筅安徽省靈璧第一中學(xué)鄭良
立足本質(zhì)促進(jìn)對(duì)話,深度發(fā)展提升智慧
——由一節(jié)二輪復(fù)習(xí)課引發(fā)的思考
筅安徽省靈璧第一中學(xué)鄭良
高三二輪復(fù)習(xí)如火如荼,結(jié)對(duì)的年輕教師C(第一次帶畢業(yè)班)向筆者傾訴其在二輪復(fù)習(xí)教學(xué)中的困惑:課堂上少數(shù)學(xué)生選擇自己做題而不聽課;教師若簡單地梳理思路并用多媒體展示答案收效甚微,若在黑板上完整板書浪費(fèi)時(shí)間,好像也沒有必要(學(xué)生手里有參考答案);簡單、中檔題教師不講學(xué)生也會(huì),難題教師講了學(xué)生還是不會(huì);二輪復(fù)習(xí)時(shí)間短(一個(gè)月左右),任務(wù)重(內(nèi)容多),如何做到(知識(shí)、思想方法、解題策略等)全面撒網(wǎng),重點(diǎn)捕捉等等.教師C的困惑反映了大多數(shù)教師復(fù)習(xí)備考時(shí)的迷茫:復(fù)習(xí)課,尤其是第二輪復(fù)習(xí)(一些學(xué)校還有第三輪復(fù)習(xí))的抓手在哪里?如何提高復(fù)習(xí)課教學(xué)效率?筆者觀摩了教師C以“導(dǎo)數(shù)與函數(shù)的單調(diào)性、極值、最值”為題的二輪專題復(fù)習(xí)課,下面談?wù)劰P者對(duì)問題的理解,并給出教學(xué)思考.
例1(2016年高考數(shù)學(xué)天津卷理科第20題)設(shè)函數(shù)f(x)=(x-1)3-ax-b,x∈R,其中a,b∈R.
(1)求f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)若f(x)存在極值點(diǎn)x0,且f(x1)=f(x0),其中x1≠x0,求證:x1+2x0=3;
(3)設(shè)a>0,函數(shù)g(x)=|f(x)|,求證:g(x)在區(qū)間[0,2]上的最大值不小于
學(xué)科組統(tǒng)一的學(xué)案在上課前1-2天發(fā)給學(xué)生,供學(xué)生獨(dú)立思考、合作交流.學(xué)生思考(實(shí)則是對(duì)解答過程的回憶)約兩分鐘后,教師引導(dǎo)學(xué)生回顧判斷函數(shù)單調(diào)性的步驟與作用、函數(shù)的極值與最值的概念、確定函數(shù)在閉區(qū)間上最值的方法,啟發(fā)學(xué)生思考為什么要對(duì)參數(shù)進(jìn)行討論?如何確定參數(shù)的分類標(biāo)準(zhǔn)?問題的解答展示如下:
解:(1)由f(x)=(x-1)3-ax-b,得f′(x)=3(x-1)2-a.下面分兩種情況討論:
①當(dāng)a≤0時(shí),f′(x)≥0恒成立,所以f(x)的單調(diào)遞增區(qū)間為(-∞,+∞),無單調(diào)遞減區(qū)間.
當(dāng)x變化時(shí),f′(x),f(x)的變化情況如下表:
姨x-∞,1-3a% 331-3a%姨姨3,1-3a% 3 331+3a%姨姨331+3a%姨31+3a% 33 3,+∞f′(x)+0-0+ f(x)單調(diào)遞增極大值單調(diào)遞減極小值單調(diào)遞增
(2)證法1:f(x)存在極值點(diǎn),由(1)知,a>0,且x0≠1,由題意,得f(′x)0=3(x0-1)2-a=0,即(x0-1)2=,進(jìn)而(fx)0=
又(f3-2x0)=(2-2x0)3-a(3-2x0)-b=(1-x0)+2ax0-3a-b=-x--b=(fx),且3-2x≠x,由題意及(1)知,0000存在唯一實(shí)數(shù)滿足f(x1)=f(x0),且x1≠x0,因此x1=3-2x0,所以x1+2x0=3.
(3)證法1:設(shè)g(x)在區(qū)間[0,2]上的最大值為M,max{x,y}表示x,y兩數(shù)的最大值.下面分三種情況討論:
綜上所述,當(dāng)a>0時(shí),g(x)在區(qū)間[0,2]上的最大值不小于.
點(diǎn)評(píng):第(2)問證法1逆用函數(shù)f(x)的單調(diào)性建立自變量的值x1與x0的關(guān)系.第(1)問確定函數(shù)f(x)存在極值的條件及函數(shù)的極值點(diǎn),由于已知函數(shù)f(x)的解析式,故考慮代入求證,若解x1關(guān)于a的解析式,過程相對(duì)稍煩瑣,故嘗試消去a建立x1與x0的方程,即得(以x1為主元的)證法2.
證法2:由題意知,a>0,f′(x0)=0,即a=3(x0-1)2.
由(fx1)=(fx0),即(x1-1)3-ax1-b=(x0-1)3-ax0-b,
由x1≠x0,得
代入a=3(x0-1)2,整理得(x1-x0)[x1-(3-2x0)]=0.
因?yàn)閤1≠x0,所以x1=3-2x0,即x1+2x0=3.
函數(shù)f(x)=(x-1)3-a(x-1)-(a+b)的對(duì)稱中心為(1,-a-b).令h(x)=f(x+1)=x3-ax-(a+b),x∈[-1,1],則h(x)(x∈[-1,1])與f(x)(x∈[0,2])的值域相同.由函數(shù)圖像知,g(x)在[0,2]的最大值為慮函數(shù)的極值與區(qū)間端點(diǎn)函數(shù)值(極值點(diǎn)與區(qū)間端點(diǎn))的關(guān)系可知,參數(shù)a的分界點(diǎn)為3與,映射到函數(shù)h(x)自變量的值-1,1,-,.對(duì)應(yīng)到函數(shù)(fx)中,可得第(3)問證法2.
證法2:由f(2)=1-2a-b,f333=1-3a-b,f313=
(1)討論f(x)的單調(diào)性;
解:(1)(略).
點(diǎn)評(píng):第(2)問不等式的證明轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)函數(shù)在指定區(qū)間上的最值問題來解決.證法1利用兩個(gè)子函數(shù)g(x),h(x)的最小值來估計(jì)f(x)的范圍.為什么要如此結(jié)合?還能怎樣構(gòu)造局部函數(shù)?嘗試直接對(duì)欲證不等式的左右兩邊的函數(shù)求最值,得到證法2.
證法2分別確定函數(shù)f(x)與f′(x)在[1,2]上的最小值與最大值,相比證法1,證法2中f(x)-f′(x)的估值更精確,能否直接用作差法證明呢?得到證法3.
記p(x)=x4-x3-3x2-2x+6,x∈[1,2],p′(x)=4x3-3x2-6x-2.
令q(x)=4x3-3x2-6x-2,x∈[1,2],則q′(x)=12x2-6x-6,由q′(x)≥0在區(qū)間[1,2]上恒成立知,q(x)在區(qū)間[1,2]上單調(diào)遞增,且q(1)=-7,q(2)=6>0,所以存在x2∈[1,2],使得q(x2)=0.
當(dāng)x∈[1,x2]時(shí),p′(x)<0;當(dāng)x∈[x2,2]時(shí),p′(x)>0,即函數(shù)p(x)在[1,x2]上單調(diào)遞減,在[x2,2]上單調(diào)遞增,且p(1)=1>0,p(2)=-2<0,
所以存在x3∈[1,2],使得p(x3)=0,當(dāng)x∈[1,x3]時(shí),m′(x)>0;當(dāng)x∈[x3,2]時(shí),m′(x)<0,即函數(shù)m(x)在[1,x3]上單調(diào)遞增,在[x3,2]上單調(diào)遞減,且m(1)=2>0,m(2)=-ln2,而2>-ln2>,所以x∈[1,2]時(shí),m(x)≥-ln2>,即原不等式成立.
以上證明中,“設(shè)而不求”的量x0,x1,x2,x3均僅在判斷相應(yīng)函數(shù)單調(diào)性時(shí)搭橋鋪墊,無需對(duì)其所在的區(qū)間進(jìn)一步細(xì)化.證法3通過求f(x)-f′(x)的最小值,實(shí)現(xiàn)了計(jì)算的精確化.
例3設(shè)f(x)=(x+1)eax(其中a≠0),曲線y=f(x)在x=處有水平切線.
(1)求a的值;
(2)設(shè)g(x)=f(x)+x+xlnx,證明:對(duì)任意x1,x2∈(0,1),有|g(x1)-g(x2)| 解:(1)a=-2.(過程略) 記w(x)=xlnx,則w′(x)=1+lnx,由w′(x)=0,得x=,所以函數(shù)w(x)在上單調(diào)遞增,當(dāng)x∈(0,1)時(shí),w(x)<0,w(1)=0,w,所以 所以對(duì)任意x1,x2∈(0,1),|g(x1)-g(x2)|<2e-2+e-1. (兩個(gè)函數(shù)q(x),w(x)的上確界點(diǎn)相同,而下確界點(diǎn)與最小值點(diǎn)不同,等號(hào)不能成立) 點(diǎn)評(píng):證法1將函數(shù)g(x)分成兩個(gè)子函數(shù)q(x),w(x),分別求導(dǎo)得到函數(shù)的最值(或確界,=0),進(jìn)而估計(jì)函數(shù)值的范圍.不等式證明中要保證放縮的方向性(不等式的傳遞性)與精確度(解題方式方法的可行性).g(x)的兩個(gè)子函數(shù)q(x),w(x)的值域易求且恰好滿足結(jié)論,若將函數(shù)g(x)分拆為f(x)與h(x)=x+xlnx,其值域分別為范圍失控.嘗試把g(x)作為一個(gè)整體,直接探求其性質(zhì),得到證法2. 證法2:對(duì)任意x1,x2∈(0,1),有|g(x1)-g(x2)| (若g(x)在(0,1)內(nèi)存在最大值與最小值,否則用上確界與下確界來代替)由g′ 由g′(x0)=0,得 所以|g(x1)-g(x2)| g(x)在(0,1)上有最小值g(x0),不存在最大值(借助極限思想=1或符號(hào)法則,通過比較區(qū)間端點(diǎn)函數(shù)值確定其上確界),利用閉區(qū)間上連續(xù)函數(shù)的零點(diǎn)定理壓縮g′(x)的零點(diǎn)x0(確定值)所在區(qū)間的長度,即要控制好“x0的精度”,通過“設(shè)而不求”變換g(x0)的結(jié)構(gòu)形式,然后構(gòu)造函數(shù)u(t),利用函數(shù)u(t)的單調(diào)性估算g(x0)的值,繼而利用不等式的傳遞性進(jìn)行證明. 例4已知函數(shù)f(x)=aex+(2-e)x(a為實(shí)數(shù),e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù)),曲線y=f(x)在x=0處的切線與直線(3-e)xy+10=0平行. (1)求實(shí)數(shù)a的值,并判斷函數(shù)f(x)在區(qū)間[0,+∞)內(nèi)的零點(diǎn)個(gè)數(shù); (2)證明:當(dāng)x>0時(shí),f(x)-1>xln(x+1). 解:(1)a=1,函數(shù)f(x)在區(qū)間[0,+∞)內(nèi)無零點(diǎn).(過程略) (2)證法1:當(dāng)x>0時(shí),f(x)-1>xln(x+1)等價(jià)于 即證:當(dāng)x>0時(shí),ex-x2+(2-e)x-1≥0.① 設(shè)h(x)=ex-x2+(2-e)x-1,則h′(x)=ex-2x+2-e. 設(shè)φ(x)=ex-2x+2-e,則φ′(x)=ex-2,當(dāng)x∈(0,ln2)時(shí),φ′(x)<0,當(dāng)x∈(ln2,+∞)時(shí),φ′(x)>0,所以φ(x)在區(qū)間(0,ln2)上單調(diào)遞減,在區(qū)間(ln2,+∞)上單調(diào)遞增. 又φ(0)=3-e>0,φ(1)=0,0 所以存在x0∈(0,ln2),使得φ(x0)=0,當(dāng)x∈(0,x0)∪(1,+∞)時(shí),φ(x)>0;當(dāng)x∈(x0,1)時(shí),φ(x)<0. 所以h(x)在區(qū)間(0,x0)上單調(diào)遞增,在區(qū)間(x0,1)上單調(diào)遞減,在區(qū)間(1,+∞)上單調(diào)遞增.又h(0)=h(1)= 0,所以,當(dāng)x>0時(shí),h(x)≥0,當(dāng)且僅當(dāng)x=1時(shí),等號(hào)成立,即①式成立. 綜上所述,當(dāng)x>0時(shí),f(x)-1>xln(x+1). 點(diǎn)評(píng):不少學(xué)生在第(1)問中沒有檢驗(yàn)直線的平行性,說明學(xué)生對(duì)兩條直線的平行關(guān)系認(rèn)識(shí)不到位.第(2)問通過恒等變形,借助常用結(jié)論ln(x+1) 證法2:當(dāng)x>0時(shí),欲證f(x)-1>xln(x+1), 即證ex+(2-e)x-1>xln(x+1). 先證:ex>+x+1(x>0). 記m(x)=ex--x-1(x>0),則m(′x)=ex-x-1. 記n(x)=ex-x-1,n′(x)=ex-1,則n(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增, 所以n(x)>n(0)=0,函數(shù)m(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增,m(x)>m(0)=0,即ex>+x+1(x>0). ex+,只需(x)在(0,1)上單調(diào)遞減,在(1,+∞)上單調(diào)遞增,所以0,即ex+(2-e)x-1>+(3-e)x>xln(x+1),即當(dāng)x>0時(shí),f(x)-1>xln(x+1). 證法3:先證:ex>+x+1(x>0), 則ex+(2-e)x-1>+(3-e)x. 因?yàn)閘n2<0.7,e<2.8,所以ln2+e<3.5,即ln2-<3-e,因?yàn)閤>0,所以有≤ln2-≤x<(3-e)x,故有xln(x+1)≤ 故原不等式成立. 證法2利用ex的泰勒展開式進(jìn)行放縮,即在f(x)-1與 xln(x+1)之間插入“隔離函數(shù)”y=+(3-e)x,證法3以 Φ(1)=0為切入點(diǎn),利用函數(shù)y=ln(x+1)的凹凸性,在+(3-e)x與xln(x+1)之間插入“隔離函數(shù)”y=x2+.本題若用直接作差法證明,則對(duì)差函數(shù)的導(dǎo)數(shù)零點(diǎn)的精度要求高而難以實(shí)施. 1.教學(xué)張弛有度,貴在常變常新 知識(shí)與課程不會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的素養(yǎng),學(xué)生(核心)素養(yǎng)的培育必須借助知識(shí)的內(nèi)化過程.教學(xué)過程是一種特殊的認(rèn)識(shí)過程,也是一個(gè)促進(jìn)學(xué)生身心發(fā)展的過程.在教學(xué)過程中,教師有目的有計(jì)劃地引導(dǎo)學(xué)生能動(dòng)地進(jìn)行認(rèn)識(shí)活動(dòng),循序漸進(jìn)地掌握學(xué)科知識(shí)與基本技能,以促進(jìn)學(xué)生知情和諧發(fā)展.教之道在于“度”,學(xué)之道在于“悟”.教什么,教到什么程度,是教師必須思考并準(zhǔn)確實(shí)施的問題.問題沒有難度,學(xué)生沒有主動(dòng)思維(機(jī)械思考應(yīng)對(duì)),缺乏挑戰(zhàn)性導(dǎo)致學(xué)生疲倦,挫傷學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性;問題難度過大,學(xué)生絞盡腦汁思考卻勞而無獲導(dǎo)致學(xué)生知難而退,扼殺學(xué)生學(xué)習(xí)自信心.教師在理解數(shù)學(xué)、理解教學(xué)、理解學(xué)生的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)教學(xué),促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)(深刻地把握學(xué)習(xí)內(nèi)容,深度地參與學(xué)習(xí)過程,學(xué)習(xí)就是學(xué)生與數(shù)學(xué)本質(zhì)的逐步對(duì)話的過程).眾所周知,知識(shí)的本質(zhì)并不在于它的確定性和穩(wěn)定性,而在于它的發(fā)展性和不斷的變化性.復(fù)習(xí)課遭遇內(nèi)容學(xué)生熟知、方法學(xué)生耳熟能詳?shù)惹闆r,教師更要明確教學(xué)目標(biāo),聚焦教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn),在問題的關(guān)鍵處給出自己獨(dú)特的見解.試想,老生常談、千篇一律的說教沒有文本詳盡,比不上搜題工具的解答精彩,怎么可能激發(fā)學(xué)生的興趣!通過變式、改編、整合等不同的方式提高學(xué)生對(duì)知識(shí)、思想方法、解題策略等的認(rèn)知與理解.如例1第(2)問證法2(主元法)反映了對(duì)稱與非對(duì)稱的辯證統(tǒng)一,第(3)問證法2以靜制動(dòng)(運(yùn)動(dòng)中的不變性)深化了學(xué)生對(duì)函數(shù)最值概念的理解,能培養(yǎng)學(xué)生仔細(xì)審題與深刻反思的良好習(xí)慣.專題設(shè)計(jì)一脈相承,思維水平逐步遞進(jìn).例1操作煩瑣,通性通法思維要求不高,例2第(2)問入口較寬,局部法與整體法均可,“設(shè)而不求”簡單過渡,例3第(2)問局部法與整體法要求精細(xì),凸顯思維的高層次性,例4第(2)問關(guān)卡重重,需要學(xué)生思維靈動(dòng),富有創(chuàng)新性. 2.積累活動(dòng)經(jīng)驗(yàn),優(yōu)化思維品質(zhì) 數(shù)學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn),是指學(xué)習(xí)者參與數(shù)學(xué)活動(dòng)的經(jīng)歷以及在數(shù)學(xué)活動(dòng)過程中所形成的感性認(rèn)識(shí)、情緒體驗(yàn)和觀念意識(shí);在進(jìn)一步的數(shù)學(xué)活動(dòng)中能生長為較高層次的活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)或知識(shí)與技能的數(shù)學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn),則是基本活動(dòng)經(jīng)驗(yàn).[1]新授課帶給學(xué)生的認(rèn)知往往是膚淺的,給予學(xué)生的活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)常常是零散的;復(fù)習(xí)課要有目的地實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)內(nèi)容認(rèn)識(shí)的深化,活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)理解的整體化.以解題教學(xué)為切入點(diǎn)的復(fù)習(xí)課教學(xué),解題的目的是什么,通過教學(xué)學(xué)生要達(dá)成什么目標(biāo)等等.因此,教師選擇的題目應(yīng)該具有強(qiáng)烈的訓(xùn)練意圖和思維標(biāo)志.通過訓(xùn)練,幫助學(xué)生喚起對(duì)典型問題的記憶,聯(lián)想相關(guān)的數(shù)學(xué)概念、思想方法和解題經(jīng)驗(yàn),形成主動(dòng)歸納的意識(shí),促進(jìn)數(shù)學(xué)知識(shí)的遷移和解題經(jīng)驗(yàn)的積累.教師應(yīng)在“微專題”的核心精要處進(jìn)行點(diǎn)撥,實(shí)現(xiàn)學(xué)生數(shù)學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)的提升,思維品質(zhì)的優(yōu)化.如通過例2,學(xué)生強(qiáng)化了局部與整體觀念,加深了對(duì)“設(shè)而不求”方法的理解,提高了思維的廣度與深度;通過例3證法2,提高學(xué)生的估算意識(shí)、計(jì)算與推理能力.通過例4,學(xué)生明晰不等式證明中的邏輯關(guān)系,提高了對(duì)代數(shù)變形的理解(因何而變,變向何方,如何調(diào)整)等.又如,2016年高考數(shù)學(xué)四川卷理科第21題:設(shè)函數(shù)f(x)=ax2-a-lnx,其中a∈R. (1)討論f(x)的單調(diào)性; 第(2)問可利用必要性解題策略優(yōu)化解題過程:f(x) >-e1-x在區(qū)間(1,+∞)內(nèi)恒成立,即g(x)=ax2-ax-lnx-+e1-x>0在區(qū)間(1,+∞)內(nèi)恒成立.由g(1)=0,且g(x)為連續(xù)函數(shù),則存在δ>1使得g(x)在區(qū)間(1,δ)內(nèi)不減,故g′(x)≥0在區(qū)間(1,+∞)內(nèi)恒成立,由g(x)為連續(xù)函數(shù)知,必有g(shù)(′1)=2a-1≥0,解得a≥. 3.提升理性素養(yǎng),形成精準(zhǔn)定位 數(shù)學(xué)學(xué)科聚焦思維,特別是邏輯思維、理性思維,理性精神,在培養(yǎng)學(xué)生的理性精神上做主要貢獻(xiàn).數(shù)學(xué)是人類生命高水平活動(dòng)的真實(shí)記錄和表現(xiàn)形式,但離不開感性,但最終要回歸到理性.教學(xué)過程中,先有感性后有理性更有利于認(rèn)識(shí).精準(zhǔn)是數(shù)學(xué)科學(xué)的主要特征.張奠宙教授認(rèn)為:現(xiàn)代公民的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng),可以界定為“精準(zhǔn)智能思維與行為的養(yǎng)成”.所謂精準(zhǔn),包括:“觀測精準(zhǔn)”“量化精準(zhǔn)”“算法精準(zhǔn)”“模型精準(zhǔn)”,以及精準(zhǔn)美學(xué)的欣賞.[2]通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,形成精準(zhǔn)的判斷和決策是學(xué)生理性素養(yǎng)的重要體現(xiàn).如例1第(3)問證法2“f(2)-的得到與應(yīng)用(平均值原理);例3第(2)問證法2,少數(shù)學(xué)生存在理解困難,教師可用(結(jié)構(gòu)實(shí)體)隱喻(收入多算,支出少算,盈余增加)助其渡過難關(guān).又如題: (1)當(dāng)a=-1時(shí),求函數(shù)f(x)的最小值; (2)當(dāng)a≤1時(shí),討論函數(shù)f(x)的零點(diǎn)個(gè)數(shù). 第(2)問可對(duì)參數(shù)劃分,分別探求f(x)的性質(zhì),也可用分離參數(shù)法求解則,容易判斷x-2lnx+2>0,進(jìn)而確定函數(shù)g(x)的圖像與性質(zhì),結(jié)果一目了然.感性有余、理性不足的學(xué)生無視g′(x)的分子中的公因式,反復(fù)構(gòu)建函數(shù)與求導(dǎo),淪為缺乏數(shù)學(xué)模型的機(jī)械操作;而理性意識(shí)較強(qiáng)的學(xué)生求導(dǎo)時(shí)能聚焦任務(wù)(導(dǎo)函數(shù)的正負(fù)判斷原函數(shù)的增加)而不會(huì)產(chǎn)生滑過現(xiàn)象. 1.趙思林,趙緒昌.指向?qū)W生數(shù)學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)獲取的教學(xué)[J].教育研究與評(píng)論(中學(xué)教育教學(xué)版),2016(10). 2.張奠宙.解放思想,也來說說數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)[J].中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)參考(上旬刊),2017(4). 3.蔣燕.讓高三復(fù)習(xí)從“解題困惑”走向“自主理解”[J].中學(xué)數(shù)學(xué)(上),2017(1).二、教學(xué)思考