浅析等差数列前N项的和

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  摘要:数列属于刻画离散现象的函数,是一种重要的数学模型。在高中数学数列研究中,等差与等比是其主要的两个基本概念活动。而等差数列前N项和的公式及其简单运用,既与已学的定义、通项公式和性质有着密切关系,也为后来的等比数列前项N和、数列求和等做好铺垫。再者,它与函数、三角、不等式等关联紧密,更是学习极限和微积分的基础。因此,它的有序推导及其运用,能让学生深刻体会从特殊到一般、再从一般到特殊的思维规律,其意义非同一般。
  关键词:高中数学;前N项和教学;等差数列;实践与探析
  数学课程是发展思维、锻铸品质和培育情感的基础性学科。等差数列前N项和公式的推导及其运用,对于逻辑思维发展关键时期的高中生来说,意义特别重大。主要体现在:能帮助学生初步形成认识和解决问题的思路与方法,有效训练思维活动的灵活性和广阔性,促使学生深刻体会模仿与创新的重要性,有助于提高学生的思维水平和推理能力,逐步发展和优化学生的思维层次与品质,促使学生较好地领略并体会数学学科的人文思想与功能。本文试对此作出简要阐述。
  一、关于该内容教学理念设计的简要说明
  课程活动是师生之间对教学内容进行互动探讨和彼此促进的实践。其中教师起着主导作用,学生则发挥着不可替代的主体作用。换言之,教师在开展讲授教学的同时,必须本着“激励、唤醒、鼓舞”的情感艺术原则,辅之以引导学生的自主探究、发现和应用活动,为发展学生思维引路搭桥。通过自主尝试实践,促使学生在深刻感知的基础上,能够有效地揭示该知识的内在联系,从中获取知识、提升能力,为促进他们的专业发展、全面发展和终身发展而奠基铺路。
  二、关于该内容教学目标制定的简要解析
  新课程理念在确立新型教学关系的同时,倡导开展以知识、能力和情感为一体的“三维目标教学”活动。这是教学实践活动的根本指针。一是知识目标:了解定义以及逆向相加原理,理解公式的推导过程并记忆其两种形式;用方程思想认识公式,利用通向公式与求和公式进行求值;利用公式研究前N项和的最值。二是能力目标:在知识形成中培养学生观察、联想、归纳、分析、综合和逻辑推理能力;促使从一般到特殊的认知实践中导出求和公式,逐步培养类比能力;借助对公式的全面剖析,培养思维灵活性,提高学生分析解决问题的能力。三是情感目标:通过发现公式,使学生受到辩证唯物主义教育;通过运用公式,树立其“大众数学”的思想认识;通过具体生动的现实问题和引人入胜的数学史诗,激发学生的探究热情和数学情感。
  三、关于该内容组织教学活动的简要实践
  “数学使人精密”“数学是思维的体操”。这启示数学活动既要循序渐进,又要渗透“数学文化“,才能有效地培养学生素养。
  1、利用数学故事创设教学情境。可利用“泰姬陵传说”或者“小高斯故事”来创设情境并引领课堂学习思维。但学生对“首尾配对”的求和算法可能处于简单的记忆模仿阶段,对此可提出如下问题:“某处有一堆圆木,自上而下的每层数目分别是1,2,3……9。用简便方法计算共有多少根圆木?”从中引导学生发现——高斯的“首尾配对”计算法还要分奇数项和偶数项两种求和;如果使用“几何方法”,把“全等三角形”倒置拼成“平行四边形”而获得新的算法,则更为简便。由此可让学生体验“倒序相加”的合理性,從心理上完成对“首尾配对”算法的改进,能够为即将而来的新学内容起到铺垫作用。
  2、通过列举实例巩固强化新知。在启发引导和合作探究下,通过类比联想等方法推导出“等差数列前n项和公式”还是比较容易的。强调的是,我们应借助数学生活事例,来激发学生的学习兴趣和应用实践心理,从而巩固新学内容,逐步强化其认知感悟和数学情感。
  3、通过两个侧重有效解决问题。教材给出以下两个公式:设等差数列﹛﹜的前n项和公式和为,公差为,那么
  = n+(公式一) = (公式二)
  在解决问题时通过两个侧重实际使用。
  (1)侧重于函数方程思想的公式一 “例:已知﹛﹜为等差数列,前10项的和=100,求前110项的和”
  剖析:方程思想,把题目条件运用前n项和公式,表示成首项和公差的两个方程。
  解析:设﹛﹜的首项为,公差为,那么
  ﹛+×10×9=100
  ﹛100+×100×99=10 解得=- =
  ∴=110+ +×100×109=-100
  观察结构特点,把公式一作如下变形:=+(-1) 这样处理问题时就会显得更方便。同样,函数思想就是运用二次函数的有关知识来解决问题,以此能够凸显数列的函数性质。
  (2)侧重于等差数列性质的公式二。有些涉及等差数列前n项和的题目,常与等差数列的性质融合在一起,我们应当侧重于它的性质公式来解决问题。
  同样,侧重利用等差中项,可以实施等差数列前n项和与其通项的转换:
  由= 变为 =(-1)
  总之,数学活动应首先读懂概念,透析并掌握公式,再与具体问题紧密联系起来,做到重点突出、融会贯通,这样才能事半而功倍。
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