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摘 要:应用数学解决实际问题是我们学习数学的终极目标,然而在实际教学中发现,学生的应用能力有待加强. 因此,在高中数学教学过程的始终都应注重学生应用意识的培养,加大应用问题的教学力度. 本文主要从注重“审题”这个角度结合具体例子深入阐述应用题教学.
关键词:高中数学;应用题教学;审题步骤;审题能力
著名数学家华罗庚先生曾这样论述数学的应用:“宇宙之大,粒子之微,火箭之速,化工之巧,无处不用到数学.”伴随着素质教育的实施,联系实际,贴近生活的数学应用题已经走入各省市的试卷之中. 它引导学生从已有的知识和生活经验出发,使其在解决问题的过程中体会数学与自然以及人类社会的密切联系,了解数学的价值,增进对数学的理解和应用数学的信心. 解决这类问题时,首先要在阅读材料、理解题意的基础上,把实际问题抽象为数学问题,即将实际问题经过抽象概括,利用数学知识建立相应的数学模型;再利用数学知识对数学模型进行分析、研究,从而得出结论.
数学应用题可以说是江苏高考的一大特色,几年来持续考查,从未间断,但从阅卷现场来看,学生得分率不是很理想,究其原因,主要是学生审题不清,没有准确的审题,就无法进入分析问题、解决问题的环节,导致学生放弃解答或者草草几笔了事. 那么对于应用题而言究竟该如何审题,本文试借助于2014年江苏高考应用题来阐述审题能力的培养.
案例:2014年江苏高考应用题
真题再现 (2014年江苏高考第18题)如图1,为了保护河上古桥OA,规划建一座新桥BC,同时设立一个圆形保护区.规划要求:新桥BC与河岸AB垂直;保护区的边界为圆心M在线段OA上并与BC相切的圆,且古桥两端O和A到该圆上任意一点的距离均不少于80m. 经测量,点A位于点O正北方向60m处, 点C位于点O正东方向170m处(OC为河岸),tan∠BCO=. (1)求新桥BC的长;(2)当OM多长时,圆形保护区的面积最大?
1. 分层理解
文字语言分为几个层次?初步可划分为4个,第一层:开始的一句话,介绍了问题的背景以及主要话题——建立新桥、设立圆形保护区;第二层:建立新桥与保护区的具体要求;第三层:基本元素之间的数量关系;第四层:解题目标——新桥的长度、保护区面积何时最大.
2. 分类整理
依据上述初步分析,很容易感知到主要信息集中在两个对象新桥(线段BC),保护区(圆M)上,但相对比较分散,采用列表的方式,则可以比较清晰地抓住要领,见表1.
3. 分步反推1——新桥BC的长
(1)题目的条件是什么,一共几个,怎样理解?初步来看有四个.
条件1:“点A位于点O正北方向60m处, 点C位于点O正东方向170m处(OC为河岸)”. 结合图形,不难辨认出,OA⊥OC,OA=60,OC=170.如果建立直角坐标系,点A(0,60),C(170,0).
条件2:“tan∠BCO=”. 可以建立多种数学理解:可以理解为直线BC的斜率为-,也可以理解为∠BCO=arctan是一个定角,可以顺此求出余弦、正弦值;还可以理解为直角三角形中的线段比例关系. 目前,这些形式的理解哪一个更适合本题,暂时还不清楚.
条件3:“新桥BC与河岸AB垂直”,进一步数学化为:BC⊥AB,也可以建立多种理解:一方面是斜率之积互为负倒数;另一方面,∠AOC=∠CBA=,可以构造出相似三角形.
(2)题目的结论是什么,一共几个?怎样理解?
题目的结论是求新桥BC的长,即线段BC的长,一种理解为点与点之间的距离,另一种理解为图形中的边长,具体由条件来确定.
(3)题目的条件与结论有哪些数学联系,解题的逻辑线索是什么?
思路1 由上述分析,若把线段BC的长理解为点与点之间的距离,则关键是求出点B的坐标,其逻辑线索为:线段BC的长?点与点之间的距离?求点的坐标?求直线与直线的方程?求直线的斜率?建立直角坐标系.
思路2 由上述分析,若把线段BC的长理解为边长,则关键是构造出相似三角形,
3. 分步反推2——保护区面积何时最大
(1)题目的条件是什么,一共几个,怎样理解?
在解答了问题1以后,我们可以认为条件有三个.
条件1:“圆心M在线段OA上”,在直角坐标系中,圆心可设为M(0,b),是一个动点,圆是一个动圆.
条件2:“与BC相切”,数学含义是半径r=d,即动点M(0,b)到定直线BC的距离,可以找到r、b之间的关系.
条件3:“古桥两端O和A到该圆上任意一点的距离均不少于80 m”,依据圆的知识可知,圆上任意一点到O和A的最小距离分别为r-b,r-(60-b),所以,条件3的数学含义是r-b≥80,r-(60-b)≥80,这样就给出了变量的取值范围.
(2)题目的结论是什么,一共几个?怎样理解?
题目的结论是求保护区面积何时最大,显然就是求圆的半径何时最大.圆的半径r随着b在变化,而条件3给出了变量的取值范围,这样逻辑轮廓就出来了——建立变量之间的函数关系,依据定义域求出函数最值.
(3)题目的条件与结论有哪些数学联系,解题的逻辑线索是什么?
由上述分析可知,其逻辑线索为:保护区面积最大?半径r的最值?建立r、b之间的函数关系、查找变量的取值范围?求点到直线的距离、建立不等式.
4. 分步表达 (略解)
(1)如图2,以O为坐标原点,OC所在直线为x轴,建立平面直角坐标系xOy.
由条件知A(0,60),C(170,0),
直线BC的斜率kBC=-tan∠BCO= -. 又因为AB⊥BC,所以直线AB的斜率kAB=.
设点B的坐标为(a,b),则kBC==-, kAB==,
解得a=80,b=120.
所以BC==150.
因此新桥BC的长是150 m.
(2)法1:设保护区的边界圆M的半径为r m,OM=d m(0≤d≤60).
由条件知,直线BC的方程为y=-·(x-170),即4x 3y-680=0.
由于圆M与直线BC相切,故点M(0,d)到直线BC的距离是r,
即r==.
因学为O和A到圆M上任意一点的距离均不少于80 m,
所以r-d≥80,
r-(60-d)≥80,
即
-d≥80,
-(60-d)≥80,
解得10≤d≤35.
故当d=10时,r=最大,即圆面积最大.
所以当OM=10 m时,圆形保护区的面积最大.
法2:延长OA,CB交于点F. 设保护区的边界圆M与BC的切点为D,连接MD,则MD⊥BC,且MD是圆M的半径,并设MD=r m,OM=d m(0≤d≤60).
因为OA⊥OC,所以sin∠CFO=cos∠FCO,sin∠CFO ====.
所以r=.
因为O和A到圆M上任意一点的距离均不少于80 m,
所以r-d≥80,
r-(60-d)≥80,
即
-d≥80,
-(60-d)≥80,
解得10≤d≤35.
故当d=10时,r=最大,即圆面积最大.
所以当OM =10 m时,圆形保护区的面积最大.
关于审题的理解
从上述应用题的解答过程我们不难看出,应用题的审题过程应该注意以下方面:
1. 阅读、审题的3个要点
从解答过程看,数学应用题的阅读、审题主要应该包括三个方面:①弄清题目的条件是什么?一共有几个?数学含义是什么?如何表示?②弄清题目的目标是什么?一共有几个,其数学含义是什么?如何表示?③条件与结论有哪些数学联系,是一种怎样的结构,如何实现两者的沟通.
2. 审题的操作
笔者在长期的教学过程中,逐步探索出审题模式——四分法审题.
第一分:分层理解 (1)将应用题的文字语言,依据语意划分为若干层次,概括出各层的含义,明确各层的意义与价值. (2)标出关键词语、专业术语、易漏的地方并着重加以理解,明确其含义.
第二分:分类整理 分类检索,围绕题目中的主要对象进行分类整理,将关于某一对象的相关语句集中到一起,以便于厘清关于这一对象的内在逻辑关系. (1)强调的是解题监控,回头再阅读,此时可依据需要回到相应的文字语句中去检索. (2)在整理过程中,如果出现细节不清的问题,或有某种疑惑,再依据所画的层次与段落,回头仔细研读,再次弄清关系即分类检索. (3)采用画图、列表等方式使题目含义直观化,以便于整体把握.
分层理解、分层整理,强调全面性,细节性. 培养学生逐字逐句的阅读习惯,要求学生在阅读过程中必须对每个字句,每个术语,包括标点符号,题内括注等,都要细致地阅读分析,做到全面准确地理解内容、含义,同时进行初步理解,划分出它的逻辑块.
第三分:分步反推 (1)明确解题目标. (2)以分析法为手段,采用倒推的形式,依次查询本题中各元素之间的关系,最好用图形加以表示. (3)依据上述关系图,恰当选择解题思路.
第四分:分步表达 依据第三步的关系图,按照综合法的书写格式顺藤摸瓜,依次演算.
数学审题、阅读是一个主动建构的过程,而不是机械的,在此过程中既要激活对已有知识、经验,特别是关键词、术语的含义有正确的理解,同时又要思考众多因素之间的逻辑关系,努力实现已知条件与目标之间的沟通.
关于审题能力的培养
1. 充分重视审题、数学阅读的思维过程
世界著名数学教育家弗赖登塔尔曾说过:“与其说让学生学习数学,还不如说让学生学习‘数学化’”. 对于数学应用题而言,解答过程就是一次数学化的过程,而这离不开数学阅读. 但学生的阅读能力却不是教师“讲”出来的,而只能是学生“自我发展”出来的. 这就要求我们老师在平时的应用题教学中,要重视“阅读”的“过程教学”.
2. 真正地保证学生的自主学习
(1)不要帮学生读题 陆游说“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”. 建构主义也告诉我们,学习不是简单的模仿,机械的操作,而是一种主动建构的过程. 因此学生审题的过程更不能由教师包办. 不要帮学生读题,题目展示后,教师就要闭嘴,不要喋喋不休地打扰学生思考,只有学生会阅读了,才能在高考的考场上充分发挥.
(2)给出一个可行的示范与操作步骤 一方面教师要揭示审题的过程,并让学生学会招招式式的操作;另一方面,要能激发起学生积极的心向,让学生自觉参与“阅读”的“过程”,自觉生成对“阅读”的体验,并通过一定量的练习,最后内化为能力.
总之,学生审题能力的培养是一个长期的任务,它几乎无捷径可走,只有在学生自己反复的练习、教师的分析指导中逐步养成. 学生经过了尝试,才会有体会和感受,才会更深刻地理解教师的分析、指导,而教师的包办代替只能扼杀学生的思想. 在今后教学中还要经常提醒学生仔细读题,认真审题,要不断做学生的表率,传授他们审题的技巧及方法,提高解题的正确率,提高学生的审题能力,提高教学效果.
关键词:高中数学;应用题教学;审题步骤;审题能力
著名数学家华罗庚先生曾这样论述数学的应用:“宇宙之大,粒子之微,火箭之速,化工之巧,无处不用到数学.”伴随着素质教育的实施,联系实际,贴近生活的数学应用题已经走入各省市的试卷之中. 它引导学生从已有的知识和生活经验出发,使其在解决问题的过程中体会数学与自然以及人类社会的密切联系,了解数学的价值,增进对数学的理解和应用数学的信心. 解决这类问题时,首先要在阅读材料、理解题意的基础上,把实际问题抽象为数学问题,即将实际问题经过抽象概括,利用数学知识建立相应的数学模型;再利用数学知识对数学模型进行分析、研究,从而得出结论.
数学应用题可以说是江苏高考的一大特色,几年来持续考查,从未间断,但从阅卷现场来看,学生得分率不是很理想,究其原因,主要是学生审题不清,没有准确的审题,就无法进入分析问题、解决问题的环节,导致学生放弃解答或者草草几笔了事. 那么对于应用题而言究竟该如何审题,本文试借助于2014年江苏高考应用题来阐述审题能力的培养.
案例:2014年江苏高考应用题
真题再现 (2014年江苏高考第18题)如图1,为了保护河上古桥OA,规划建一座新桥BC,同时设立一个圆形保护区.规划要求:新桥BC与河岸AB垂直;保护区的边界为圆心M在线段OA上并与BC相切的圆,且古桥两端O和A到该圆上任意一点的距离均不少于80m. 经测量,点A位于点O正北方向60m处, 点C位于点O正东方向170m处(OC为河岸),tan∠BCO=. (1)求新桥BC的长;(2)当OM多长时,圆形保护区的面积最大?
1. 分层理解
文字语言分为几个层次?初步可划分为4个,第一层:开始的一句话,介绍了问题的背景以及主要话题——建立新桥、设立圆形保护区;第二层:建立新桥与保护区的具体要求;第三层:基本元素之间的数量关系;第四层:解题目标——新桥的长度、保护区面积何时最大.
2. 分类整理
依据上述初步分析,很容易感知到主要信息集中在两个对象新桥(线段BC),保护区(圆M)上,但相对比较分散,采用列表的方式,则可以比较清晰地抓住要领,见表1.
3. 分步反推1——新桥BC的长
(1)题目的条件是什么,一共几个,怎样理解?初步来看有四个.
条件1:“点A位于点O正北方向60m处, 点C位于点O正东方向170m处(OC为河岸)”. 结合图形,不难辨认出,OA⊥OC,OA=60,OC=170.如果建立直角坐标系,点A(0,60),C(170,0).
条件2:“tan∠BCO=”. 可以建立多种数学理解:可以理解为直线BC的斜率为-,也可以理解为∠BCO=arctan是一个定角,可以顺此求出余弦、正弦值;还可以理解为直角三角形中的线段比例关系. 目前,这些形式的理解哪一个更适合本题,暂时还不清楚.
条件3:“新桥BC与河岸AB垂直”,进一步数学化为:BC⊥AB,也可以建立多种理解:一方面是斜率之积互为负倒数;另一方面,∠AOC=∠CBA=,可以构造出相似三角形.
(2)题目的结论是什么,一共几个?怎样理解?
题目的结论是求新桥BC的长,即线段BC的长,一种理解为点与点之间的距离,另一种理解为图形中的边长,具体由条件来确定.
(3)题目的条件与结论有哪些数学联系,解题的逻辑线索是什么?
思路1 由上述分析,若把线段BC的长理解为点与点之间的距离,则关键是求出点B的坐标,其逻辑线索为:线段BC的长?点与点之间的距离?求点的坐标?求直线与直线的方程?求直线的斜率?建立直角坐标系.
思路2 由上述分析,若把线段BC的长理解为边长,则关键是构造出相似三角形,
3. 分步反推2——保护区面积何时最大
(1)题目的条件是什么,一共几个,怎样理解?
在解答了问题1以后,我们可以认为条件有三个.
条件1:“圆心M在线段OA上”,在直角坐标系中,圆心可设为M(0,b),是一个动点,圆是一个动圆.
条件2:“与BC相切”,数学含义是半径r=d,即动点M(0,b)到定直线BC的距离,可以找到r、b之间的关系.
条件3:“古桥两端O和A到该圆上任意一点的距离均不少于80 m”,依据圆的知识可知,圆上任意一点到O和A的最小距离分别为r-b,r-(60-b),所以,条件3的数学含义是r-b≥80,r-(60-b)≥80,这样就给出了变量的取值范围.
(2)题目的结论是什么,一共几个?怎样理解?
题目的结论是求保护区面积何时最大,显然就是求圆的半径何时最大.圆的半径r随着b在变化,而条件3给出了变量的取值范围,这样逻辑轮廓就出来了——建立变量之间的函数关系,依据定义域求出函数最值.
(3)题目的条件与结论有哪些数学联系,解题的逻辑线索是什么?
由上述分析可知,其逻辑线索为:保护区面积最大?半径r的最值?建立r、b之间的函数关系、查找变量的取值范围?求点到直线的距离、建立不等式.
4. 分步表达 (略解)
(1)如图2,以O为坐标原点,OC所在直线为x轴,建立平面直角坐标系xOy.
由条件知A(0,60),C(170,0),
直线BC的斜率kBC=-tan∠BCO= -. 又因为AB⊥BC,所以直线AB的斜率kAB=.
设点B的坐标为(a,b),则kBC==-, kAB==,
解得a=80,b=120.
所以BC==150.
因此新桥BC的长是150 m.
(2)法1:设保护区的边界圆M的半径为r m,OM=d m(0≤d≤60).
由条件知,直线BC的方程为y=-·(x-170),即4x 3y-680=0.
由于圆M与直线BC相切,故点M(0,d)到直线BC的距离是r,
即r==.
因学为O和A到圆M上任意一点的距离均不少于80 m,
所以r-d≥80,
r-(60-d)≥80,
即
-d≥80,
-(60-d)≥80,
解得10≤d≤35.
故当d=10时,r=最大,即圆面积最大.
所以当OM=10 m时,圆形保护区的面积最大.
法2:延长OA,CB交于点F. 设保护区的边界圆M与BC的切点为D,连接MD,则MD⊥BC,且MD是圆M的半径,并设MD=r m,OM=d m(0≤d≤60).
因为OA⊥OC,所以sin∠CFO=cos∠FCO,sin∠CFO ====.
所以r=.
因为O和A到圆M上任意一点的距离均不少于80 m,
所以r-d≥80,
r-(60-d)≥80,
即
-d≥80,
-(60-d)≥80,
解得10≤d≤35.
故当d=10时,r=最大,即圆面积最大.
所以当OM =10 m时,圆形保护区的面积最大.
关于审题的理解
从上述应用题的解答过程我们不难看出,应用题的审题过程应该注意以下方面:
1. 阅读、审题的3个要点
从解答过程看,数学应用题的阅读、审题主要应该包括三个方面:①弄清题目的条件是什么?一共有几个?数学含义是什么?如何表示?②弄清题目的目标是什么?一共有几个,其数学含义是什么?如何表示?③条件与结论有哪些数学联系,是一种怎样的结构,如何实现两者的沟通.
2. 审题的操作
笔者在长期的教学过程中,逐步探索出审题模式——四分法审题.
第一分:分层理解 (1)将应用题的文字语言,依据语意划分为若干层次,概括出各层的含义,明确各层的意义与价值. (2)标出关键词语、专业术语、易漏的地方并着重加以理解,明确其含义.
第二分:分类整理 分类检索,围绕题目中的主要对象进行分类整理,将关于某一对象的相关语句集中到一起,以便于厘清关于这一对象的内在逻辑关系. (1)强调的是解题监控,回头再阅读,此时可依据需要回到相应的文字语句中去检索. (2)在整理过程中,如果出现细节不清的问题,或有某种疑惑,再依据所画的层次与段落,回头仔细研读,再次弄清关系即分类检索. (3)采用画图、列表等方式使题目含义直观化,以便于整体把握.
分层理解、分层整理,强调全面性,细节性. 培养学生逐字逐句的阅读习惯,要求学生在阅读过程中必须对每个字句,每个术语,包括标点符号,题内括注等,都要细致地阅读分析,做到全面准确地理解内容、含义,同时进行初步理解,划分出它的逻辑块.
第三分:分步反推 (1)明确解题目标. (2)以分析法为手段,采用倒推的形式,依次查询本题中各元素之间的关系,最好用图形加以表示. (3)依据上述关系图,恰当选择解题思路.
第四分:分步表达 依据第三步的关系图,按照综合法的书写格式顺藤摸瓜,依次演算.
数学审题、阅读是一个主动建构的过程,而不是机械的,在此过程中既要激活对已有知识、经验,特别是关键词、术语的含义有正确的理解,同时又要思考众多因素之间的逻辑关系,努力实现已知条件与目标之间的沟通.
关于审题能力的培养
1. 充分重视审题、数学阅读的思维过程
世界著名数学教育家弗赖登塔尔曾说过:“与其说让学生学习数学,还不如说让学生学习‘数学化’”. 对于数学应用题而言,解答过程就是一次数学化的过程,而这离不开数学阅读. 但学生的阅读能力却不是教师“讲”出来的,而只能是学生“自我发展”出来的. 这就要求我们老师在平时的应用题教学中,要重视“阅读”的“过程教学”.
2. 真正地保证学生的自主学习
(1)不要帮学生读题 陆游说“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”. 建构主义也告诉我们,学习不是简单的模仿,机械的操作,而是一种主动建构的过程. 因此学生审题的过程更不能由教师包办. 不要帮学生读题,题目展示后,教师就要闭嘴,不要喋喋不休地打扰学生思考,只有学生会阅读了,才能在高考的考场上充分发挥.
(2)给出一个可行的示范与操作步骤 一方面教师要揭示审题的过程,并让学生学会招招式式的操作;另一方面,要能激发起学生积极的心向,让学生自觉参与“阅读”的“过程”,自觉生成对“阅读”的体验,并通过一定量的练习,最后内化为能力.
总之,学生审题能力的培养是一个长期的任务,它几乎无捷径可走,只有在学生自己反复的练习、教师的分析指导中逐步养成. 学生经过了尝试,才会有体会和感受,才会更深刻地理解教师的分析、指导,而教师的包办代替只能扼杀学生的思想. 在今后教学中还要经常提醒学生仔细读题,认真审题,要不断做学生的表率,传授他们审题的技巧及方法,提高解题的正确率,提高学生的审题能力,提高教学效果.