“大道至簡”是將復雜事情做好的精髓,也是數(shù)學取得高分的底層邏輯.縱觀國內(nèi)數(shù)學學科教育,無論是初等數(shù)學還是高等數(shù)學的學習,都存在一個教育界公認的問題,那就是重視理論知識的列舉,而忽視其“如何來”的推導和“形象化”的演繹,偏離學生學習的認知邏輯.因此,做好“抽象”概念課的“形象化\"講解,使得其符合學生學習的認知規(guī)律,是做好數(shù)學學科教學工作的核心.[]一堂高質(zhì)量的數(shù)學課不是講的云里霧里,讓學生聽得像“玄學”,而是讓更多的人能聽懂,這便是教學的最高境界.本節(jié)導數(shù)概念課遵從這一教學理念,讓“抽象”的概念簡單化、形象化,真正地讓學生的理解落到實處
1“導數(shù)”教學案例設(shè)計及分析
“導數(shù)\"概念課教學,分為如下五個環(huán)節(jié).
1.1創(chuàng)設(shè)情境,溫故知新
教師首先帶領(lǐng)學生復習初中和高一階段學過的函數(shù).
師:同學們,今天開始我們的新課程.請同學們畫幾個之前我們學過的初等函數(shù)圖象,老師叫幾個同學上黑板來繪制.
【設(shè)計意圖】對于以往初中和高一學過的函數(shù)內(nèi)容進行回顧,溫故知新,這一部分可以叫班級一些基礎(chǔ)薄弱的學生上黑板畫圖,鞏固基礎(chǔ).同時進行新課引入.
1.2 回顧概念,抽象概括
教師帶領(lǐng)學生回顧函數(shù)基本概念,它描述了兩個變量之間的一種特定關(guān)系.給定兩個非空實數(shù)集D 和 M ,若存在對應法則 f ,使得對于 D 中的每一個元素 x ,在 M 中都有唯一確定的元素 y 與之對應,則稱 f 是從 D 到 M 的一個函數(shù),記作 y=f(x),x∈ D .其中, D 稱為函數(shù) f 的定義域, x 所對應的 稱為 f 在點 x 的函數(shù)值,常記為 f(x) .全體函數(shù)值的集合
稱為函數(shù) f 的值域.
以上概念不需要學生一字一字背,重點培養(yǎng)學生對于函數(shù)有一個基本的直觀理解,讓學生重點掌握經(jīng)典函數(shù)的圖象,如函數(shù) y=2x,y=x2,y=sinx 等的圖象,以上內(nèi)容作為新課前的復習.
1.3概念辨析,內(nèi)化理解
至此,讓學生先回顧了函數(shù)基礎(chǔ)知識,然后進行新課導入.
教師繼續(xù)提問題,先帶領(lǐng)學生學習一個學過的概念—斜率,緊接著引入\"極限\"的概念.
師:同學們,在初中階段,我們就學過一次函數(shù),在函數(shù) f(x)=kx(k≠0) 中,同學們可以發(fā)現(xiàn)隨著比例系數(shù) k 的增大,該函數(shù)的圖象也就越來越“陡峭”,即該函數(shù)斜率越來越大,如何理解斜率呢?拿一個生活化的例子來解釋,函數(shù)陡斜程度類比爬山,斜率大的函數(shù)類比爬華山,爬劍閣道,非常陡峭;斜率小的類似爬家門口的小丘陵,很好爬,很平緩.
師:如圖1所示,函數(shù) y=5x 的圖象,相較于函數(shù) y=2x 和 y=0. 01x 的圖象來說很陡峭,類似于爬華山,而直線 y=0.01x 相對來說很平緩,類似于走平緩的小山坡.同學們,這個一次函數(shù)圖象變換是線性的,根據(jù)以上的規(guī)律,大家說一下二次函數(shù)怎么分析斜率呢?
【設(shè)計意圖】通過學生熟悉的一次函數(shù),展開啟發(fā)式教學,讓學生自己判斷怎樣計算二次函數(shù)的斜率.
課堂氣氛很活躍,學生認真思考,給出自己的答案.
生1:老師,好像二次函數(shù)沒有辦法算斜率,因為二次函數(shù)圖象是彎曲的.
生2:老師,我覺得生1說的也對,但是我認為二次函數(shù)是有無數(shù)個斜率,
生3:老師,我覺得二次函數(shù)斜率應該給一個固定的區(qū)間去算.
師:二次函數(shù)的一般形式為 y=ax2+bx+c 4 (a≠0) ).對于二次函數(shù),它的變化顯然不是線性的(如圖2),我們?nèi)绾魏饬窟@一個變化情況呢?同學們,這就需要我們作切線,對于二次函數(shù)來說,切線的斜率從左到右是逐漸變大的(如圖3).
師:同學們,現(xiàn)在請大家回想我們高一學過的表示直線的方法中的“點斜式”.我們先在坐標軸上任意作出一條不垂直于坐標軸的直線,取這條直線上的任何兩點 A 和 B ,記做 A(x1,y1),B(x2,y2). 我們將這兩個點坐標代入直線方程: y1=kx1+b,y2= kx2+b. 進行變形得 y1-y2=k(x1-x2) ,算出 k= y12,隨后得出求斜率k 的公式,如果直線變成曲線,還能用斜率 k 表示嗎?
1.4聯(lián)想類比,認識本質(zhì)
接下來,筆者用很直觀的方式為學生引入一個數(shù)學概念一極限,用生活中的例子引入:班里面李同學愛玩游戲,耽誤了學業(yè),數(shù)學只能考20分;班里面的張同學從小一直很努力,數(shù)學考試每次都能接近滿分.后來,李同學決定好好學習,奮起直追.由于他努力學習,最終從20分考到60分,從60分考到95分,從95分考到120分,從120分考到140分.之后,反問學生,這個是不是極限.學生給出否定答案.
筆者根據(jù)這個背景換了一個角度:李同學從20分考到70分,從70分考到95分,從95分考到120分,從120分考到140分,從140分到146分,從146分到148分,從148分到149分,從149分到148分.由于他不注重書寫工整和數(shù)學邏輯的嚴謹,被扣卷面分,每次都接近滿分但始終考不到滿分.用這個例子類比極限的定義.
【設(shè)計意圖】通過生活化的情境來引入,理論結(jié)合實際,更符合當下學生的認知觀念,讓學生對于本節(jié)課內(nèi)容具象化,有深刻的理解.
接下來,筆者進行講解,在理論上介紹極限,引人導數(shù).
假設(shè)函數(shù) y=f(x) 在點 x0 處的鄰域內(nèi)有定義,當自變量 x 在 x0 處取得增量 Δx ,相應的函數(shù)取得增量 Δy ,如果 在 Δx 趨于0時的極限存在,那么稱函數(shù) y=f(x) 在點 x0 處可導.
以上一長串文字可抽象成為一個式子,即 f′(x)=
再去分析,可以看出分子可以替換成 Δy ,可以變成 中
師:同學們,大家應該可以想到咱們剛說的點斜式求斜率的公式k=-y2 ,所以導數(shù)就可(204號以近似理解成函數(shù)在某點處切線的斜率.
【設(shè)計意圖】通過理論講解和實例分析本部分的內(nèi)容,幫助學生理解導數(shù)的概念和定義.通過詳細的文字描述,解釋了函數(shù)在某點處可導的定義,將復雜的文字描述抽象為數(shù)學式子,幫助學生更好地理解導數(shù)的定義.通過替換分子為 Δy ,進一步簡化了式子,并引導學生將其與點斜式求斜率的公式聯(lián)系起來,從而使學生能夠?qū)?shù)近似地理解為函數(shù)在某點處切線的斜率.提高學生的理解能力和數(shù)學思維能力,幫助他們更好地掌握導數(shù)的概念和定義.
1.5學以致用,拓展延伸
師:同學們,相信大家到現(xiàn)在對于導數(shù)已經(jīng)有了一個清晰的認知.同學們能否試著從圖象的角度來理解導數(shù)的概念呢?
【設(shè)計意圖】拓展思維,接近本質(zhì),引導學生通過數(shù)學最重要的工具——圖象來思考抽象的概念.
師:我們?nèi)我猱嬕粋€二次函數(shù)圖象,如 y= 0.3x2 ,取這條曲線上的任意一點 A(1,0.3) ,如何求得這個點處函數(shù)圖象的斜率呢?我們只知道一個點肯定不可能求出來,所以我們可以取另一個點,如點 B(3,2,7) ,根據(jù)斜率公式,我們可以求出來過這兩點直線的斜率k.同學們仔細思考一下,求的這個斜率有什么作用呢?
生1:老師,我覺得這個斜率可以表示函數(shù)圖象在這一點附近的傾斜程度.也就是說,斜率越大,函數(shù)圖象在這一點附近就越陡峭;斜率越小,函數(shù)圖象在這一點附近就越平緩,
生2:我覺得對于二次函數(shù)來說,這個斜率還可以幫助我們理解函數(shù)的增減性.例如在 y=0.3x2 這個函數(shù)里,因為二次項系數(shù)為正,所以函數(shù)圖象開口向上,那么在任意一點處的斜率如果為正,就說明函數(shù)在這個點附近是增函數(shù);如果斜率為負,就說明函數(shù)在這個點附近是減函數(shù),
師:我們剛才求的是兩點之間的斜率,如果要更精確地表示這一點處的斜率,是不是應該用導數(shù)呢?
師:同學們,我們可以將兩點的縱坐標之差設(shè)為 Δy ,橫坐標之差設(shè)為 Δx ,將點 B 不斷地沿著函數(shù)圖象向著點 A 靠攏,當兩個點越來越接近的時候,過這兩點直線的斜率越來越趨近于這點處切線的斜率,所以 0.6x ,點 A(1,0,3) 處的斜率 k 為0.6.
2 三點想法
2.1“抽象”不等于“完全學不會”
看似抽象的概念,其實可以有若干種方法將其具象化.以本課為例,課堂伊始,筆者先帶領(lǐng)學生進行函數(shù)的復習,然后進行舊概念和新概念的交叉復習,不斷地將復雜的問題簡單化.對于導數(shù)的學習,很多學生都覺得很抽象,難以理解,但是筆者巧妙地將它與變化率、斜率這些概念類比,就可以迎刃而解了.數(shù)學概念本身是對事物本質(zhì)的反映,具有極為明顯的抽象特點,要求教學過程中教師能夠采用正確的教學方法使概念中的內(nèi)容特征與表現(xiàn)規(guī)律展示出來,引導學生對信息內(nèi)容進行概括,這樣數(shù)學概念將更為清晰.[2]
2.2重視數(shù)學最重要的工具—圖象的作用
對于抽象概念的直觀展示,圖象起了十分重要的作用,好多復雜的數(shù)學試題需要利用圖象的作用才能更好的解決.這就要求教師在教學中應當潛移默化地使用圖象這一工具,培養(yǎng)學生的空間想象能力和抽象思維能力,并在此基礎(chǔ)上,重點培養(yǎng)學生的數(shù)學興趣
2.3培養(yǎng)學生堅毅心態(tài)
目前的新高考,越來越重視對于新概念的考查,雖說是新概念,但題型的拓展大多都是在《高等數(shù)學》這本書里找的,而且大部分僅僅局限于前三章內(nèi)容.很多教師認為題目越來越活,教學的時候?qū)τ趯W生的培養(yǎng)缺乏信心.從本質(zhì)上來說,學生害怕的是題目所帶來的陌生感,尤其是高考考場上,接觸一個或兩個甚至更多全新的概念是個挑戰(zhàn).因此,在日常教學中,教師應通過設(shè)置具有挑戰(zhàn)性的任務(wù),鼓勵學生面對困難時不輕言放棄,引導他們從失敗中汲取經(jīng)驗,逐步建立自信和韌性
參考文獻
[1沈嬈.基于數(shù)學抽象素養(yǎng)視角下概念教學的研究—以高中數(shù)學課堂教學為例[J].科教導刊-電子版(中旬),2019(3):181.
[2]鐘婭潔.基于數(shù)學抽象素養(yǎng)的高中數(shù)學課堂教學策略研究[J].中華少年,2020(4):189-190.