由一个反例引发的对数学命题教学的思考

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  在讲“充要条件”时我遇到这样一道题目:已知平面内任一点O满足 =x y (x, y∈R),则“x y=1”是“点P在直线AB上”的( )
  A. 必要不充分条件
  B. 充分不必要条件
  C. 充要条件
  D. 既不充分也不必要条件
  当时的答案解析是这样:根据平面向量基本定理知: =x y (x, y∈R)且x y=1等价于P在直线AB上,故选C。但在讲解时有位同学举出这样一个反例:
  若O,A,B,P四点共线,如图:
  由 =x y 可知x y有可能大于1,不能选C。假设共线的四个点O,A,B,P都在x轴上,不妨把O,A,B,P四个点的坐标分别设为(0, 0),(1, 0),(2, 0),(100, 0),由 =x y ,可以得到x 2y=100,很明显,这是一个不定方程,解有無数组,x y的值有无数情况。
  难道点O不能在直线AB上吗?于是,我进行了一次推导:
  A, B ,P三点共线?圳 =?姿
  而 = - , = -
  故 - =?姿( - )
  即 =(1-?姿) ?姿
  令(1-?姿)=x,?姿=y, 则x y=1.
  整个推导过程好像确实跟点O是否在直线AB上没关系?那到底是哪里出了问题?
  进一步探究发现:①当O在直线AB外时, , 不共线,可以构成一组基底,根据平面向量基本定理可知实数对m, n唯一存在;②当O在直线AB上时, , 共线,不能构成基底,则实数对m, n可能不唯一,前面的推导过程的问题出现在第二步上,如果O在直线AB外, , 不共线,则 能被 , 唯一线性表示,同理 能被 , 唯一线性表示,则最终x y=1毫无问题;但如果O在直线AB上, , 共线,则 被 , 线性表示的结果不唯一,同理 被 , 线性表示的结果也不是唯一的,所以x y的值就不一定是1,所以原题目的正确答案应该选B.
  一道看似简单而熟悉的题目,因为学生的一个反例,促使我重新对平面向量基本定理和共线定理进行了深入的探究。这次探究也引起了我的思考:定理是数学中重要的命题,命题(公式、定理)教学是数学课堂教学中的重要基本课型,如何才能让我们的命题教学达到更好的效果呢?
  纵观命题教学,我们可以发现,教师对命题教学的确很重视,但这种重视主要是在命题的结论和应用上,教学往往是“公式(或定理)加例题”,“一背二套三运用”,而对命题的形成过程、内涵及推导过程中蕴含的数学思想和方法等不够重视。这种重结论轻条件,重结果轻过程、轻方法的总结,使得学生对公式、定理的学习只是停留在表面上,只会机械地套公式、用定理,极容易出现错误,更不会灵活运用。久而久之,学生对公式、定理不清,数学运用能力和思维能力下降。下面,我结合自身的教学实践及教学中的经典案例,谈谈命题教学中教师应该重视的几个方面。
  一、命题教学应重视命题的形成过程
  数学中的公式、定理本身就是一道经典的数学题目,有必要对其形成进行推导和论证。如果只是重视公式、定理的解题运用,而忽视其形成过程中的推导和证明,从某种程度来说是舍本逐末。在教学中,教师应通过各种有效的教学手段,揭示公式、定理的来龙去脉,展示公式、定理的推导过程,这不仅有助于学生清楚公式、定理的形成过程,而且还能帮助学生记清公式、定理,灵活运用公式、定理解题。
  案例1:设当x=?兹时,函数 f(x) =3sinx 4cosx取得最小值,则cos?兹=
  这道题学生都很熟悉,一般都知道函数最小值为-5,但问题是取最小值时角的余弦值是多少,很多学生都不会求。究其原因,主要是学生对公式asin?琢 bcos?琢= sin(?琢 ?渍)(?渍为辅助角)的形成过程不清楚。很多老师在将形如asin?琢 bcos?琢的三角函数式化归为一个角的某三角函数教学时,大都是直接告诉学生提取 ,化为 sin(?琢 ?渍),然后叫学生记住,会套用就行了。但为什么要提取 ,怎样化为 sin(?琢 ?渍),学生不清楚,所以遇到这道题时,很多学生不会做。如果在教学时,教师让学生观察asin?琢 bcos?琢的结构特点,对比两角和与差的正、余弦公式,可知只要将a,b的位置变成一个角的正、余弦值即可,但a2 b2的值可能不等于1,为了解决这一问题,可设a=kcos?渍,b=ksin?渍,此时k= ,因此asin?琢 bcos?琢=k(sin?琢 cos?渍 cos?琢 sin?渍)= sin(?琢 ?渍),其中cos?渍= ,sin?渍= 。对这个公式的形成过程学生清楚了,解这道题就比较容易了,f(x)=3sinx 4cosx=5(sinx· cosx· )=5sin(x ?渍),其中cos?渍= ,sin?渍= ,当x=?兹时,函数f(x)取得最小值,即有?兹 ?渍=- 2k?仔(k∈Z),因此cos?兹=cos(- 2k?仔-?渍)=-sin?渍=- 。
  通过案例1,我们可以发现,仅仅记住公式在解题中还是远远不够的。让学生记住某个公式、某个定理,并非数学命题教学的最终目的,而掌握公式、定理的形成过程,也是数学命题教学的目的之一。
  二、命题教学应重视命题的适用条件
  数学中的公式、定理是由条件和结论组成的命题,结论是在一定条件下才能成立,运用公式、定理,必须要有使公式、定理的结论成立的条件。命题教学中,教师要让学生分清公式、定理的条件和结论,弄清公式、定理的条件和结论间的关系,强调公式、定理适用的范围和成立的条件。
  案例2. 已知各项为正数的等比数列{an}满足a7=a6 2a5,若存在两项am,an,使得 =2 a1,则 的最小值为
  这道题给出的答案解析过程是:设公比为q(q>0),由a7=a6 2a5可得q=2。由 =2 a1得a1qm-1·a1qn-1=8a12,即有m n=5,则 =( )· = ( 5)≥ (2 5)= ,当且仅当 = ,即n=2m= 时等号成立,所以 的最小值为 。   学生的解答思路是:由 =2 a1可得m n=5,又m n≥2 ,所以5≥2 ,即有 ≥ ,因此 ≥2 = ≥ ,即 的最小值为 。
  同一道题,不同的答案,哪一个对呢?事实上,两个答案都是错的。第一种解题思路是对的,但在运用基本不等式求最小值时,取等号的条件“n=2m= ”是取不到的,原因是m,n是正整数,所以答案是错误的;第二种学生的答案也是错的,两次运用基本不等式,既没注意每次取等号的条件,也没注意两次取等号的条件“m=n”与“4m=n”不能同时取得。这两种解法在运用基本不等式时,都是因为没有考虑取等号的条件而出错。
  为什么会出现案例2这种错误呢?主要原因是在运用公式、定理解题时,条件意识不强,没注意结论成立的充分性。比如,教师在讲解例题时,平时因为题目一般给了可以运用公式、定理的条件,在板书时常会出现不写条件,直接运用写结论这种解题不规范错误,这样就给学生造成一种条件可有可无的错觉,而当题目没有给公式、定理适用的条件时,学生机械地套公式、定理解题,就很容易出错。因此,教师在公式、定理教学时,要重视公式、定理的适用条件,做好运用公式、定理解题示范,培养学生运用公式、定理解题时要考虑结论成立时的条件的好习惯。
  三、命题教学应重视命题的内、外在双重特征
  数学中的公式、定理揭示了数学知识的基本规律,具有一定的形式符号化的抽象性和概括性的特征,从形式上看都比较简洁,但内涵丰富。教师在命题教学中,既要从形式上分析公式、定理的特征,还要挖掘公式、定理中隐藏的内在特征。
  案例3:已知等差数列{an}与{bn}的前n项和分别为Sn和Tn,且 = ,求 的值。
  部分学生在解答这道题时,知道是利用等差数列的性质,由a1 a13=2a7,b1 b13=2b7,得 = = = ,但也有不少学生这样解:因为 = ,所以可设Sn=(7n 2)k,Tn=(n 3)k,所以a7=S7-S6=7k,b7=T7-T6=k,所以 =7,出现这种错误解法的原因,主要对等差数列前n项和公式的形式和内涵不清楚,等差数列前n项和公式有两个,第一个公式Sn= 是运用倒序相加法,利用等差数列的性质推导出来,所以在解题时经常和等差数列的性质联系在一起使用,所以该题最优解法是利用等差数列的性质和前n项和公式Sn= 求值;等差数列前n项和第二个公式是在第一个公式的基础上推导出来的,即Sn=na1 d,等价变形为Sn= n2 (a1- )n,可以看出是一个关于n的常数项为0的二次函数。这样,错误解法中虽然可以由 = 设Sn=(7n 2)k,Tn=(n 3)k,保证 = 成立,但因为等差数列前n項和Sn不是关于n的一次函数,而是关于n的二次函数,这样由 = 就不能得到Sn=(7n 2)k,Tn=(n 3)k。如果我们设Sn=nk(7n 2),Tn=nk(n 3),就可以得到正确结果。
  在案例3中,学生对等差数列前n项和公式的形式特征不清楚,不知道等差数列前n项和实质上是一个关于n的二次函数,而选择了错误的求解方法。在命题教学中,教师要和学生一起分析公式、定理形式特征和内在特征,让学生对公式、定理有个清楚的认识和理解,这样学生才会正确地运用公式、定理。
  四、命题教学应重视命题蕴含的数学思想和方法
  数学中的命题是数学基础知识的核心内容,不仅是数学学习和运用的基础,也是数学推理和论证的重要依据,其自身的推理和论证也是提炼数学思想和方法,培养学生思维能力的重要载体。在命题教学中,教师在推导公式、定理后,没有和学生一起分析归纳推导、论证过程中运用的数学思想和方法,导致学生不会运用公式、定理推导过程所蕴含的数学思想和方法解题,数学学习能力也就难以提高。“授人以鱼,不如授人以渔”,在命题教学中,教师不仅要重视公式、定理的推导、论证过程,还要分析和归纳推导、论证过程中运用的数学思想和解题方法。
  案例4:已知函数f(x)=x sin?仔x-3,则f( ) f( ) f( ) … f( )的值为
  . (答案:-8058)
  很多学生在面对这道题时,不知如何下手。事实上,观察该求和式子特征,可以发现首末两项等距离的两项之和等于首末两项之和,这正是等差数列前n项和中具备的特征,因此,可以运用等差数列前n项和公式推导过程中运用的倒序相加法来解该题。事实上,很多重要的数学思想、数学方法,在教材中没有专门表述,但它们却大量地隐含于公式、定理等表层知识的背后,贯穿于数学学习的全过程。因此,教师在教学过程中,应善于化隐为显,精心挖掘,适时提炼,恰如其分地渗透相关的数学思想和方法。
  总之,数学命题教学中,教师要重视命题的形成过程,强调命题的适用条件和内、外在双重特征,重视归纳命题形成过程中蕴含的数学思想和方法,把学过的命题系统化,形成结构紧密的知识体系。
  【参考文献】
  1. 李果明. 中学数学教学建模[M]. 南宁:广西教育出版社,2003.
  2. 麦曦. 中学数学课型与教学模式研究[M]. 广州:新世纪出版社,2002.
  (作者单位:广州市培正中学)
  责任编辑 黄佳锐
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