在案例教学中引导学生提问_数学论文

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“发明千千万,起点在一问.”人民教育家陶行知的话充分说明了学生主动探索,自己发现问题、提出问题的重要性.[1]“最精湛的教学艺术,遵循的最高准则是让学生自己提问.”[2]美国教育家布鲁巴克言简意赅地告诉我们,什么是教学的最高境界,教学应该追求什么,要培养学生怎样的能力.新课程改革特别强调培养学生的主体意识和问题意识,培养学生提出问题和解决问题的能力,旨在培养学生的创新意识和创新能力.一般来说,提出问题比解决问题更重要,也更难.由于受到年龄和知识的限制,中学生很难提出有意义的数学问题,这就需要我们广大教师在平时的教学中有目的地去加以引导培养,下面谈谈在例题教学中如何引导学生提出问题.

一、利用类比推广

对已知数学成果作类比和推广,这是产生有价值的数学问题一个很重要的途径,这种产生问题的方式既具有可模仿性,又对学习者的知识水平具有普遍的适应性.[3]一类典型的具有可模仿性的类比推广问题是圆锥曲线,仔细研究,大多数圆的性质都可以用某种方法推广为圆锥曲线的性质.这类探究性问题适合高中学生的知识水平.

例1:圆的切线具有一个简单性质:圆的切线垂直于过切点的半径(简称切线性质定理).

问题:怎样把圆的切线性质定理推广到一般的圆锥曲线上?

思考:(1)为了对圆锥曲线研究的方便,用法线来表述相应的切线性质.曲线的法线是指过切点且与切线垂直的直线,圆的切线性质定理用法线方式表达为:圆的法线与过切点的半径一致(即交角为0).

(2)关于圆锥曲线的半径,我们作以下约定:椭圆上一点P有两条焦半径,即P与两个焦点的连线;双曲线上一点P也有两条焦半径,只是其中一条在点P所在的双曲线分支之外,如果用其延长线来代替这条线外的焦半径,则双曲线上一点P在同一分支内也有两条焦半径;抛物线上一点P,只有一条焦半径,但可以认为抛物线有另一个焦点在无穷远处,这样把过点P所作的与抛物线对称轴平行的射线也当成一条焦半径,抛物线上的点P也有两条焦半径.研究不难发现,在上面关于圆锥曲线焦半径观点之下,圆的切线性质可以推广到一般圆锥曲线上.

定理:圆锥曲线上一点的法线(切线的垂线)平分两条焦半径的夹角.

现代科学的发展使我们相信,每一个特定的规律都可能是另外某个更为一般规律的特定情形,定理法则的永恒的可推广性是科学的魅力之所在.如果我们在平时的例题教学中,多做一些这样推广的尝试,久而久之,学生会在不知不觉中学会利用类比推广方法来提出问题.

二、运用迁移原理

心理学上把一种学习对另一种学习的影响称为迁移.[4]高中的数学知识包括代数、三角、立体几何、解析几何与概率统计,它们各自内部以及它们相互之间的联系非常紧密,知识与方法可以互相迁移,从而使数学的思想(如数形结合思想、化归思想、方程与函数思想等)与方法的内涵更加丰富.在例题教学中,我们要紧紧抓住数学知识与方法的可迁移性,引导学生提出问题.

例2:设抛物线=2px(p>0)的焦点为F,经过点F的直线交抛物线于A,B两点,C在抛物线的准线上,且BC//x轴,证明:直线AC必过原点.

这是2001年全国高考理科数学第19题.虽然此题是课本习题的改编题,但它高于课本,解题切口较宽,方法多样,内涵丰富.笔者在例题教学后,要求学生前后4人一组讨论,如何把这一命题“移植”到椭圆上(不管命题的真假),然后要求组与组之间交流成果,巡视发现学生研究讨论后,得出以下两个命题.

命题1:设椭圆(a>b>0)的一个焦点为F,经过点F的直线交椭圆于A,B两点,点C在点F相应的准线l上,且BC//x轴,则直线ac过椭圆相应的顶点.

命题2:设椭圆(a>b>0)的一个焦点为F,经过点F的直线交椭圆于A,B两点,点C在点F相应的准线l上,且BC//x轴,则直线AC过线段EF的中点D(E为l与x轴的交点).

再让提出命题1或2的小组,用证明例题的方法(方法的迁移)自己研究证明命题的真与假,让学生经历成功与失败,最后得出只有命题2正确,这时,学生自然地会提出问题,这一命题移植到双曲线如何?很快得到下面命题.

命题3:设双曲线(a>0,b>0)的一个焦点为F,经过点F的直线交双曲线于A,B两点,点C在点F相应的准线l上,且BC//x轴,则直线AC过线段EF的中点D(E为l与x轴的交点).

这样的例子不胜枚举,只要我们在平时的例题教学中多做一些这样的尝试(哪怕移植的命题不真),学生就会在潜移默化中学会提出这样的问题:老师刚讲的例题,可不可以“移植”到其他方面上去?如果能,应该怎样“移植”?得到的新命题是真的还是假的?

三、反思课本例习题

高中教材上绝大多数的例习题都是很典型的,我们应该鼓励学生在解题后,能进行积极的反思,目的就是给学生以发现、探索、总结、发展的空间.培养学生的反思习惯,即元认知的意识,目的就是让学生能大胆地发现问题和提出问题,现以高中数学第二册(上)(试验修订本·必修)为例,从以下几个方面引导学生发现问题和提出问题.

1.概括型问题

引导学生对已有结论之间进行对比分析,独立概括.对知识的系统化,学生的知识建构都有一定的作用,如:

笔者与学生共同用分析法探讨完题1之后,就让学生们分组去做题2至5,发现学生都能用分析法完成,至此笔者并没有罢休,而是引导学生观察、比较,一会儿,有学生发现:3+8=1+10;6+7=8+5等.经过同学们的讨论发现,不等式成立的关键理由为:3×8>1×10;6×7>8×5.于是进一步猜测是否有命题:a,b,c,d,a+b=c+d,且ab>cd,则,易证明此命题为真.于是笔者又引导学生再深入一步:在3+8=1+10;6+7=8+5的前提下,3×8>1×10;6×7>8×5的奥秘何在?笔者与同学们一起探讨发现6和7较近,8与5较远,于是有一位平时善于思考的同学就提出了这样问题:如果a,b,c,d,a+b=c+d且|a-b|>|c-d|,那么ab<cd.

2.猜想型问题

牛顿说过:“没有大胆的猜想,就做不出伟大的发现”.[5]翻开数学史册,可以发现数学的历史就是一部充满猜想的历史,可见猜想与数学发现是形影相随的,我们可以反思课本上的例习题,引导学生从合情推理中进行猜想,培养他们提出问题的能力.

题6:点M与椭圆的左焦点与右焦点的距离的比是2∶3,求点M的轨迹方程(教材p.103习题10).

3.探究开放型问题

结合课本设计一些探究型问题,是学生喜欢追根问底好奇心的需要.这就需要我们做个有心人,多了解学生,钻研教材时多问几个“为什么”,可以引导学生对命题进行一般化、特殊化或逆向思维,提出探究型问题,如:

题7:在椭圆上求一点,使它与两个焦点的连线互相垂直(教材p.132复习题6)

在习题课上,笔者发现学生都能顺利完成题7,于是就问同学们是否在任意椭圆上都能找到满足该条件的点呢?于是有同学把题7改为:

题8:在椭圆上是否存在一点,使它与两个焦点的连线互相垂直?若能,求出该点;若不存在,请说明理由.

此处,鼓励同学们动手做,仿造题7做法,学生发现满足条件的方程式组无解.发现好多学生并没就此罢手,还若有所思.于是,笔者趁势把题8改为:

题9:在椭圆上有一点,使它与两个焦点的连线互相垂直,求b的取值范围.

通过以上3个题目的运算,笔者引导学生反思解题过程,有的学生发现这些问题的实质是椭圆与圆在运动变化中的关系.自然有学生就提出了这样的问题:

题10:其他条件不变,把椭圆方程改为:

,此时,b应该满足什么样的条件?

这题笔者并没有解答,而是让学生带着问题走出课堂.

四、变更条件与结论

任何一个数学命题均有条件、结论两部分,是否可逆?定理、公式、法则能否逆向应用?如何从反面探求思路?怎样利用逆向思维解题?如何掌握“正难则反”的方法,逆命题是什么?是真命题还是假命题?等等,可见值得提问探讨的问题很多.

如:1,2,3,6这四个数中,任意三个数的和是第四个数的倍数,那么推而广之,会有什么结论呢?即四个不同的自然数a,2a,3a,6a(a是任一非零自然数)中,任意三个的和是第四个的倍数.如果我们逆过来思考,就会有问题:如果三个不同的自然数的和是第四个数的倍数,那这第四个数是怎样的数呢?

又如平面截球,交线一定是圆.反过来如果平面与某个曲面相交,其交线都是圆,那么已知的曲面是否一定是球面呢?

通过考虑一个命题的逆命题是否成立,是提出问题的最常用方法之一.学了有关的判定定理后,因尽可能地让学生想它的逆命题是什么?是否是真命题?即使一时证不出它的真假,也能让学生有所收获.让我们看下面一个例子:

一位当代的计算数论家Carl Pomerance回忆中学时代参加一次普通的数学比赛,一个题目要求分解整数8051,Pomerance没有采用通常的因数检验法,依次用小于的素数去除8051,他力图寻找更简便的方法求出8051的素因子,但最后没有在限定时间内找到简便分解法,而实际上,但是失败并没有让这位未来的数论家放弃对这个问题的进一步探究,相反失败使Pomerance发现一个一般性的问题:是否一个能够分解的整数都能通过平方差的形式分解呢?令人惊讶的是这个问题的答案是肯定的.我们能够证明:每个奇合数的分解必定是平方差形式的分解.

总之,引导学生提出问题需要一个不断的循序渐进的过程.在例题教学中,要引导学生逆向提问,鼓励学生大胆运用类比推广、迁移或反思例题,让学生自己提出问题,自己尽可能地去解决问题.在学生提出问题的过程中,教师要选择好引导的时机,把握引导的力度,讲究引导的方法.要善于捕捉学生的“闪光点”,对他们提出的问题要及时做出判断、反应,并加以指导.及时给予肯定、鼓励和表扬(即使学生提出的问题古怪、幼稚可笑甚至是错误的),最大限度地激活学生的好奇心,使学生们时刻保持着对数学学习的兴趣和信心.

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