◎程燕飛 (內蒙古師范大學附屬第二中學,內蒙古 呼和浩特 010070)
“導數(shù)”部分的內容可以貫穿于對各類函數(shù)的探究中,是幫助學生研究函數(shù)變化的一個重要指標.而函數(shù)又是高中數(shù)學知識內絕對的重點與難點,為此學好導數(shù)的重要性是顯而易見的.當前在針對導數(shù)部分內容展開教學時,部分教師仍然采用著傳統(tǒng)單一的教學模式,導致學生學習該部分內容時的效率和質量極為低下.為此,當下探究出基于高考背景下針對導數(shù)部分教學方法與策略的任務極為緊迫.
如今針對“導數(shù)”部分教學時,經常是重應用、輕概念.即教師有針對性地講解不同函數(shù)的求導方法,如冪函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、三角函數(shù)等,但是針對概念和推導經常是一帶而過.學生因此對導數(shù)的概念理解不深,這樣所導致的后果就是學生針對稍微綜合點的題目就會沒有思路,從而白白丟掉應得的分數(shù).為此教師應對導數(shù)的概念給予應有的重視.
對于綜合性、關聯(lián)性非常強的高中數(shù)學,明確概念定義是學生學好知識的“根”,其他任何的解題方法與技巧都是由這個根生長出來的.為此,教師在針對“導數(shù)”部分內容展開教學時,第一步就是要帶領學生理解“什么是導數(shù)”.導數(shù)的定義分為兩種,一種是常規(guī)的導數(shù)的概念定義,一種是便于學生理解的幾何定義.首先,教師利用大量的實例分析,經歷由平均變化率過渡到瞬時變化率的過程,介紹導數(shù)概念的實際背景,從而讓學生理解導數(shù)的定義,在此期間高中學生沒有系統(tǒng)學習過“極限”的概念,則需教師認真耐心講解,一遍不行就兩遍,兩遍不行就三遍,通過網絡教學以及小組討論的形式幫助學生理解記憶,讓學生充分深入理解消化.之后教師利用函數(shù)圖像,讓學生直觀地理解導數(shù)的幾何意義,即明確“導數(shù)就是某曲線在曲線上某點處的斜率”,體會化曲為直的極限思想.在此期間教師可通過畫一個簡單的一元二次函數(shù)圖像來為學生解釋,幾何意義相較于常規(guī)的概念定義要容易理解一些.最后更為重要的是,對于簡單函數(shù)的求導公式,教師需要求學生通過定義推導出來,并且可類推一般多項式函數(shù)的導數(shù)公式,體會由特殊到一般的思想,這是幫助學生掌握導數(shù)定義的最后一道保險.當然在教學過程中,教師要讓學生明白利用導數(shù)的知識可以解決哪些問題,進而激發(fā)學生的學習興趣.
導數(shù)作為研究不同函數(shù)變化的重要工具,其所研究的方向也各種各樣.為此,一個清晰明確的學習思路是學生學好導數(shù)的重要法寶,更是徹底攻克導數(shù)的有效途徑.而思維導圖就是幫助學生理清學習思路,劃分知識類別的重要工具.學生在思維導圖中能夠清晰明了地理解不同知識點間的聯(lián)系與區(qū)別,從而實現(xiàn)對知識的靈活綜合的掌握與應用.
教師可以通過思維導圖幫助學生總結出具體的題型類別和解題方法.例如,針對單調性,教師可總結出導數(shù)大于等于零時函數(shù)單調遞增,導數(shù)小于等于零時函數(shù)單調遞減,繼而教師再給出幾道典型的例題幫助學生加深記憶.針對函數(shù)的極值與最值,教師可總結出導數(shù)為零時的點是否為函數(shù)的極值點,而最值的求法要著眼于導數(shù)為零的點和區(qū)間端點,求出對應的函數(shù)值,比較大小得出最大值點和最小值點.針對與導數(shù)幾何意義相結合的求切線方程(切點坐標、切線斜率),教師則要要求學生要先通過求導公式求出在切點處的導數(shù)值即為斜率,之后結合斜率和點坐標求出切線方程.針對通過導數(shù)圖像求函數(shù)圖像的題型,教師要告知學生不要混淆二者的定義,要結合導數(shù)圖像,來判斷函數(shù)斜率的大小繼而判斷函數(shù)圖像的增減程度,最終畫出函數(shù)圖像.教師要利用思維導圖將與導數(shù)有關的所有知識和考點詳細分類,之后讓學生逐個攻克,這樣可極大提升學生的學習質量和效率,與此同時,還可方便學生在今后快速找到自己的薄弱點,進行有針對性的復習與回顧.
導數(shù)在高中數(shù)學知識中被稱為重難點是絕對不可否認的事實.因為導數(shù)不但自身知識點眾多,它還具有連接性強的特點.即它可與其他各類知識進行結合,從而實現(xiàn)一道題考出多個知識點.在新課改后國家大力倡導培養(yǎng)學生對知識的綜合運用能力的背景下,今后的高考題型更為綜合與全面是不可改變的大趨勢.本地高考數(shù)學試題往往是用導數(shù)題來做壓軸題的.比如,針對一道導數(shù)部分的題,在教學過程中,教師該如何引導才能攻克難點?
例1[2018 全國Ⅱ卷21(1)題]已知函數(shù)f(x)=exax2.若a=1,證明:當x≥0 時, f(x)≥1.
盯住問題:a=1 時,證明:當x≥0 時, f(x)≥1,即當x≥0 時f(x)=ex-x2≥1.
根據(jù)函數(shù)性質及已有經驗,嘗試考慮1=f (?)= f (0),這樣解決問題的思路就清晰了,需要證明f(x)=ex-x2在[0,+∞)是增函數(shù),或f(x)在[0,+∞)的最小值為f(0).這樣要解決這個問題就會自然想到導數(shù)這個工具,
即證f′(x)=ex-2x >0 在[0,+∞)成立或討論其單調性.
這時我們繼續(xù)按剛才的函數(shù)性質考慮,問題又變成了證明函數(shù)f′(x)=ex-2x 在[0,+∞)單調遞增或求其最小值大于0;也就是要證f′(x)=ex-2x>0 在[0,+∞)上成立或求其在[0,+∞)的最小值,這時已經到了最熟悉的函數(shù),顯然問題得到解決.
本例的教學過程,教師可如上逐步引導學生思考,同時教會學生審題之后該如何思考解題的思路.在教學中教師除了落實“四基四能”外,還要讓學生會思考、會分析問題、解決問題.
例2
(1)求函數(shù)f(x)的極值、最值與單調區(qū)間;
(2)如果x∈[a+1,a+2]時,總有|f′(x)|≤a,求a 的取值范圍.
針對這道題,第一問對于學生而言就是單純地考導數(shù)的應用.在求導時注意不要出錯,無論帶參數(shù)與否,都是實數(shù),就看成固定值,之后按照常規(guī)的解題方法來解即可.值得注意的就是解一元二次方程時要細心.針對第二問,如果學生初次接觸此題,定然是不容易找到思路的,因為其中不但有參數(shù)而且涉及取值范圍,還有絕對值不等式等知識,會使其思維產生混亂.為此,教師可通過微課視頻來展開教學,即通過自行錄制或是引用其他教師的精煉講解視頻,將解決該題第二問的要點點明,首先該題是關于導數(shù)的變化的,因此就要避免研究f(x),否則必然混淆學生解題思路.之后要明確2a<a+1 并且導數(shù)圖像在[a+1,a+2]上是單調遞減的,最后也是最重要的就是教師要告知學生,|f′(x)|≤a 也就相當于在對應區(qū)間上的導數(shù)的最大值和最小值的絕對值都要小于a,繼而解不等式組,求出區(qū)間.整個過程利用微課視頻會很快讓學生理解,之后教師要為學生多準備幾道該類題讓學生練習,加深理解.現(xiàn)在網絡教學以及微課顯得尤為重要.
在導數(shù)與不等式的綜合知識考查中,尤其是利用導數(shù)證明不等式的問題中還有一類方法不容忽視,那就是放縮法,其中常見的放縮有sin x≤x (x≥0),ex≥x+1,ln x≤x-1等,教師可以借助計算機將這幾類函數(shù)的圖像繪制出來,讓學生理解并記住就相對容易一些.
例3已知函數(shù)
(1)若函數(shù)f(x)的最小值為2,求a 的值;
解題分析的定義域為(0,+∞),且
若a≤0,則f′(x)>0,于是f(x)在(0,+∞)上單調遞增,故f(x)無最小值,不合題意.
若a>0,則當0<x<a 時,f′(x)<0;當x>a 時,f′(x)>0.
故f(x)在(0,a)上單調遞減,在(a,+∞)上單調遞增,
于是當x=a 時,f(x)取得最小值ln a,由已知得ln a =2,解得a=e2.
(2)方法1:∵當x∈(0,π),且a =1 時,由(1)可知要證
只要證xex-sin x>0.利用導數(shù)這個工具求函數(shù)y =xexsin x 的最小值大于0 或判斷函數(shù)y=xex-sin x 在x∈(0,π)單調遞增,y>y(0)即可.
方法2:在方法1 的基礎上利用sin x<x(x>0),進行放縮,那么要證只要證即證ex>1,由于x∈(0,π),所以ex>1 顯然成立.
方法3:在上面兩方法的基礎上利用ex>x+1(x>0)進行放縮,那么要證
在本題中,部分學生使用ln x≤x-1 進行放縮,錯解如下:要證
在這一步的操作上就發(fā)生了錯誤,在放縮的應用過程中,要遵守不等式的傳遞性,
即a>b,b>c,則a>c.
本文通過具體的實例,認識導數(shù)的工具性及導數(shù)與其他問題的聯(lián)系,感受導數(shù)在解題中的作用和魅力.同時使學生在解題過程中,逐步養(yǎng)成扎實嚴格、實事求是的科學態(tài)度,從而真正攻克導數(shù)部分重點和難點題型.
綜上所述,高中數(shù)學中的導數(shù)部分是廣大教學團體教學的重點與難點,只要教師結合當下的教育大趨勢,命題的新方向,以及學生的學習特點,不斷地探究與創(chuàng)新,一定能夠輕而易舉地幫助學生攻克“導數(shù)”這部分知識,為其未來的學習打下堅實的基礎.