文| 袁雯青
陶行知先生曾言“教育應(yīng)當(dāng)培植生活力,使學(xué)生向上生長”,在數(shù)學(xué)教學(xué)中,這句話體現(xiàn)了“讓數(shù)學(xué)教學(xué)為學(xué)生成長助力”的理念。尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,遵循學(xué)生的發(fā)展特點,確立其主體地位,使他們的核心素養(yǎng)得到充分發(fā)展,在課堂中體驗學(xué)習(xí)的樂趣。
如何在復(fù)習(xí)課的教學(xué)課堂中,讓學(xué)生在已有的知識方法儲備中進(jìn)行更深刻的思考,產(chǎn)生更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S,獲得更多的學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的能力?本文結(jié)合“遞推數(shù)列求通項公式”復(fù)習(xí)課教學(xué)案例進(jìn)行分析,旨在教會學(xué)生思考,培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。
問題:已知數(shù)列{an}滿足a1=1,nan+1=(n+1)an,則an=______.
給學(xué)生一點時間思考后,學(xué)生積極提出自己的想法,并給出主要解題過程。
當(dāng)n≥2 時,用累乘法可得又因a1=1 符合上式,所以an=n。
師:很好!這位同學(xué)將條件變形成前后兩項的比值,利用累乘法求得了數(shù)列的通項,并且注意了n≥2這個條件,很細(xì)致!那么,我們還有其他解決方法嗎?
師:這位同學(xué)通過條件的另一種變形,構(gòu)建了一個新的數(shù)列,得到了前后兩項的相等關(guān)系,利用構(gòu)造法構(gòu)造了常數(shù)列,求得通項公式,有不錯的轉(zhuǎn)化意識。
探究1:記Sn為數(shù)列{an}的前n項和,已知a1=是公差為的等差數(shù)列,求數(shù)列{an}的通項公式。
師:有沒有同學(xué)可以給這位同學(xué)幫幫忙?
生5:順著這位同學(xué)的想法,目標(biāo)構(gòu)造常數(shù)列,這樣的話需要式子兩邊結(jié)構(gòu)相同,所以在式子的兩邊分母上都乘以n+1,原式變?yōu)槿绱说玫綌?shù)列為常數(shù)列,可知進(jìn)而得到數(shù)列的通項公式。
師:非常好!通過變化結(jié)構(gòu),構(gòu)造常數(shù)列,體現(xiàn)了構(gòu)造的靈活性,拓寬了運用范圍。這道題是2022 年新高考1 卷第17 題的第一問,看大家剛才的發(fā)言,就知道這道題難不倒大家的!由此可見,對于不是常規(guī)結(jié)構(gòu)的模型,可以通過構(gòu)造轉(zhuǎn)化成我們熟悉的結(jié)構(gòu),利用熟悉的方法來解決問題。
探究2:已知數(shù)列{an}滿足a1=3,an+1=3an-4,求數(shù)列{an}的通項公式。
生6:這個簡單,構(gòu)造等比數(shù)列{an- }2 ,就可以求出通項。
師:很好!這位同學(xué)直接看出式子兩邊同時減2就可以構(gòu)造等比數(shù)列了,如果有同學(xué)看不出來,那怎么辦?
生6:待定系數(shù)法!既然不知道常數(shù)是多少,就設(shè)為λ,用待定系數(shù)法可以求出來。
師:沒錯!如果把條件中的“4”變成“4n”呢?
生7:試著構(gòu)造等比數(shù)列,兩邊加常數(shù)。
生8:不能加常數(shù),后面是4n,猜想應(yīng)該加關(guān)于n的一次式,可以用待定系數(shù)法,設(shè){an+kn+}b是公比為3 的等比數(shù)列,則有an+1+k(n+1)+b=3(an+kn+b)?an+1=3an+2kn+2b-k,結(jié)合條件可知,所以是公比為3 的等比數(shù)列。
生9:這位同學(xué)的做法中有個問題,構(gòu)造出的數(shù)列首項是0,不是等比數(shù)列,應(yīng)該是個常數(shù)列,所以an=2n+1。
師:好的,學(xué)生8 的做法體現(xiàn)了構(gòu)造法的靈活運用,不局限于兩邊加常數(shù)的想法。學(xué)生9 注意到了更細(xì)節(jié)的地方,首項為0,根據(jù)遞推就可以得到所有項為0,得到了常數(shù)列,兩位同學(xué)結(jié)合以后,解法就完美了!
生10:我還有其他想法。根據(jù)遞推關(guān)系和a1,算了a2=3,a3=5,我猜通項公式就是an=2n+1,接下來證明:直接構(gòu)造{an-2n-1} 就可以了。
師:這位同學(xué)的想法體現(xiàn)了數(shù)列的本質(zhì)“列”,并且在列的過程中歸納總結(jié),猜想出了通項公式,通過猜想并證明的過程求出了通項公式,數(shù)學(xué)直覺非常棒!數(shù)列,“列”是本質(zhì),尤其是在小題中,通過“列”來探求規(guī)律,歸納總結(jié)出通項公式,解決問題,大題需要證明!如果把“4n”變成“4n”呢?
生11:兩邊同時除以3n+1,式子變形為然后用累加法就可以得到通項公式了;也可以兩邊同時除以4n+1,式子變形為,然后用構(gòu)造法求得通項公式。
師:太棒了!這位同學(xué)提供了兩個解題思路,將復(fù)雜的形式轉(zhuǎn)化為我們求通項的基本方法,做到化繁為簡,利用已掌握的知識解決相對困難的問題,非常好!
生12:我也有一個思路,順著學(xué)生8 的構(gòu)造想法,構(gòu)造{an+λ·4}n,an+1+λ·4n+1=3(an+λ·4n)?an+1=3anλ·4n,由待定系數(shù)法得λ=1,又因a1+4=7≠0,可知{an+4n}是首項為7、公比為3 的等比數(shù)列,可得an+4n=7·3n-1?an=7·3n-1-4n。
師:以上探究體現(xiàn)了構(gòu)造的不同形式,不再局限于一開始問題的常數(shù)列,還可以構(gòu)造等差數(shù)列、等比數(shù)列等各種我們可以求通項的遞推關(guān)系,體現(xiàn)了求通項方法運用的靈活性。
探究3:已知各項都為正數(shù)的數(shù)列{an},滿足an+2=2an+1+3an,若,求數(shù)列{an}的通項公式。
學(xué)生思考之后,提出自己的見解和看法。
生14:觀察發(fā)現(xiàn),兩邊同時加一個an+1,可得an+2+an+1=3(an+1+an),又因a1+a2=2,求得an+1+an=2·3n-1,這個形式和探究2 中的第三個問題是一樣的,求通項的方法很多!
生15:參考了這位同學(xué)的做法,發(fā)現(xiàn)兩邊同時減3an+1效果一樣,可得an+2-3an+1=-(an+1-3an),又因a2-3a1=0,求得an+1-3an=0,竟然是個等比數(shù)列,這下就很簡單了。
師:這個題是2021 年新高考八省聯(lián)考第17 題的第二問,學(xué)生14 的解法實際就是原題的第一問,證明{an+1+an}是等比數(shù)列,同學(xué)們和出題專家想到一起去了。第一位同學(xué)依然采取了多列幾項找規(guī)律的形式,但是無法證明。另外兩位同學(xué)數(shù)學(xué)直觀想象水平很高,數(shù)學(xué)感覺很好,通過觀察,發(fā)現(xiàn)了解法,很厲害!實現(xiàn)了三項關(guān)系到兩項關(guān)系的轉(zhuǎn)化,就利用前面兩項關(guān)系的探究來解決問題,體現(xiàn)了化歸思想的重要性,將未知轉(zhuǎn)化為已知!對于很多同學(xué)來說難度比較大,我們來探討一下解決這個問題的通用方法。要實現(xiàn)三項關(guān)系向兩項關(guān)系的轉(zhuǎn)化,考慮將兩項作為整體,左右形式統(tǒng)一,由此進(jìn)行構(gòu)造。
設(shè)an+2+pan+1=q(an+1+pan)?an+2=(q-p)an+1+pqan,結(jié)合條件an+2=2an+1+3an,由待定系數(shù)法可得,就是學(xué)生14 和學(xué)生15 兩位觀察出來的兩組數(shù)據(jù)。
師:這道題顯然第二組數(shù)據(jù)解題更為簡單,如果出現(xiàn)兩組數(shù)據(jù)運算過程和難度差不多,可以兩組同時進(jìn)行,借助方程求通項。這也說明,在解題過程中擇優(yōu)也是必要的,可以優(yōu)化計算,減少計算量,增加正確率。
在整個課堂教學(xué)過程中,教師讓方法和思維意識在每一次探究中層層遞進(jìn),并在最后都通過高考題點明基礎(chǔ)方法的重要性,讓學(xué)生了解,很多高考題,本質(zhì)還是考基礎(chǔ)的,在條件分析中將平時掌握的知識層層套入,就能將高考題層層解析,最后得出想要的結(jié)果。
學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中遇到各種困難和障礙,往往是解題的基本方法體系存在漏洞,不夠完善。構(gòu)建基本方法體系的課堂,需要教師在平時的課堂教學(xué)中,從整個單元的視角出發(fā),根據(jù)教學(xué)內(nèi)容,精準(zhǔn)選擇課堂例題,精心設(shè)計問題的探究,引導(dǎo)學(xué)生通過歸納、猜想、證明、轉(zhuǎn)化、化歸等途徑建立方法之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系,幫助學(xué)生多方面、多角度整合解決問題的方法,促進(jìn)求數(shù)列的通項公式的方法體系不斷生長,進(jìn)而使數(shù)列整個章節(jié)的基本方法體系不斷完善。
在新課標(biāo)的導(dǎo)向以及數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的需求下的數(shù)學(xué)課堂,教師處于引導(dǎo)地位,學(xué)生作為主體積極參與課堂教學(xué),并在這個過程中不斷積累各種基本方法。此時要求教師要基于學(xué)生學(xué)情,設(shè)計例題的各種變化形式,引導(dǎo)學(xué)生深入研究問題,由簡到繁,從已知到未知,學(xué)習(xí)新的知識、新的方法,再實現(xiàn)化繁為簡、將未知變成已知的目標(biāo),促進(jìn)知識的不斷生長。
深度研究題型變化是教會學(xué)生運用基本方法的、培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)思維的重要途徑。在學(xué)生探究的過程中,基本方法體系是基礎(chǔ),邏輯思維是引領(lǐng)。在解決“遞推數(shù)列求通項公式”時,學(xué)生在找規(guī)律、累加法、累乘法、簡單構(gòu)造、待定系數(shù)法等基本方法的基礎(chǔ)上,又了解并掌握了構(gòu)造常數(shù)列、復(fù)雜兩項關(guān)系構(gòu)造、三項關(guān)系轉(zhuǎn)化為兩項關(guān)系的處理方式,使學(xué)生在問題探究的過程中,不斷熟悉方法,并做到靈活運用,鍛煉了思維,培養(yǎng)了數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。
思考是學(xué)習(xí)的關(guān)鍵,學(xué)會思考是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)。要讓學(xué)生抓牢掌握數(shù)學(xué)本質(zhì),教師先要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會分析思考問題,更要能深度思考問題。在數(shù)學(xué)教學(xué)過程中,教師不是簡單地告訴學(xué)生這個題怎么做、用什么方法,而是要呈現(xiàn)思維過程,教會學(xué)生如何通過分析題目條件,抓住題目本質(zhì),找到解題方向,用對解題方法,提升學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的能力,增強(qiáng)數(shù)學(xué)的核心素養(yǎng)。
這節(jié)課的教學(xué)中,教師通過3 個探究及幾個變式的設(shè)置,引導(dǎo)學(xué)生對“遞推數(shù)列求通項公式”的基本方法進(jìn)行深入探索,滲透了數(shù)學(xué)思想。很多學(xué)生積極提出自己的見解,并給出了解題過程,另外在不同的觀點和解法中,提出補(bǔ)充與修正,使解題方法得到完善,促進(jìn)了數(shù)學(xué)思維的進(jìn)階?!镀胀ǜ咧袛?shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017 年版2020 年修訂)》在教學(xué)建議中也強(qiáng)調(diào):“‘四基四能’是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的沃土,是發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的有效載體?!币虼?,在數(shù)學(xué)教學(xué)的過程中,教師應(yīng)當(dāng)抓牢“四基四能”,促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展,提升學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。