摘要:整體思想是數(shù)學(xué)思想的重要組成部分,以“集成”的眼光,將某些代數(shù)式、圖形視為整體,以此把握已知和所求問題的內(nèi)在聯(lián)系,進(jìn)而從整體的視角處理問題.本文立足整體思想,基于整體思想的不同表現(xiàn)形式,對其在解題中的具體應(yīng)用展開探究,旨在強(qiáng)化學(xué)生整體思想意識,提升解題能力.
關(guān)鍵詞:初中數(shù)學(xué);整體思想;核心素養(yǎng);解題教學(xué)
在初中數(shù)學(xué)解題中,常常會遇到一些特殊的問題,從局部入手,很難各個(gè)突破;如果能夠從宏觀的角度出發(fā),運(yùn)用整體思想分析問題,則可脫離傳統(tǒng)固化解題思維的束縛,出奇制勝,簡便解答問題.同時(shí),整體思想作為一種重要的數(shù)學(xué)思想,在應(yīng)用其分析問題、解決問題時(shí),還可以增強(qiáng)學(xué)生思維靈活性、敏捷性,為學(xué)生更好地解決數(shù)學(xué)問題奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).筆者在調(diào)查中發(fā)現(xiàn),整體思想在初中數(shù)學(xué)解題中占據(jù)主要地位,不僅貫穿整個(gè)數(shù)學(xué)解題中,而且其表現(xiàn)形式多種多樣,如整體代入、整體設(shè)元、整體變形、整體補(bǔ)形、整體配湊、整體構(gòu)造等.因此,面對新課程下數(shù)學(xué)解題要求,初中數(shù)學(xué)教師應(yīng)當(dāng)立足整體思想的內(nèi)涵,充分挖掘其在解題中的應(yīng)用,促使學(xué)生在整體思想的引領(lǐng)下,提升分析問題和解決問題的能力,并促進(jìn)數(shù)學(xué)思維水平的發(fā)展.[1]
1整體思想在初中數(shù)學(xué)解題中的具體應(yīng)用
整體思想是一種實(shí)用型的思想方法,在初中數(shù)學(xué)解題教學(xué)中占據(jù)十分重要的地位,貫穿初中數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的整個(gè)過程,也是中考命題的重點(diǎn).具體來說,整體思想就是運(yùn)用集成的眼光看待、分析研究對象中的一個(gè)部分或全部,將其視為一個(gè)整體,充分把握條件和問題之間的聯(lián)系,進(jìn)而在整體、全局的視角下分析和處理問題.
1.1整體代入
整體代入是整體思想的主要形式之一.在解決數(shù)學(xué)問題時(shí),結(jié)合題目中給出的條件和所求的結(jié)論,將某個(gè)代數(shù)式視為整體,進(jìn)而對所求問題展開變形、化簡,最終完成數(shù)學(xué)題目的高效解答.
例題已知1x+2y=5,求代數(shù)式2x+xy+y8x-3xy+4y的值.
分析:在解答本題時(shí),如果按照傳統(tǒng)的思維,需要先將x、y的值求出來,之后再代入代數(shù)式中求解.但在本題中,這種局部求解方式很難完成.因此,可以運(yùn)用整體思想,引導(dǎo)學(xué)生圍繞已知條件進(jìn)行變形,轉(zhuǎn)化為2x+y=5xy,所求代數(shù)式中也含有2x+y、5xy的代數(shù)式.如此,即可采用整體代入的方式進(jìn)行求解.
解析:因?yàn)?x+2y=5,所以2x+y=5xy.
代數(shù)式2x+xy+y8x-3xy+4y=2x+y+xy4(2x+y)-3xy=5xy+xy4×5xy-3xy=6xy17xy=617.
1.2整體設(shè)元
整體設(shè)元也是整體思想的表現(xiàn)形式之一,主要是在解決數(shù)學(xué)問題時(shí),將數(shù)學(xué)表達(dá)式中的一個(gè)部分視為整體,運(yùn)用新的未知數(shù)表示出來,之后再根據(jù)題目中的已知條件求出新元,最終完成題目的解答.在解題實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),通過整體設(shè)元的方式,有效減少了學(xué)生的計(jì)算量,實(shí)現(xiàn)了化繁為簡、化難為易的解題效果.
例題解方程(x2-2x)2-3(x2-2x)-4=0.
分析:在解決這一問題時(shí),如果按照常規(guī)解題思路,先用完全平方公式將其展開,之后再進(jìn)行計(jì)算,解題過程十分煩瑣,學(xué)生將面臨極大的運(yùn)算量.因此,解題時(shí)可以運(yùn)用整體設(shè)元的方式,對題目的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化,以便于學(xué)生更好地解題.
解析:設(shè)x2-2x=t,則原方程等價(jià)于t2-3t-4=0
,解方程得t1=4,t2=-1.
當(dāng)t1=4時(shí),x2-2x=4,解方程得x1=1+5,x2=1-5;
當(dāng)t2=-1時(shí),x2-2x=-1,解方程得x3=x4=1.
綜上所述,原方程的根為x1=1+5,x2=1-5,x3=x4=1.
1.3整體變形
整體變形也是整體思想的主要形式之一,主要是在解題的過程中,圍繞題目中某些局部展開變形,使其呈現(xiàn)出規(guī)律性的結(jié)構(gòu)形式,以此簡化學(xué)生的解題過程,并減少運(yùn)算量.
例題已知a=16,求1(a+1)(a+2)+1(a+2)(a+3)+1(a+3)(a+4)的值.
分析:在計(jì)算這一問題時(shí),如果直接將a的值代入所求問題中,需要先進(jìn)行通分,之后再計(jì)算.這一過程相對煩瑣,在計(jì)算過程中極容易出現(xiàn)各種錯(cuò)誤.因此,可以運(yùn)用整體思想,先進(jìn)行整體變形,再進(jìn)行計(jì)算.
解析:1(a+1)(a+2)+1(a+2)(a+3)+1(a+3)(a+4)
=1a+1-1a+2+1a+2-1a+3+1a+3-1a+4=1a+1-1a+4
=3(a+1)(a+4)=317×20=3340.
1.4整體合并
整體合并也是整體思想的常見形式.在解決某些數(shù)學(xué)問題時(shí),將代數(shù)式、方程、不等式進(jìn)行合并之后,往往可實(shí)現(xiàn)湊整、消元等目標(biāo).因此,在解決初中數(shù)學(xué)問題時(shí),應(yīng)立足題目特征,對其進(jìn)行整體合并,進(jìn)而使問題變得更加簡單明了.[2]
例題設(shè)a、b、c為常數(shù),x、y是任意實(shí)數(shù),且滿足A=(a-b)x+(b-c)y+(c-a),B=(b-c)·x+(c-a)y+(a-b),C=(c-a)x+(a-b)y+(b-c),求證:A、B、C不都是正數(shù),也不能都是負(fù)數(shù).
分析:這一問題難度系數(shù)比較高,常規(guī)解題思路中很難找到解題的切入點(diǎn),并且學(xué)生需要圍繞a、b、c三個(gè)常數(shù)中一正兩負(fù)、一負(fù)兩正進(jìn)行討論.但是在具體解題中,又因?yàn)閤、y是任意實(shí)數(shù),多數(shù)學(xué)生都面臨著無從下手的問題.鑒于此,即可融入整體思想,借助整體合并的方式進(jìn)行消元,以便于學(xué)生從全新的視角分析問題、解決問題.
解析:因?yàn)锳=(a-b)x+(b-c)y+(c-a),B=(b-c)x+(c-a)y+(a-b),
C=(c-a)x+(a-b)y+(b-c),
所以A+B+C=[(a-b)x+(b-c)y+(c-a)]+[(b-c)x+(c-a)y+(a-b)]
+[(c-a)x+(a-b)y+(b-c)]=0.
因?yàn)锳+B+C=0,所以可用反證法對結(jié)論進(jìn)行證明.
假設(shè)該結(jié)論不成立,則A、B、C同號,如果A、B、C均大于0,則有A+B+C>0,這與題目中已有條件不相符;如果A、B、C均小于0,則A+B+C<0,也與已知條件不相符.因此A、B、C不能均為正數(shù),也不能均為負(fù)數(shù).
1.5整體補(bǔ)形
整體補(bǔ)形也是整體思想的重要表現(xiàn)形式,是破解幾何問題的重要途徑.整體補(bǔ)形解題的關(guān)鍵在于將原本不規(guī)則、非特殊的圖形進(jìn)行補(bǔ)充,最終成為規(guī)則或特殊的圖形.如此,真正實(shí)現(xiàn)了化隱為顯,以便于學(xué)生在整體補(bǔ)形中,迅速找到解題的切入點(diǎn),最終完成數(shù)學(xué)問題的輕松解答.
例題如圖1所示,六邊形ABCDEF六個(gè)內(nèi)角都相等,如果AB=1,BC=CD=3,DE=2,求六邊形ABCDEF的周長.
分析:在本題目中,六邊形ABCDEF并非是一個(gè)規(guī)則的六邊形,但該六邊形的內(nèi)角都相等,均為120°.因此,在解答這一問題時(shí),即可通過整體思想,采用整體補(bǔ)形的方式,借助向外作延長線的方式,最終得到一個(gè)等邊三角形,進(jìn)而完成題目的解答.
如圖2所示,分別作AB、CD、EF的延長線以及反向延長線,相交于點(diǎn)G、H、P.
因?yàn)榱呅蜛BCDEF六個(gè)內(nèi)角均為120°,
所以六邊形ABCDEF每一個(gè)外角均為60°,
所以△AHF、△BGC、△DPE、△GHP均為等邊三角形.
因?yàn)锽C=3,DE=2,
所以GC=BC=3,DP=DE=2,
所以GH=GP=GC+CD+DP=3+3+2=8,
FA=HA=GH-AB-BG=8-1-3=4,
EF=PH-HF-EP=8-4-2=2,
則六邊形ABCDEF的周長為1+3+3+2+4+2=15.
1.6整體配湊
整體配湊也是整體思想的主要表現(xiàn)形式之一.整體配湊立足題目中已知條件、所求結(jié)論,對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)嘏錅愔?,形成特殊化、公式化的題目結(jié)構(gòu),最終結(jié)合相關(guān)的形式進(jìn)行求解.
例題如果a+2b+3c=12,且a2+b2+c2=ab+bc+ca,求a+b2+c2的值.
分析:按照常規(guī)的解題思路,學(xué)生需要先將a、b、c的值求出來,再代入代數(shù)式求值,但是在這種解題思路中,已知條件無法滿足解題要求.因此,可以運(yùn)用整體思想,借助整體配湊的方式,利用非負(fù)數(shù)的性質(zhì),精準(zhǔn)找出a、b、c的關(guān)系,最終結(jié)合已知條件進(jìn)行解答.
解析:因?yàn)閍2+b2+c2=ab+bc+ca,所以2a2+2b2+2c2=2ab+2bc+2ca,
則(a-b)2+(b-c)2+(c-a)2=0,即a=b=c.
將a=b=c代入a+2b+3c=12中,
得a=b=c=2,所以a+b2+c2=10.
1.7整體構(gòu)造
整體構(gòu)造立足代數(shù)和幾何的內(nèi)在聯(lián)系,將代數(shù)式賦予幾何意義,并由此構(gòu)造出幾何圖形,運(yùn)用數(shù)形結(jié)合思想解決問題.
例題已知0<x<12,求x2+4+(12-x)2+9的最小值.
分析:在解決這一問題時(shí),如果單純地從代數(shù)角度上進(jìn)行思考,會陷入解題困境中.此時(shí),可以立足代數(shù)和幾何的內(nèi)在聯(lián)系,采用數(shù)形結(jié)合思想,作出相應(yīng)的圖形,將其轉(zhuǎn)化為幾何問題,最終完成解答.
解析:如圖3所示,設(shè)AC=x,則x2+4+(12-x)2+9的最小值即為CD+CE的最小值.
結(jié)合幾何知識得知,當(dāng)D、C、E三點(diǎn)共線時(shí),x2+4+(12-x)2+9存在最小值,且最小值為DE,DE=122+(2+3)2=13.
2基于整體思想解題的教學(xué)啟示
在初中數(shù)學(xué)解題教學(xué)中,科學(xué)運(yùn)用整體思想,可促使學(xué)生在整體代入、整體設(shè)元、整體變形、整體合并、整體構(gòu)造、整體配湊、整體補(bǔ)形的過程中,將原本煩瑣的問題簡單化,使得學(xué)生另辟蹊徑完成題目的解答.[3]如此,不僅優(yōu)化了學(xué)生的數(shù)學(xué)解題過程,也顯著提升了學(xué)生的數(shù)學(xué)解題能力.整體思想作為一種數(shù)學(xué)思想,將其融入數(shù)學(xué)解題教學(xué)中,可以促進(jìn)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維發(fā)展,為學(xué)生學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),也落實(shí)了數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)下的教學(xué)目標(biāo).因此,初中數(shù)學(xué)教師不僅要樹立整體解題思想,并遵循以下原則,將其科學(xué)、合理地融入課堂教學(xué)中.
2.1整體思想培養(yǎng)原則
(1)滲透性.整體思想運(yùn)用能力的培養(yǎng)和其他數(shù)學(xué)思想一樣,并非一蹴而就,而是一項(xiàng)長期的工程,需要經(jīng)過長期的訓(xùn)練方可完成.因此,初中數(shù)學(xué)教師在開展課堂教學(xué)時(shí),應(yīng)反復(fù)滲透,讓學(xué)生在日常學(xué)習(xí)過程中了解整體思想,掌握其核心本質(zhì),最終逐漸獲得運(yùn)用整體思想解題的能力.要達(dá)到這一目標(biāo),教師必須要精心備課,選擇蘊(yùn)含這一數(shù)學(xué)思想的題目、知識點(diǎn)展開講解,以便于學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中循序漸進(jìn)地掌握這一數(shù)學(xué)思想.
(2)明確性.在初中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中,為了引導(dǎo)學(xué)生真正理解、內(nèi)化整體思想,必須遵循明確性的原則,精心選擇出典型問題,使得學(xué)生在典型題目的探究中,把握整體思想在數(shù)學(xué)解題中的應(yīng)用方式和技巧.同時(shí),鑒于初中生的實(shí)際情況,在完成教學(xué)之后,教師還應(yīng)及時(shí)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行概括、總結(jié),以便于學(xué)生在明確的訓(xùn)練、概括和總結(jié)中,真正完成整體思想的內(nèi)化.
(3)反復(fù)性.初中數(shù)學(xué)教師在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用整體思想解題時(shí),必須遵循“由簡到難、由具體到抽象、由特殊到一般”的原則,借助反復(fù)的訓(xùn)練,促使學(xué)生真正理解、應(yīng)用整體思想.
2.2整體思想培養(yǎng)策略
鑒于整體思想在初中數(shù)學(xué)解題中的具體應(yīng)用,教師必須樹立整體思想解題的意識,將其滲透到數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中,使得學(xué)生在數(shù)學(xué)課堂的潛移默化中,逐漸獲得整體思想解題的能力.一方面,教師應(yīng)注重例題講解.在具體的數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中,教師必須立足整體思想的內(nèi)涵,選擇與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的題目,并兼顧題目的代表性,使得學(xué)生在針對性的例題學(xué)習(xí)中,深化整體思想的認(rèn)知,逐漸形成運(yùn)用整體思想解題的意識.另一方面,教師還應(yīng)全面加強(qiáng)應(yīng)用訓(xùn)練.在內(nèi)化整體思想解題的過程中,還應(yīng)結(jié)合教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生的實(shí)際情況,為學(xué)生準(zhǔn)備相關(guān)的練習(xí)題目,使得學(xué)生在針對性的訓(xùn)練中,強(qiáng)化整體思想解題意識,提升整體思想解題能力.[4]
3結(jié)語
整體思想作為重要的數(shù)學(xué)思想,將其植入數(shù)學(xué)解題中,可提升學(xué)生解題思維靈活性,使得原本復(fù)雜的問題簡單化、陌生問題熟悉化,真正提升了學(xué)生的數(shù)學(xué)解題效率.初中數(shù)學(xué)教師應(yīng)當(dāng)重視整體思想的教學(xué),立足整體思想的內(nèi)涵,將其滲透到課堂教學(xué)中,使得學(xué)生在針對性的訓(xùn)練中,循序漸進(jìn)提升自身的整體思想解題能力.
參考文獻(xiàn)
[1]王二平.整體思想在初中數(shù)學(xué)解題中的應(yīng)用——以“圖形與幾何”問題為例[J].數(shù)理天地(初中版),2022(24):39-41.
[2]張志華.登高望遠(yuǎn),學(xué)以致用——談“整體思想”在初中數(shù)學(xué)解題過程中的策略達(dá)成[J].中學(xué)數(shù)學(xué),2020(14):60-61.
[3]姜華文.淺談?wù)w思想在初中數(shù)學(xué)解題中的應(yīng)用[J].數(shù)學(xué)教學(xué)通訊,2020(11):63-64.
[4]程小芹.整體思想在初中數(shù)學(xué)解題中的應(yīng)用[J].語數(shù)外學(xué)習(xí)(初中版),2020(4):28-29.