巧用迭代功能描绘二次函数图象

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  初中阶段的数学教学,函数是一条贯穿始终的主线,而通过绘制函数的图象进而了解函数的性质是一种最直观的方法。初中阶段所研究的函数主要有三种:一次函数、反比例函数、二次函数;不论在学习哪种函数性质之前,都必须首先学会画函数的图象;而不论画哪种函数的图象,其一般步骤都是列表、描点、连线;这样做的目的是让学生通过作图感知函数图象的形状,进而能画出函数图象。但因为篇幅的原因,不可能在作图过程中描出很多的点,所以学生在感知函数图象的过程中就会遇到一些困难,而这也是函数图象教学中的难点所在。几何画板中的迭代功能就可以很好的解决这一难题。
  下面就以几何画板5.03为例,阐述迭代功能在二次函数图象教学中的运用:
  在了解如何利用迭代功能来描绘函数图象之前,有必要先理解几何画板中参数的意义。
  首先,我们平时遇到的参数一般是一个常量。比如一次函数关系式[y=kx b]中的[k]和[b],反比例函数关系式[y=kx]中的[k],二次函数关系式[y=ax2 bx c]中的[a]、[b]、[c]等。
  其次,在几何画板中,参数又是可变的。当利用几何画板新建一个参数后,可以将其选中后通过右键菜单更改其属性进而达到改变参数名称、大小、精确度、变化范围、变化形式等目的。改变参数大小的方法有两种,一是直接改变参数的数值,二是选中参数后通过键盘的“ ”“-”来改变参数的大小,并且每次增加或减少的数值包括参数的变化范围都可以通过更改其属性进行调节,几何画板中参数的这一特点被称为“参数的可变性”,下文在调整参数大小时主要采用的是第二种方法。
  所谓迭代,就是将一个对象(称为原象)通过变化得到另一个对象(称为初象,与原象相对)这一过程进行重复演示。重复的次数被称为迭代深度。
  迭代分为两种,一种称为一般迭代,一种称为深度迭代。两种迭代的区别在于,一般迭代仅能直接显示出迭代的结果,无法清楚体现迭代的过程;而深度迭代是通过控制迭代深度[n],使迭代的过程变得易于观察。两种方法并无本质上的不同,只是深度迭代是由引入的参数决定着迭代的次数,与一般迭代相比,这种方法能更直观的体现变化过程。在下面描绘函数图象的过程中,采用的都是深度迭代的方法。
  下面通过二次次函数来说明:如何利用迭代功能描绘其图象。
  第一,新建一个二次函数。该二次函数既可以是一个具体的函数,也可以是一个包含参数的函数。区别在于如果该二次函数中包含参数,可通过“参数的可变性”来调整该参数的大小,而函数图象也会随之对应变化。
  第二,新建一个参数[x]作为起始点(即原象)的横坐标,通过计算得出该点的纵坐标[y]。值得注意的是,这里的[y]一定是通过新建的二次函数计算得出。具体作法是先点击“数据”菜单中的“计算”选项,再点击新建的函数关系式,最后点击参数[x]。此时更改参数[x]的数值,通过计算得出的[y]值也随之变化。
  第三,点击“绘图”菜单中的“绘制点”选项,依次选定参数[x]、[y],点击“绘制”后该点便在直角坐标系中被绘出。此时,若改变参数[x]的值,不仅参数[y]的值会随之变化,而且利用“绘制”功能绘出的对应点也会随之变化。
  第四,再新建一个参数[d],该参数用来决定起始点的横坐标在水平方向位移的大小。当[d>0]时,起始点在水平方向往右平移,反之往左。根据教学需要,可以通过调整该参数的值改变绘出各点之间的疏密程度。
  第五,通过“数据”菜单中的“计算”功能,计算[x d]的值。该值为起始点在水平方向平移1次后所得点的横坐标;同时,根据迭代规律,该值即为本次深度迭代中的初象。
  第六,新建一个参数[n]作为迭代深度,注意将其属性调整为精确度为“单位”,利用键盘“ ”“-”每次改变1单位。调整完毕后,按住shift键先选中参数[x](即变化中的原象),再选中参数[n],此时要注意点击的先后顺序,软件规定迭代深度要在最后点击。完成后再点击“变换”菜单中的“深度迭代”(原来显示的是“迭代”),在“迭代”对话框弹出后点击[x d]([x d]为变化中的初象,此时初象下面的方框中显示[x d]),最后点击对话框中的“迭代”按钮,完成整个过程。完成过程后会出现一个表格,该表格显示的是迭代次数增加后横坐标与纵坐标的变化情况,但并不是所增加点的坐标;建议隐藏该表格,隐藏后不会影响迭代效果。
  至此,一个利用描点法显示二次函数图象的课件便完成了(如下图所示)。由于起始点的纵坐标由函数计算得出,而坐标系中的点由起始点坐标描出;故整个变化过程中仅通过改变起始点的横坐标就能使坐标系中的点随之变化;迭代就是使起始点横坐标作作一个有规律的变化,通过这个有规律的变化,使坐标系中的点也随之做有规律的变化;迭代不但可以控制该变化规律,而且能将该变化的过程利用键盘的“ ”“-”呈现出来;执教者只需要先调整好起始点的坐標,接着通过更改[d]的值调整点与点之间的疏密程度,最后隐藏表格并选中参数[n],利用键盘的“ ”“-”来控制描点过程,就可以使函数图象教学中的感受过程变得直观形象,使学生更容易接受;学生还可以在教师的动画演示之下进行多种形式的探究,如通过改变参数[a]、[b]、[c]的值观察图象如何变化,通过改变新建函数观察各种函数图象是如何形成的,进而可以转变函数学习方式,使新课程理念能够在函数教学中得以落实。
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