高中数学新教材使用中的概念困惑与思考_零向量论文

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      普通高中课程标准实验数学教科书依据教育部制定的《普通高中数学课程标准(实验)》(简称《课程标准》)编写,全国共有6个版本,这些教材充分体现了这一轮课程改革的基本理念,编排形式新颖、内容变化较多、时代气息浓厚,为新课改的深入推进奠定了很好的基础,提供了优质的素材.我校从2005年起全面执行《课程标准》,教学中主要采用“苏教版教材”[1],并同时参考其他版本的教材(我们主要参考了“人教A版教材”[2]).在教学实践中,有些概念性问题常常使教师感到困惑,学生觉得迷茫.下面结合笔者的实践和思考,介绍对几个具体问题的看法,以供参考,欢迎指正.

      一、关于集合间关系

      问题“人教A版”必修1“1.1.2集合闾的基本关系”练习中有这样一道题目:用适当的符号填空:a________{a,b,c}.

      编者意图是填“∈”,因为a是集合{a,b,c}的元素.对这个答案部分教师的不同意见主要在a是集合时,集合与集合之间的关系能用“∈”吗?

      分析若a,b,c为实数(或者仅为“英文字母”),填“∈”正确.

      若a,b,c为非空集合,{a,b,c}为三个集合组成的集合,填“∈”正确.

      

      当然,a,b,c可以代表“形形色色”的对象,无法逐一讨论,但a是集合{a,b,c}的元素是始终不变的.

      不难看出,就学术层面而言,教材此处是没有缺陷可言的.而就教学层面而言,即从有利于学生的“学”和教师的“教”而言,还是值得讨论的.

      建议 作为练习,编者一定不会让学生思考如此复杂的情形,这个练习引起这样的讨论应属“意外”,这种讨论也略有超越《课程标准》之嫌.“纷争”源于a,b,c的“自由”,建议在教材中把此题加上限制(如a,b,c∈R).作为教师,对问题应有深入的研究,才能扮演好新课程下的教师角色,在课堂生成的“意外问题”面前方可从容淡定、游刃有余.从广义来说,集合与集合之间也可能出现“∈”关系,如果教师没有足够的学识,轻易说“不可能”,那就在不经意间扼杀了学生的创造力.

      (注:“苏教版”必修1“1.2子集、全集、补集”的练习中有这样的问题:判断下面的表示是否正确:a∈{a}.该问题与前述问题类似,不再重述.)

      二、关于集合表示法

      问题 “人教A版”必修1“1.1.1集合的含义与表示”中指出,描述法的具体方法为:在花括号内先写上集合元素的一般符号及取值(或变化)范围,再画一条竖线,竖线后写出这个集合中元素所具有的共同特征.

      不少学生都会感到这种方法在逻辑上的“混乱”,有的预习后就提出质疑:“那么竖线前后不就都有共同特征了吗?”“例题和练习全是数集,是不是描述法只能表示数集呀?”

      分析 从学术层面看,这种表示方法不存在问题,但是从有利于学生建构新知识的角度来思考,还是值得讨论的.

      学生的“质疑”让教师很受启发.根据现有教材,笔者作了这样的处理:首先,给出描述法的另一形式“在花括号内先写上集合元素的一般符号,再画一条竖线,竖线后写出这个集合中元素所具有的共同特征,即“{x|p(x)}”(即“苏教版”的形式),如不等式x-7<3的解集为D={x|x<10,x∈R},然后写成D={x∈R|x<10}(即“人教A版”中的形式),学生发现这样更简明些.“人教A版”中的形式便于表示数集,所以它所给的就都是“数集”了.

      建议 教学中应该先介绍描述法的{x|p(x)}形式(即“苏教版”的形式),再学习“人教A版”中的形式,然后共同分析其特点和优劣.此外,还可以补充非数集的其他集合用描述法进行表示.这样一来,有利于学生在已有认知水平上准确建构新知识.不同版本的教材也可以互相借鉴、取长补短,进行必要的调整.

      三、关于函数的零点

      问题 “人教A版”必修1“3.1.1方程的根与函数的零点”中对函数零点作了这样的界定(“苏教版”必修1“3.4.1函数与方程”中的表述与此一致):

      (1)f(x)=0时实数x的值叫做函数y=f(x)的零点.函数y=f(x)的零点就是f(x)=0的实数根,也就是函数y=f(x)的图象与x轴交点的横坐标.

      

      分析 根据教材的界定,对于二次函数y=a

+bx+c在Δ=0时的零点问题,说成有两个相等的零点或者说成有唯一的零点都是有根据的.但是教材引入“零点”的初衷是沟通函数与方程的联系、数与形的联系,同时还可以使数学表述更为简洁.而对“二次函数y=a

+bx+c在Δ=0时的零点”问题上不仅没有带来简洁,反而产生明显的争议.

      建议 在教学中应该尽量回避上述争议问题,因为这种争议对学生来说是没有价值的,只能增加“抉择”带来的痛苦,因为当你选择一种说法时无法给出充足的理由否定另一种说法.在学生提出相关的问题时,教师只好说“这是一个有争议的问题,两种说法都有道理,我倾向于前一种(后一种)”.

      这个问题在学术上可能就是有争议的,相信编写教材的专家可能也有苦衷,但这样一来,使用教材的学生和教师就无所适从了.建议教材在此予以明确,如果教材中“不便妄言”,可以在教参中“发出声音”.

      四、关于指数函数定义

      问题 教材中这样界定指数函数:函数y=

叫做指数函数,其中x是自变量,函数的定义域为R.(不同版本教材的规定是一致的)

      

      分析 函数的根本要素是定义域和对应法则,两者都相同的函数是同一函数.作为同一函数说前者是指数函数,而后者不是指数函数显然是不妥的.根据指数不是x而是-3x说后者不是指数函数,这一看法只关注表面形式而没有注意实质内容,就像函数

和函数

,认为前者是幂函数而后者不是幂函数显然是不妥的.

      建议 这个问题暴露了有些教师认识上的偏差,需要教师深入研究教材,领会精神实质.教材本身是没有问题的.但为了在教学中能够统一思想认识,建议在教参中加以说明.

      五、关于函数在区间上不单调

      问题 函数

在区间(2,3)上不单调,求实数k的取值范围.

      

      观点2 “不单调”应该是单调的否定,等价于“f(x)在区间(2,3)上有意义且有增有减,或者f(x)在区间(2,3)上有时无意义”.当f(x)在区间(2,3)上有意义时结果同观点1;当f(x)在区间(2,3)上有时无意义时,即x∈(2,3)时,方程

+k=0有解,此时-9<k<-4.答案为(-9,-4)∪(-3,0).

      分析 争议的产生源于对“不单调”的不同解读:观点1认为“不单调”与“单调”都是函数的不同状态,均在函数的定义域内研究,是目前一线教师中的“主流观点”,这类问题在课外资料上的答案绝大多数也是按照这一观点提供的;但是观点2考虑更加全面,更为合乎逻辑.

      建议 教师在选编习题时要认真推敲,表述清晰,避免争议.对这个问题可以作这样的修改:

      修改1 函数

在定义域内的区间(2,3)上不单调,求实数k的取值范围.(添加了“定义域内的”)

      修改2 设命题“函数

在区间(2,3)上单调”是假命题,求实数k的取值范围.(将“不单调”改为“单调”是假命题)

      此时,题意就清晰了,解法分别同观点1和观点2.

      教材编写无法将所有概念界定清楚,如能在教参中说明一下,这种争议也就不复存在了.

      六、关于零向量

      问题 教材指出,长度为0的向量叫做零向量,并且规定零向量和任何向量平行.而对于向量的夹角和向量的垂直,教材中对非零向量给出了定义,而对零向量未作界定.(不同版本教材的规定是一致的)

      在判断“向量a,b满足a·b=0时,a⊥b”又产生了意见分歧.

      观点1 如a或b为零向量,由于没有规定垂直,所以结论不成立.

      观点2 既然零向量和任何向量平行,说明零向量的方向是任意的,当然也可以和任何向量垂直.

      分析 分歧源于此处向量可以为零向量,以及对涉及零向量的垂直关系教材中没有界定.两种观点均有道理,但论据均有不足.前者从没有规定说不可以,而后者有“想当然”之嫌.

      建议 教学中尽量回避这种情况,即限制向量为非零向量.无法回避时建议按观点1处理,不宜想当然.关于这一点教材的处理还是相当谨慎的,所有关于向量夹角和垂直的题目均限于非零向量.笔者还是建议在教参中予以说明.

      教学中由于概念性问题产生争执和甚至出现争议是十分正常的,无论使用何种教材都是不可避免的.这就首先需要教师提升专业素养,发挥教学智慧,努力把教材的“学术形态”转换成最有利于学生学习的“教育形态”,可以有争执,力求无争议.同时,希望教材编写专家通过适当方式为一线教师提供必要的支援,而这种支援的最佳平台就是“教参”,必要时可以修改“教材”.

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