張享發(fā) 戴陳敏
【摘 要】本文闡明創(chuàng)課導學的課堂教學方法的內(nèi)涵,以“直線與雙曲線位置關(guān)系”為例,闡述創(chuàng)課導學的課堂教學方法的具體應(yīng)用,創(chuàng)設(shè)讓學生“再創(chuàng)造”的數(shù)學課堂,通過問題導向、實驗導學,把課堂的時間、空間、個性還給學生。
【關(guān)鍵詞】數(shù)學課堂 創(chuàng)課導學 再創(chuàng)造 問題導向 實驗導學
【中圖分類號】G ?【文獻標識碼】A
【文章編號】0450-9889(2020)04B-0109-03
荷蘭著名數(shù)學教育家弗賴登塔爾(1905—1990)認為:“數(shù)學教學方法的核心是學生的‘再創(chuàng)造?!彼J為在數(shù)學教學中,教師應(yīng)該提供適合作為知識載體的具體情境,使學生通過實踐探究,自己“再創(chuàng)造”出概念、法則、定理、公理等數(shù)學知識?!镀胀ǜ咧袛?shù)學課程標準(2017 年)》指出,現(xiàn)代信息技術(shù)要“致力于改變學生的學習方式,使學生樂意并有更多的精力投入到現(xiàn)實的、探索性的數(shù)學活動中去”。因此,在高中數(shù)學課堂教學中,如何創(chuàng)設(shè)適合學生“再創(chuàng)造”的教學環(huán)境,把課堂還給學生,讓學生真正成為課堂的主人,是擺在數(shù)學教師面前的新課題。
創(chuàng)課導學是基于廣西師范大學唐劍嵐博士數(shù)學實驗創(chuàng)課的觀點開展的課堂教學方法。依據(jù)高中數(shù)學創(chuàng)課導學的課堂教學方法,在日常的高中數(shù)學課堂教學中,借助信息技術(shù)、實物教具等實驗工具可以創(chuàng)設(shè)一個讓學生“再創(chuàng)造”的數(shù)學實驗環(huán)境,通過關(guān)鍵問題的導向,讓學生在動手“實驗”的過程中經(jīng)歷觀察、猜想、推理等科學方法,主動建構(gòu)數(shù)學模型,養(yǎng)成“用數(shù)學”的習慣,從而提升數(shù)學素養(yǎng)?,F(xiàn)以具體的教學案例對此進行闡述。
一、研究的主要問題
〖問題 1〗過點(0,1)可以作幾條直線與雙曲線 4x2-y2=4 有且只有一個公共點?
〖問題 2〗過點(0,1)的直線與雙曲線 4x2-y2=4 的交點有幾種情況?
〖問題 3〗若直線 l 過定點(,0),雙曲線:x2-2y2=2。(1)若直線 l 與雙曲線有且僅有一個公共點,求直線 l 的方程;(2)若直線 l 分別與雙曲線的兩支各有一個公共點,求直線 l 斜率的取值范圍。
二、重難點突破辦法
將教室虛擬為實驗室,借助圖形計算器、iPad、希沃電子白板等工具構(gòu)建實驗平臺,讓學生圍繞課堂核心問題,創(chuàng)設(shè)實驗。猜想交點的圖形特征,積累分析交點特征的實驗猜想經(jīng)驗。通過實驗平臺動手操作、合作探究、感悟思想、建構(gòu)知識。
三、教學模式
創(chuàng)課導學的基本模式是:問題—實驗—解惑。
四、教學過程
〖問題 1〗
[師]前面我們用什么方法判定直線與橢圓的位置關(guān)系?
[生]首先,幾何方法,通過圖象觀察交點個數(shù);其次,代數(shù)方法,聯(lián)立方程組分析根的個數(shù)。
[師]如何用幾何方法判斷過點(0,1)可以作幾條直線與雙曲線 4x2-y2=4 有且只有一個公共點?
〔學生活動〕大家都嘗試在紙上畫出過已知點的直線以及相應(yīng)的雙曲線的示意圖。由于多數(shù)同學所畫的雙曲線沒有突出雙曲線有兩條漸近線的圖形特征,因此通過示意圖很難直觀判斷交點情況。教師隨堂巡視,進行個別指導。
學生先在紙上徒手畫圖,發(fā)現(xiàn)無法準確判斷交點情況后,再借助圖形計算器或 iPad 進行探究求證。通過直線斜率的變化觀察直線與雙曲線的交點個數(shù)情況,找出符合條件的直線。充分交流后形成如下結(jié)論:
1.過點(0,1)的直線主要由斜率 k 決定。
2.當直線斜率 k 與雙曲線的漸近線不平行時,分別與左支、右支曲線各有 1 條直線滿足條件(通過圖形計算器、iPad,改變直線的斜率,觀察驗證)。
3.當直線斜率 k 與雙曲線的漸近線平行時,分別與左支、右支曲線各有 1 條直線滿足條件(通過圖形計算器、iPad,改變直線的斜率,觀察驗證)。
4.示意圖如圖 1 所示。
[師]利用代數(shù)方法求解時,能否分別求出這四條直線的斜率?
〔學生活動〕嘗試聯(lián)立直線與雙曲線的方程組進行求解,利用二次項系數(shù)等于零以及判別式等于零,分別求出對應(yīng)斜率的個數(shù),最后相互驗證幾何方法、代數(shù)方法所得出的結(jié)論。
歸納總結(jié):(1)過定點的直線,主要由斜率來確定位置,通過斜率的變化能形成直線束;(2)判斷交點個數(shù),先要明確直線斜率與雙曲線漸近線的位置關(guān)系;(3)聯(lián)立方程組既可以判斷交點個數(shù),又可以明確交點的坐標。
〖問題 2〗
[師]通過剛才的實驗,直線與雙曲線有哪幾種交點的情況?
[生]有三種情況,無交點,1 個交點,2 個交點。
[師]這三種情況下交點的分布有哪幾類?
[生]沒有交點,左支一個,右支一個,左支兩個,右支兩個,左右各一個。
實驗探究:過點(0,1)的直線與雙曲線 4x2-y2=4 的交點有幾種情況?請利用圖形計算器或 iPad 進行分析總結(jié):隨著直線斜率的變化,直線與雙曲線的交點的變化情況。記錄并填入下表,并用圖形計算器演示對應(yīng)的各種圖象。
〔學生活動〕利用圖形計算器或 iPad,通過改變直線的斜率,觀察交點的變化,并進行記錄。除了以上的只有一個交點的情況外,有兩個交點的情形分別是圖 3,圖 4,圖 5,沒有交點的情況如圖 2。
按照斜率從小到大的次序歸納 k 的取值范圍與交點個數(shù)的情況,如下:
過定點(,0)的直線 l 與雙曲線 x2-2y2=2 的各種交點的情況,可通過旋轉(zhuǎn)直線 l 來實現(xiàn)(如圖 6 所示)。
歸納總結(jié):根據(jù)圖形計算器圖象中交點的變化情況,可以發(fā)現(xiàn)交點個數(shù)按逆時針旋轉(zhuǎn)的變化,其規(guī)律為:沒有交點——右支 1 個—— 右支 2 個—— 右支 1 個—— 左右各 1 個—— 左支 1 個—— 左支 2 個—— 左支 1 個—— 沒有交點。旋轉(zhuǎn)的時候,主要是直線斜率在變化。
〖問題 3〗
學生利用之前的探究成果獨立解題,然后小組交流,檢驗學習成效。
[第(1)問]
方法一:幾何法。通過雙曲線方程可以得出定點(,0)正好是雙曲線的右頂點,通過作圖(如圖 7 所示)可以看出,直線與雙曲線相切或者與漸近線平行時都是只有一個交點,容易確定直線方程。
方法二:代數(shù)法。當直線斜率不存在時,直線 l 為 ?符合題意;當直線斜率存在時,設(shè)直線方程為 ,聯(lián)立直線與雙曲線的方程組,利用判別式等于零,即可求出直線的方程。
[第(2)問]同學們鞏固解題方法,加深對兩種方法的理解與認識。
歸納總結(jié):通過對比發(fā)現(xiàn),幾何法講究數(shù)形結(jié)合,通過作圖,觀察圖形變化的特點,能快速解決交點問題。代數(shù)方法則通過聯(lián)立方程組,通過二次項系數(shù)為零或者二次方程的根來確定方程組的根,進而確定交點的坐標及交點個數(shù),兩種方法,各有優(yōu)劣。
五、教后總結(jié)
本案例是基于高中數(shù)學創(chuàng)課導學的課堂教學實踐,較為成功地展示創(chuàng)課導學“問題導向,實驗導學”的課堂教學理念。本案例依托現(xiàn)代信息技術(shù),借助圖形計算器、iPad、希沃電子白板等工具構(gòu)建實驗平臺,圍繞課堂核心問題,創(chuàng)設(shè)讓學生“再創(chuàng)造”的數(shù)學課堂,通過開展實驗探究,把數(shù)學課堂還給學生。主要體現(xiàn)在以下三個方面:
(一)把課堂的時間還給學生。高中數(shù)學創(chuàng)課導學以幫助學生解惑、提升學生數(shù)學素養(yǎng)為根本任務(wù)。在本案例中,“創(chuàng)課”從設(shè)置系列背景問題開始,借助實驗工具,通過實驗、演示、推導,不斷讓學生動手實踐。學生在實踐過程中動腦、動心、動情、動手,并在探究過程中掌握類比、觀察、猜想等學習方法。在導學過程中,始終將學生置于研究者、探索者的位置。學習探索需要過程,有過程就需要時間。在學生進行主動探索、合作探究中,我們既要確保學生學習的時間,又要把學習的主動權(quán)還給學生,從而使學生的數(shù)學知識得到增加,數(shù)學能力得到提高。
(二)把課堂的空間還給學生。高中數(shù)學創(chuàng)課導學以“問題導向,實驗導學”為設(shè)計理念,重視科學思想和數(shù)學方法的引導。在本案例的課堂教學過程中,讓學生經(jīng)歷遇到實際問題、創(chuàng)設(shè)情境、實驗探究、小組合作、歸納結(jié)論等過程,使學生靈活運用觀察、分析、歸納等科學方法。學生圍繞“問題”“實驗”探究的過程是一個主動參與課堂學習的過程,有實踐、有交流、有質(zhì)疑、有展示、有體驗,在規(guī)律形成的總結(jié)中發(fā)展了學生的思維空間,在實驗成果的匯報中鍛煉了學生的表現(xiàn)空間。
(三)把課堂的個性還給學生。高中數(shù)學創(chuàng)課導學注重培養(yǎng)學生的個性化思維。創(chuàng)課導學的課堂教學過程提倡的是充分調(diào)動學生的學習積極性,發(fā)揮學生的自主能動性。在本案例的教學中,圍繞核心問題,開展實驗探究。學生動手操作,并經(jīng)歷獨立思考、獨特感悟、自由聯(lián)想、自由表達的過程。實驗探究的過程,既是交流合作的過程,又是知識生成的過程。在這個過程中,會有問題分析的異中求同,也會有問題解決的成功體驗,學生的個性化思維得到發(fā)展,使學生在實驗中感悟思想,在體驗中建構(gòu)知識。
【參考文獻】
[l]唐劍嵐,黃一娉,黃夢遠.基于5E學習環(huán)和HP工具的數(shù)學實驗創(chuàng)課設(shè)計:以《函數(shù)圖象變換》的教學為例[J].數(shù)學周報,2016(9).
[2]弗賴登塔爾.作為教育任務(wù)的數(shù)學[M].上海:上海教育出版社,1995.
(責編 盧建龍)