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        數(shù)學美在數(shù)學教育中的案例

        2014-04-29 00:00:00陳鳳
        儷人·教師版 2014年8期

        數(shù)學語言包含文字、符號、圖形三種,是在數(shù)學思維中產(chǎn)生和發(fā)展的,又是數(shù)學思維不可缺少的重要工具。在一定意義上,“數(shù)學教學就是數(shù)學語言的教學”。圓錐曲線教學圓錐曲線(橢圓、雙曲線、拋物線三種曲線)是中學數(shù)學的重要內(nèi)容之一。作為語言的載體,圓錐曲線語言呈現(xiàn)出文字語言美、符號語言美、圖形美三方面。

        1.文字表述美

        圓錐曲線中對概念、性質的表述,文字準確、簡明,體現(xiàn)了數(shù)學的簡潔美。如,橢圓的定義簡練、嚴謹,內(nèi)涵豐富,一字之差則情況相差萬里。若無“在平面內(nèi)”則形成一個橢球;而無“大于 ”則形成線段或作不出任何圖形。每詞、每句相互作用、聯(lián)系,構成了其定義的完美描述,是數(shù)學的簡潔美的充分體現(xiàn)。用凝練的語言概括出豐富的內(nèi)容,外表簡單而內(nèi)在意義深遠,這也是數(shù)學語言形式美與內(nèi)在理性美的表現(xiàn)。

        2.符號語言美

        橢圓與雙曲線的標準方程具有簡單整齊之美,而拋物線標準方程則出現(xiàn)了奇異美(不是關于x,y的二次方程)。又如雙曲線概念的集合語言表示為:

        言簡意賅,精煉準確。離心率 把三種圓錐曲線的幾何共性統(tǒng)一起來,通過極坐標方程 將圓錐曲線的方程統(tǒng)一了起來,表現(xiàn)出外在形式的極為簡潔性。

        3.圖形語言美

        圓錐曲線的圖形具有簡明性、對稱性、概括性和趣味性。三種曲線都可用實物操作得到,也可演示相關的課件,形象、直觀,妙趣橫生。比如,雙曲線的漸進線宛如一雙蝴蝶的翅膀從天邊而來又飛向天邊去—欲達而不能,這不知會激起多少學子的遐思邇想;此時再看橢圓和拋物線,又會讓你心胸開闊,都關于坐標軸及原點對稱,具有對稱美,拋物線則只關于一條坐標軸對稱,奇異美更顯突兀。

        4.方法美、邏輯美

        圓錐曲線以坐標為出發(fā)點,以曲線的方程和方程的曲線為源泉,澆構了幾何與代數(shù)緊密結合的解析幾何的藝術精品,使學生進入到形中有數(shù),數(shù)中有形的數(shù)學美境;其又以定義和性質為重點,以靈活應用為最終目的,知識脈絡清晰,錯落有致,系統(tǒng)有序,對問題的研究抓住重點,類比展開,終以 統(tǒng)攝全局,使圓錐曲線形成了不可分割的統(tǒng)一體,充分展現(xiàn)了其知識結構的和諧美、邏輯美。數(shù)學是客觀世界經(jīng)過人類精神加工的理性創(chuàng)造物。源于數(shù)學美的考慮,在求曲線的方程時,建立的坐標系都對稱和諧,受數(shù)學美的驅使。在推導雙曲線的方程時,首先得到:

        這是雙曲線的方程。但因為它不符合數(shù)學美的要求,因此,必須進一步簡化,得到,①

        將兩邊平方整理得: ,該式雖比前一式簡潔多了,但還未能達到數(shù)學美的最高境界。故想到補美的思想,令 ,且b>0,則有:

        同時,①式也可以變形為:

        這樣就把雙曲線的兩種定義聯(lián)系起來了,體現(xiàn)了數(shù)學美的方法功能,反映出統(tǒng)一美和邏輯美,這也是人的本質力量的再現(xiàn)??梢?,教學中善于挖掘數(shù)學美,積累數(shù)學美的素材,豐富學生數(shù)學美的體驗和情感,具有優(yōu)化教學、促進學生素質發(fā)展的重要教育價值。但這也對教師提出了很高的要求,教師必須加強美學修養(yǎng),科學設計教學過程。如對橢圓標準方程的推導,從坐標系的建立到標準方程的形成,處處都閃耀著數(shù)學美的思想,這就需要通過過程教學,在過程中讓學生體驗、感受數(shù)學美的真諦。否則,學生面對方程只會感到是一些符號的堆積。

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