核心素养视野下的高中函数恒(能)成立问题教学“再创造”

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  摘 要:《普通高中数学课程标准(2017年版)》认为:数学学科核心素养集中在数学目标的体现上,主要是学生在学习的时候要体现出一定的数学情感,态度,价值,这个目标的实现是依靠学生在实践过程中逐步形成和发展的.所以数学学科的核心素养应该落实在课堂,教师通过创造性的教学设计,重视辨析概念的内涵和外延,重视问题情景的开放性,重视相关联问题的变式训练,重视学生的自主总结,可以提高学生数学核心素养,发展能力.
  关键词:核心素养;问题情景;变式训练;数学本质
  中图分类号:G632文献标识码:A文章编号:1008-0333(2021)15-0074-02
  高中函数恒(能)成立问题是高考的热点,也是学生学习中的难点,贯穿高中三年数学学习,如何在高三二轮复习中突破难点,提升能力,是每个老师都积极努力的目标.但是高中数学学科因其特殊性,很多高三数学课堂存在一定的困难,包括教师层面重复讲解,学生方面重复训练,最后师生深陷题海,并没有实现数学学科的核心素养这个目标.整体的效率低下,教师和学生都苦不堪言.可见习题教学在高三数学学习的重要性,进行合理的数学学科的教学设计,在实现数学核心素养的目标上往往能起到事半功倍的作用.笔者以一节高三二轮复习课为例阐述如下:
  一、“再创造”的教学设计重视辨析概念的内涵和外延,把握数学本质
  问题一:什么是恒(能)成立问题?
  设计意图:章建跃老师曾说:数学教学的基本任务是帮助学生将数学知识理解到位,并能用于解决实际的问题.我们要讲清楚一类问题,就必须要引导学生弄清其本质,才可以做到更好的去应用.恒成立问题,是高中数学中的全称命题,通常含有“所有的”“任意一个”等全称量词,符号语言可记为x∈M,P(x).能成立问题,是高中数学中的存在命题,通常含有“存在一个”“至少有一个”等存在量词,符号语言可记为x∈M,P(x).并且全称命题x∈M,P(x)的否定为:x∈M,P(x),存在命题x∈M,P(x)的否定为:x∈M,P(x),这里我们可以看出两类问题是可以相互转化的,类比恒(能)成立问题,其实高中数学中很多核心概念如单调性、奇偶性、周期性等都含有“任意”字眼,具有相似的处理策略.笔者认为,尽管二轮复习时间紧任务重,但我们不能就题论题,应引导学生深刻领会常用逻辑用语在数学问题中的作用,才能提升数学的问题解决.
  二、“再创造”的教学设计重视问题情景的开放性,提高探索能力
  例题精讲 已知函数f(x)=lnx-ax,g(x)=x2,a∈R.若f(x)≤g(x)恒成立,求a的取值范围.
  问题二:如何求a的取值范围?
  生1:由题知:lnx-ax≤x2(x>0),ax≥lnx-x2,a≥lnxx-x,令h(x)=lnxx-x,h′(x)=1-x2-lnxx2=0,猜得x0=1,令u(x)=1-x2-lnx,u′(x)=-2x-1x<0,u(x)在(0,+SymboleB@)上为单调减函数,故x∈(0,1)时,u(x)>0,h(x)为单调增函数,x∈(1,+SymboleB@)时,u(x)<0,h(x)为单调减函数,h(x)max=h(1)=-1,所以a≥-1.
  问题三:你们还有没有其他做法?大家思考3分钟.
  生2:令G(x)=lnx-ax-x2,G′(x)=1x-a-2x=-2x2-ax+1x(x>0),令t(x)=-2x2-ax+1,∵t(0)=1>0,记t(x)=0有一正根为x0,当x∈(0,x0)时,G′(x)>0,G(x)为单调增函数,当x∈(x0,+SymboleB@)时,G′(x)<0,G(x)为单调减函数,故G(x)max=G(x0)=lnx0-ax0-x20≤0①,因为t(x0)=0得ax0=1-2x20②,②代入①可得lnx0-1+x2≤0,易得0<x0≤1,由②得a=1x0-2x0(0<x0≤1),故a≥-1.
  生3:令F(x)=lnx-ax-x2≤0对x∈(0,+SymboleB@)恒成立,所以F(1)=-a-1≤0,得a≥-1,所以F(x)=lnx-ax-x2≤lnx+x-x2,易证lnx≤x-1,当且仅当x=1时取“=”,故F(x)≤x-1+x-x2=-(x-1)2≤0,所以a≥-1成立.(教室里出现了掌聲)
  问题四:如果本题是填空题,如何求a的取值范围?
  生4:由题知,ax≥lnx-x2,y=ax与y=lnx-x2皆好作图,如下图易得a的取值范围.
  点评 生1选择了参变分离法,由于分离变量后h(x)的最值好求,故大部分同学皆选此法;生2选择利用函数的性质,通过求导,求G(x)=lnx-ax-x2的最值,只要G(x)max≤0,这个过程中导数的零点存在,直接求出比较繁琐,他采用了“隐零点”的处理方法,求出x0的取值范围,根据x0与a的等量关系求出a的取值范围;生3抓住了F(x)=lnx-ax-x2≤0对x∈(0,+SymboleB@)恒成立这一本质,它一定对x=1时恒成立,故F(1)≤0,求出a的取值范围,这一必要条件开路的技巧,体现了由一般到特殊的性质,数学问题解决的特殊化可使学生的直观想象素养得以提升;生4是把恒成立问题转化为两个图像的位置关系问题,体现了数形结合思想.笔者认为,在二轮复习教学中,学生已经有了一定基础,我们可以设计开放性问题,大胆放手让学生解决,激励学生更好地参与问题,提出不同见解,在多种方法甚至犯错中加深问题理解,优化解题方法,提高复习效率.
  三、“再创造”的教学设计重视学生的自主总结,形成知识体系
  回顾高考 (2020山东)已知函数f(x)=aex-1-lnx+lna.若f(x)≥1,求a的取值范围.   本题的解题方法有多种,其中有的同学说还可以构造同构处理:fx=aex-1-lnx+lna=elna+x-1-lnx+lna≥1等价于elna+x-1+lna+x-1≥lnx+x=elnx+lnx,
  令gx=ex+x,上述不等式等价于glna+x-1≥glnx,显然gx为单调增函数,∴又等价于lna+x-1≥lnx,即lna≥lnx-x+1,令hx=lnx-x+1,则h′x=1x-1=1-xx.
  在0,1上h′(x)>0,h(x)单调递增;在(1,+SymboleB@)上h′(x)<0,h(x)单调递减,
  ∴hxmax=h1=0,lna≥0,即a≥1,∴a的取值范围是[1,+SymboleB@).
  问题五:本节课我们学习了恒(能)成立问题的哪些解决方法?
  设计意图:《普通高中数学课程标准(2017年版)》指出:通过高中数学课程的学习,学生能养成良好的数学学习习惯,发展自主学习的能力.一节高三复习课,作为教师,到底要教会学生什么,通过知识载体能够提升学生哪些数学素养,是我们每一节课前需要仔细思考的问题.笔者认为,让学生“动起来”,“动”“静”结合,有条不紊,才可以不断提高学生的实践能力.本节课留足时间让学生自主总结,可以采用点名提问、小组讨论、师生生生互动点评等方式,增强学生的自主性.引导学生在实践解决问题中,能够自主构建知识网络,绘制数学思维导图如下.在同伴、老师不断提醒中,回顾旧知识,唤起新知识,在同伴老师的赞赏中增强学好数学的自信心,夯实自己的薄弱,强化各自的学习能力,才可以在以后再碰到类似问题,无间断的迁移到本节课所学知识方法,用好用活恒(能)成立问题的解决策略.
  本节课从一个典型例题出发,通过一般化的概念理解,特殊化、类比、联想等思维活动提出新的数学问题和变式,师生探究,学生总结形成解决问题的一般策略,注重数学思想、逻辑连贯、系统总结,用“数学的方式”教数学学数学.通过“创造性”的教学设计,強化“四基”,提高“四能”,超越数学知识而使数学核心素养真正落地.
  参考文献:
  [1]中华人民共和国教育部. 普通高中数学课程标准(2017年版)[M].北京:人民教育出版社,2018(1).
  [2]章建跃.树立课程意识落实核心素养
  [J].数学通报,2016,55(05):1-4+14.
  [3]蔺治萍,郭强,付伟.用好微观分析,管中亦可窥豹——以“函数不等式恒成立的参数范围问题”为例[J].中学数学教学参考,2021(07):42-44.
  [责任编辑:李 璟]
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