线于G,连接CF。构图之后引导学观察图形,这个时候,重点不是解题,而是引导学生把观察到的全等三角形、等腰三角形、直角三角形找出来,然后进一步对这三个图形的基本性质,尤其关于角度方面的性质列出来。两个全等三角形的对应角相等,对应边相等 对于直角三角形,通过看图发现,斜边上的中线等于斜边的一半,也就说这个时候发现了三个等腰三角形,那么等腰三角形的性质是两个底角相等。此时,教师可以进一步提问,等腰三角形的两个底角相等是通过用什么方法证明出来的?通过画图可知是利用画底边上的高,用HL证明全等而得到。此时,又可以引导学生证明等腰三角形里三线合一的重要性质。然后教师又可以提出,既然大家都知道直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半,那么这个定理又是通过什么方法证明出来的呢?其实,用这个定理是大家熟悉的,但对这个定理的生成,很多学生已经忘记了。下面来证明直角三角形斜边上的中线定理。
  证明:已知△ABC是直角三角形(见图2),AD是BC上的中线,求证AD=CB/2。
  对直角三角形斜边上的中线定理的证明过程是很重要的,通过证明过程,既可以让学生熟悉三角形中位线的定理,又可以加固线段中点加垂直,即垂直平分线在证明中的应用。通过之前对这几个基本几何图形的分解,和再次地展现定理和性质的生成,这个过程其实已经启发学生,有利于学生自主地提取已有的知识经验,与任务相关的经验,来分析问题和解决问题。因此,这个时候再回归这道题目,发现了等腰三角形△DFC,Rt△GCE,等腰三角形的性质是两个底角相等,直角三角形斜边上的中线等于斜边一半,继而是三角形的外角等于不想邻的两个内角和,就可以证出这道题。   解法1构造一个三角形
  延长EF交CD的延长线于G,连接CF(见图4)。易证△AFE≌△DFG(AAS),∴EF=GF。在Rt△ECG中,CF= EG=GF,∵BC=10,AB=5,F为AD的中点,∴DF=DC,∴∠AEF=∠G=∠DCF=∠DFC,∴∠EFC=∠G+∠DCF=2∠AEF,∴∠EFD=3∠AEF。因此,存在正整数k=3,使得∠EFD=3∠AEF。
  解法2构造另一个三角形(中考标准答案)
  思路分析:通过第一种证明方法的引入和分析,这个时候就能够启发学生,是否有另一种方法来构造全等三角形来进行证明?通过引导学生,可以发现通过一边进行延长,构成另外一个全等三角形,即连接CF并延长交BA的延长线于点G,很快证明出来。
  证明:连接CF并延长交BA的延长线于G(见图5),∵F是AD的中点∴AF=FD。在平行四边形ABCD中,AB∥CD,∴∠G=∠DCF。在△AFG与△DFC中,∵∠G=∠DCF,∠AFG=∠DFC,AF=DF,∴△AFG≌△DFC(AAS)∴CF=GF,AG=CD。∵CE⊥AB,∴∠CEG=90°∴EF=GF(直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半),∴∠AEF=∠G。∵AB=5,BC=10,点F是AD的中点,∴AG=5,AF= AD= BC=5,∴AG=AF,∴∠AFG=∠G。在△AFG中,∠EFC=∠AEF+∠G=2∠AEF,又∵∠CFD=∠AFG,∴∠CFD=∠AEF,∴∠EFD=∠EFC+∠CFD=2∠AEF+∠AEF=3∠AEF。因此,存在正整数k=3,使得∠EFD=3∠AEF。
  反思:在复杂的几何图形中,分解出基本的简单图形,在已有基本图形中寻找出基本元素及其关系的能力,而对于这些基本图形的补全,恰恰是做辅助线的思维出发点。它们的性质是解题的突破口,让学生感悟到补全基本图形,辅助线就是水到渠成,从而解有所获,因此分离基本图形非常重要,每一个知识点都让学生学透,这样综合效果就会比较好。
  解法3构造菱形
  思路分析:通过观察图形发现已经有平行四边形了,那么,我们能不能够通过构造出特殊的四边形,来证明这道题。当发现FD和DC都等于5的时候,很容易会想到构造菱形。然后,继续引导学生,菱形有什么性质,通过边、角、对角线进行分析和论证这些性质的生成,当然用大家熟悉的全等三角形去证明,是显而易见的。由于在第一种方法证明的时候,运用了三角形中位线的证明其实对这一道题也是有很大的启发。通过观察可以发现H也是EC的中点,而且FH垂直EC,也是很快证明出结论。
  证明:过点F作FG∥AB(见图6),∴AB∥FG∥DC。∵F是AD的中点,∴G是BC的中点,H是EC的中点,∴EH=CH。∵CE⊥AB,∴CE⊥FG,∴FG是EC的垂直平分线,∴∠EFG=∠CFG=∠AEF.又∵FGCD是菱形,∴∠CFD=∠CFG=∠AEF,∴∠EFD=∠EFG+∠CFD+∠CFG=3∠AEF。因此,存在正整数k=3,使得∠EFD=3∠AEF。
  3.解题心得
  任何知识都有其存在的背景,这种背景是知识赖以形成和发展的土壤。在特定的背景下,知识的形成和发展有其自身的规律。几何知识的学习需要经历知识的形成和知识的应用两个基本阶段,在解题的时候,需要启发学生提取已有的知识经验,和多边形学习中运用,对角线的经验,让学生自主地提取,与任务相关的经验,来分析问题和解决问题,并在证明之后通过反思总结来强化这种经验。当我们在研究几何证明题时,设计意图,从图形结构出发,体会图形性质,是图形构成要素和相关要素在图形变化下的不变特征,把选择性注意聚焦到题目的需求当中。因此在教学中,要突出演绎法,着重引导学生运用推理几何的方法探索证明和应用性质定理,发展逻辑思维能力,用观察归纳,建立知识之间的联系,强化知识的生成过程,实现系统化,着重解题规律总结,提炼核心规律。提升是在学生领悟的基础上的知识生命的拓展,通过对现有知识的成功领悟,让学生的求知欲望,探究的情神得到张扬和发挥[5]。
  三、一题多解应用过程中需要注意的问题
  1.选择相关的例题,多让学生进行解题过程的练习
  人才培养的最高目标在于培养他们的创造能力和创新意识。学数学的本质是什么?学数学的本质是提升思维能力,而不是应付考试。如果能把学数学的观点改为思维能力,那就可以把知识彻底学通,把题目彻底做通,在提高成绩的同时,还锻炼了思维能力,对以后的学习、甚至是对以后的人生也是受益匪浅的[6]。在初中数学一题多解教学过程中,教师可以选择相关的例题,让学生尽可能多地进行解题过程的练习。在教学过程中需要注意两个方面:一方面,要求学生的解题方法必须是由常规解法到新颖的解法,要由浅入深,循序渐进地加快解题的速度,逐步提高解题的水平。另一方面,面对同一道题,要看谁想出的解题方法最多。实践证明,面对一道数学题,学生的解法越多,思路则越加开阔。在一题多解教学过程中,教师可以启发学生从多个角度来思考,也可以启发学生依据题意,从多个角度对题目中的已知条件进行表达,从而达到开阔思路的目的。
  2.采用提问式教学,启发学生进行一题多解的思考
  万变不离其宗,只要把其中的道理搞明白,一理通而百理明。同理,数学题目也是有规律的,要深入题目的本质,找到题目的规律,做通一题一片题都会了[7]。在初中数学课堂教学中,教师还可以采用提问式启发学生进行一题多解的思考。由于时间限制,面对一道题目,学生只需要阐述自己的解题思路即可,这样有利于老师迅速地了解学生的思维状态,从而对其进行正确的引导,帮助学生主动寻找出多种解题方法。比如,在解题过程中,教师可以启发学生,根据题目已知条件,进行未知数的设置,然后列出方程式,同时,也可以启发学生根据题目已知条件进行逆向思维,通过一正一反的解题方法来启发学生的思维方式,这也是一题多解的典型体现。
  四、结语
  真正的学习有两个关键要素:一是万变不离其中,二是通过多种解法发现规律。紧扣问题、探索过程、归纳性质是发现方法的桥梁,是产生解题灵感的素材,数学的一题多解教学必须紧紧围绕这一素材,才能合乎数学思维的发展规律,有效激发数学教学的创新理念[8]。教师应该引导学生从不同角度分析问题,找出不同的解题思路,引导的方式也是多种多样的,既可以可以采用口述,也可以要求学生书写解题过程。无论采用何种方式,最后教师都需要对多种解题思路的优点和缺点进行总结,回归知识的生成,鼓励学生继续开阔思维,寻求更多解题思路。
  参考文献:
  [1]马娇娇,侯万胜.在初中数学一题多解中培养学生的数學思维的探讨[J].中华少年.科学家,2016,12:169-170.
  [2]张唯.培养多变思维,实施一题多解教学[J].中学课程资源,2013,10:28-28.
  [3]陈峰.“一题多解”是提高初中数学教学有效性的“催化剂”[J].中学数学研究(华南师范大学):下半月,2017,9:22-25.
  [4]李文斌.从初中数学的一题多解谈培养中学生创新思维能力[J].中国校外教育:中旬,2010,1:54-54.
  [5]陶强绪.“一题多解”法在初中数学中的运用[J].教育科学(全文版),2017,03(05):00068-00068.
  [6]吴美娟.开拓思路,一题多解——初中数学教学设计分析[J].数学教学通讯,2017,17:60-60.
  [7]吴美娟.开拓思路,一题多解——初中数学教学设计分析[J].数学教学通讯,2017,17:60-60.
  [8]罗淬.“一题多解”在初中数学教学中的应用实践[J].《教育(文摘版),2017,10(03):00111-00111.
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