用“数学现象”启发学生“问题意识”的课堂教学尝试

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  [摘 要] “问题是数学的心脏”,弗赖登塔尔说过:“与其说是学习数学,还不如说是学习‘数学化’.” 课本上的过分“成熟”的题目使学生跳过了“数学化”的过程,不利于全面地培养学生的“问题意识”. 学生在学习过程中“提出问题的意识”几乎被忽略,导致学生只会被动地做题,而不会主动地提出问题. 学生认为,学习数学就是学会解题,使数学学习变得枯燥无味. 如果我们在教学中能把“数学问题”还原为“数学现象”,可以让学生从“数学事实”开始,先自己“提出问题”,然后再“解决问题”,让他们深度地参与“数学活动”,增强“数学体验”,促进领悟与反思.
  [关键词] 数学现象;问题意识;自主探究
  “问题是数学的心脏”,弗赖登塔尔说过:“与其说是学习数学,还不如说是学习‘数学化’. ”课本上的绝大多数数学题都把问题给定了,这种过分“成熟”的题目使学生跳过了“数学化”的过程,不利于全面地培养学生的“问题意识”. 学生在学习过程中“提出问题的意识”几乎被忽略,导致学生只会被动地做题,而不会主动地提出问题. 久而久之,学生认为学习数学就是学会解题,使数学学习变得枯燥无味. 如果我们在教学中能把“数学问题”还原为“数学现象”,可以让学生从“数学事实”开始,先自己“提出问题”然后再“解决问题”,让他们深度地参与“数学活动”,增强“数学体验”,促进领悟与反思.
  笔者结合高三专题复习教学,尝试用“数学现象”启发学生“问题意识”的所思所悟整理成文,与同行交流.
  概念界定
  1. 数学现象
  把客观事实呈现给学生,让他们用数学的观点进行观察和探究,这个事实就成了学生眼中的数学现象. 这里的“客观事实”可以是生活中的事实,也可以是数学中的事实,也可以是为了教学而虚构的事实,但其中的数学问题是隐含的而不是外显的,其中的数学结构是符合学生数学现实的. 总之,在数学化之前的那个素材,就是数学现象.
  2. 问题意识
  指问题成为感知和思维的对象,从而在心里造成一种悬而未决但又必须解决的一种心理状态. 本文中的“问题意识”是指学生用数学的眼光,从所给现象中发现数学结构、进行描述以及用数学方法解决和评价的心理趋向.
  课堂摘录
  引例:(南京市、盐城市2015届高三第一次模拟考试卷第13题)已知函数f(x)是定义在[-2,2]上的奇函数,当x∈(0,2]时, f(x)=2x-1,函数g(x)=x2-2x m,如果对任意的x1∈[-2,2],总存在x2∈[-2,2]使得f(x1)=g(x2),求实数m的取值范围.
  教师:我们有没有处理过此类问题的经历?通过这种经历我们是否已积累了一定的经验?
  学生:之前经历过的,基本的经验是分析两个函数在各自指定区域内的值域间的关系.
  教师:那么我们不妨记函数f(x)在[-2,2]上的值域为Df,函数g(x)在[-2,2]上的值域为Dg,下一步应该如何处理?
  学生:应该只要满足Df?哿Dg.
  教师:不错,我们的判断是正确的!但是为什么是这个结论呢?能分析得更详细一点吗?
  学生:原题等价于,对于Df中的任意的函数值f(x1),在Dg中必定能找到一个值g(x2),满足f(x1)=g(x2),也即Df?哿Dg.
  教师:大家听明白了吗?分析得非常好!下面请大家将此题解答完整. (学生解答,教师巡视并作个别辅导)
  解答:因为x∈(0,2]时, f(x)=2x-1为单调递增函数,所以当x∈(0,2]时, f(x)=2x-1∈(0,3].
  又因为f(x)是定义在[-2,2]上的奇函数,所以当x∈[-2,2]时, f(x)∈[-3,3],即Df=[-3,3].
  因为g(x)=x2-2x m=(x-1)2 m-1,又x∈[-2,2],
  所以g(x)∈[m-1,m 8],即Dg=[m-1,m 8].
  因为对任意的x1∈[-2,2],总存在x2∈[-2,2]使得f(x1)=g(x2),
  所以m-1≤-3,m 8≥3?圯-5≤m≤-2.
  教师:通过大家的努力,此问题得以顺利解决. 但是解决这个问题并不是我们的目的,我们要以此问题为载体,通过对它的解决,掌握与此相关的数学知识和数学思想方法;通过对本问题的研究,进一步得到解决此类问题的一般性方法,将来面对此类问题,我们都能解决它们了.
  教师:请同学们结合本题,尝试归纳一个一般性的結论.
  学生:(结论1)记函数f(x)在D1上的值域为Df,函数g(x)在D2上的值域为Dg,如果对任意的x1∈D1,总存在x2∈D2使得f(x1)=g(x2),则有Df?哿Dg.
  教师:很好,我们得到了一个一般性的结论,那么我们能否对上题作适当的变化,形成新问题,尝试解决并归纳出一般性的结论呢?我们学生可以分成提问组和解答组,提问组的同学将原问题进行改编,解答组的同学负责解答,解答完后提问组可以作点评,之后两组协助归纳出一般性的结论.
  学生自行分组,进入探究过程,发言踊跃,通过整理、归纳,得到了如下的变题:
  已知函数f(x)是定义在[-2,2]上的奇函数,当x∈(0,2]时, f(x)=2x-1,函数g(x)=x2-2x m,
  变题1:对任意x1∈[-2,2],总存在x2∈[-2,2],使f(x1)≥g(x2),求实数m的取值范围.
  变题2:对任意x1∈[-2,2],总存在x2∈[-2,2],使f(x1)≤g(x2),求实数m的取值范围.
  变题3:存在x1∈[-2,2],对任意x2∈[-2,2],都有f(x1)≥g(x2),求实数m的取值范围.   变题4:存在x1∈[-2,2],对任意x2∈[-2,2],都有f(x1)≤g(x2),求实数m的取值范围.
  变题5:对任意x1,x2∈[-2,2],都有f(x1)≥g(x2),求实数m的取值范围.
  变题6:对任意x1,x2∈[-2,2],都有f(x1)≤g(x2),求实数m的取值范围.
  变题7:存在x1,x2∈[-2,2],使f(x1)≥g(x2),求实数m的取值范围.
  变题8:存在x1,x2∈[-2,2],使f(x1)≤g(x2),求实数m的取值范围.
  师生通过对上述变题的一一解答,并作一般性的归纳,整理后摘录如下:
  记函数f(x)在D1上的值域为Df,函数g(x)在D2上的值域为Dg,
  结论2:对任意x1∈D1,总存在x2∈D2,使f(x1)≥g(x2),则有f(x)min≥g(x)min.
  结论3:对任意x1∈D1,总存在x2∈D2,使f(x1)≤g(x2),则有f(x)max≤g(x)max.
  结论4:对任意x1∈D1,任意x2∈D2,都有f(x1)≥g(x2),则有f(x)min≥g(x)max.
  结论5:对任意x1∈D1,任意x2∈D2,都有f(x1)≤g(x2),则有f(x)max≤g(x)min.
  结论6:对任意x1∈(D1∩D2),都有f(x1)≥g(x1),则有(f(x)-g(x))min≥0.
  结论7:对任意x1∈(D1∩D2),都有f(x1)≤g(x1),则有(f(x)-g(x))max≤0.
  结论8:存在x1∈D1,x2∈D2,使得f(x1)=g(x2),则有Df∩Dg≠ .
  结论9:存在x1∈D1,x2∈D2,使得f(x1)≥g(x2),则有f(x)max≥g(x)min.
  结论10:存在x1∈D1,x2∈D2,使得f(x1)≤g(x2),则有f(x)min≤g(x)max.
  结论11:存在x1∈D1,使得f(x1)=m,则有m∈Df.
  结论12:存在x1∈D1,使得f(x1)≥m,则有m≤f(x)max.
  结论13:存在x1∈D1,使得f(x1)≤m,則有m≥f(x)min.
  以上结论都是在教师的启发诱导下由学生群体自行归纳整理出来的,对学生来讲本堂课收获颇丰,在学生积极主动的参与过程中并没有感到结论的突兀、学习的无味,相反学生的思维活跃、发言踊跃,学生感受到了数学的很多结论其实我们都可以自行探究得到,数学并没有这么枯燥!
  对教学的思考与感悟
  教学中要重视问题意识的培养,汪秉彝教授说过:“数学教学要不断唤起学生的好奇心、质疑、批判和探究的意识,恰当地引导学生提出问题,并以问题驱动教学. ”所以要重视学生对数学现象的解构或重组;要让他们有充分自主的时间和空间,以显现他们的独创性,促进其创新意识的养成;在唤醒他们的问题意识以后,他们所进行的数学活动往往就是数学化和在数学内的求解,其中有探究精神的培养,也有双基的体现,都应当由他们自主或协作完成. 不到他们“山穷水尽”之时,教师不可越俎代庖.
  “问题意识”一定是学生自己产生的,而不是教师告知的. 教师所能做的事情就是提供一个合适的数学现象,以作为学生活动的起点. 因此,准确地理解什么是“数学现象”,准确地发现及向学生提供“数学现象”,是对教师的基本要求. 从目前“问题教学”和“情境教学”的大环境来看,教师已经有很好的基础,但是也需要一些新思路. 因此,这也是向教师提出了一个非常高的要求.
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