二分法求方程的近似解

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  摘 要:数学方法是人类通过长期的实践活动,在运用数学思想和数学语言提出问题、解决问题的过程中,形成的稳定的、实效的数学活动手段、方式或途径.“二分法”是数学新课程的新增内容,它体现了数学课程与信息技术的结合,既要掌握基本的算法思想,又要恰当地运用计算器,合理组织技术平台下的数学活动.
  关键词:数学方法;二分法求方程;教学过程的整体分析
  数学方法是人类通过长期的实践活动,在运用数学思想和数学语言提出问题、解决问题的过程中,形成的稳定的、实效的数学活动手段、方式或途径。从心理学上看,数学方法属于程序性知识.在中小学阶段,大多数数学方法属于基本技能范畴,需要学生识记、掌握,甚至达到“自动化”程度.但是数学教学不仅要教学生“学知识”,还要教学生“怎样学知识”,让学生经历知识的发生发展过程,体会数学活动的过程和经验,不但要提高解题能力,还要提升对知识体系与内涵的理解,才能达到新课程(高考或课标)的要求,这一点对我们数学老师来说不容易.下面就以我听过的一节协作校(市级)公开课“二分法求方程的近似解”课堂实录(片段)做分析,整理如下与大家分享.
  1 研究目的
  “二分法”是数学新课程的新增内容,它体现了数学课程与信息技术的结合,既要掌握基本的算法思想,又要恰当地运用计算器,合理组织技术平台下的数学活动.上好这样一堂课,不仅需要研究教材,确定合适的技能目标,还要研究教学法,选择合适的教学方法,设计合适的教学过程.
  3 核心知识与方法论
  二分法的本质在于逼近,除了二分,还可以三分、四分、0.618分(黄金分割),这些都体现了数学计算的逼近思想.二分法还是运用函数观点解决方程问题的重要方法之一,体现了函数与方程之间的内在联系.“函数的零点”与“方程的解”之间的关系,是理解二分法的关键,抓住这个关键点,也就抓住了函数与方程之间的内在联系.
  由此可见,本课的核心概念是:方程与方程的解,函数与函数的零点,方程与函数的关系,函数的图像,区间的中间值.必须掌握的技能是二分法的算法思想步骤.需要认识的数学思想是:函数思想,算法思想,逼近思想,数形结合思想.
  4 教学过程的整体分析
  4.1 教学模式
  本课所采用的教学方式是教师启发下的学生自主探究.教师以问题作为教学的出发点,不直接下结论,通过问题情境,提出问题引领学生思考,探索问题的解决办法,形成基本的算法,并在具体的应用中反思、巩固建构学习的成果。
  4.2 闪光点
  4.2.1 努力展示学生的思维过程
  本课中,教师并不满足于学生答对问题,而是通过追问,检查学生的思考状况,明确每一个思维环节的意义,让学生加深对知识的理解。如例一中,
  为什么要画函数的图像?
  为什么范围在3到4之间?
  你怎么判断在3到4之间?看出来的还是算出来的?
  为什么想到取3.5?
  数学是思维的科学,数学教学是思维的教学。在课堂教学过程中,及时追问是提高学生思维参与、加速知识领悟的重要策略。面对学生简单、短小的回答,教师需要及时追问,在追问的过程中了解学生的理解程度,捕捉可能的问题,补救可能的不足。
  4.2.2 以问题引领学生思考
  赫尔墨斯指出:“问题是数学的心脏”。教学效果的好坏,很大程度取决于教师所设计数学问题的优劣。本课中,教师设计的问题,大都是明确的、容易引起学生思维的问题:
  问题1:游戏中有什么技巧?游戏中包含了什么样的数学方法?
  问题2:如何求方程的近似根?
  问题3:请用二分法求方程的近似解;
  在与学生互动过程中,教师又以几个小问题步步引导学生思考,如:
  ①如何利用上面的游戏活动中的思想设计求近似解的方案?
  ②如何判断方程的根所在的区间?
  ③如何缩小方程的根所在的区间?
  ④回忆:如果二次函数在区间(a,b)上满足f(a)f(b)<0,那么其零点满足什么条件?
  这些问题的设计,紧紧围绕“二分法求方程的近似解”这一主题,层次分明,条理清晰,符合学生的认知规律 。
  4.2.3 计算器支持数学探究顺利开展
  计算器的使用不是学生活动的重点,而是支持学生开展探究活动的实验平台。学生能够独立地、熟练地使用计算器,在计算器上的操作成为观察函数值、选择区间、判断中止条件的有力工具,使学生集中精力于算法的探索和检验,保证了学生高水平的智力参与,保证了课堂探究目标的高效率实现。
  5 不足之处与建议
  教师是教学的主导。主导在很大程度上可以理解为教学向导,即在教学过程中进行启发、暗示、引导。在探究教学中,教师的主导作用体现在:提供探究方向,提高探究目标,启发探究方法等等。通俗地讲,就是学生能做的,就让学生自己去做,教师把握一个方向即可。
  整体而言,本节课的教师教授还是有点偏多,某些关键点还有直接告知学生的现象。如逼近思想就是老师直接提出的。又如例1提出后,马上就给出4个指导性问题,在方法上这无疑限制了学生的探索,尤其第4个问题,实际上是直接指示了解题的方法。
  本课在提示语的启发上还可以做得更好一些。数学教学启发,最基本的方法就是能运用“元认知提示语”(也即“知识的就近原则”)由远及近地进行引导。比如本节课的逼近思想不妨可以这样设计:
  (1)游戏时有什么技巧?
  教师的提示语:想想整个过程,你是怎么做的?第一步是什么?第二步是什么?……怎么简要说明步骤等.
  (2)游戏中包含了什么样的数学方法?
  教师提示语:从总结出的步骤想想看,对我们平常的数学活动有什么启发?比如第一步,在数学中有没有这样类似的做法,叫什么?第二步呢?……整个步骤又说明什么?
  请学生回答,教师板书要点(如:估算、猜想、二分、逼近、程序化等),然后总结。
  这样学生就会对算法和数学思想形成充分的经验,为后面求方程的近似值,提供更加有效的学习。
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