数学“形似神非”问题的教学价值

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  摘要:“形似神非”问题是指一组外在形式相似或相关,而内在本质具有差异的问题。数学“形似神非”问题的教学价值有:突出概念内涵本质;厘清运算规则要求;感受性质内在差异;体验探究过程与方法。
  關键词:“形似神非”问题初中数学教学价值迁移变式
  “形似神非”问题,是指一组外在形式相似或相关,而内在本质具有差异的问题——可以看作一组迁移程度中等的变式问题。数学“形似神非”问题因与教学内容联系紧密,与教学过程深度融合,蕴含丰富的教学价值,具有整体思考、对比明显、层次丰富的特点,可以帮助学生克服思维定式,完善数学认识。下面,结合一些初中数学教学案例,谈谈数学“形似神非”问题的教学价值。
  一、突出概念内涵本质
  数学概念是数学思维的基础。在初中阶段,数学概念是教学的重难点。对于一些数学概念,教师可以设计相应的“形似神非”问题,引导学生从已有经验出发,通过辨析思考,透过表面形式,抓住内在本质,从而准确理解概念。
  例如,教学苏科版初中数学七年级下册《7.3 图形的平移》一课,得出平移概念后,教师出示如下问题:
  如下页图1,现有四组图形,每组图形中的第二个三角形可以通过第一个三角形平移得到吗?为什么?
  这里,每组图形中的两个三角形的形状、大小均相同,但第二个三角形有的通过第一
  个三角形翻折得到,有的通过旋转得到,只有第三组是通过平移得到的。这样的“形似神非”问题能使学生不断地审视平移概念的内涵,逐步理解其本质属性。
  再如,教学苏科版初中数学八年级上册《6.1 函数》第一课时,得到函数概念后,教师出示如下问题:
  (1)某校八年级5班有44个学生,每个学生在班上有一个座位,那么座位是学生的函数吗?为什么?
  (2)如果实数x是y的绝对值,那么y是x的函数吗?为什么?
  (3)如果一个多边形的边数为n,其内角和为W,那么W是n的函数吗?为什么?
  函数是初中数学的重点内容,反映了变量与变量之间的相互依赖关系。这里设置的“形似神非”问题中都有两个变量,变量与变量之间都存在某种关系。但若仔细对照函数概念,便可发现:问题(1)中,学生和座位均不是数值;问题(2)中,对于正数x的每一个值,y都有两个值和它对应;只有问题(3)中,W是n的函数。通过对这些问题的辨别探讨,学生可以逐步加深对函数概念的理解。
  又如,教学苏科版初中数学九年级下册《6.3 相似图形》第一课时,在思维拓展阶段,教师出示如下问题:
  (1)依次连接一个直角三角形各边的中点,得到的三角形与原三角形相似吗?
  (2)依次连接一个矩形各边的中点,得到的四边形与原矩形相似吗?
  问题(1)中,依次连接一个直角三角形各边的中点,得到的三角形与原三角形相似。问题(2)中,矩形可以分割为两个全等的直角三角形,那么依次连接一个矩形各边的中点,得到的四边形与原矩形是否相似?答案是否定的。因为依次连接一个矩形各边的中点,得到的四边形是菱形,它的四条边只与原矩形的对角线产生联系。因此,从问题(1)到问题(2),不能简单地类比。这样的“形似神非”问题,能够帮助学生加深对相似多边形概念的理解。
  二、厘清运算规则要求
  初中数学包含许多运算的扩展,如从数的运算到式的运算、从解方程到解不等式等。每学一种运算,都有一套新的运算规则。设计“形似神非”问题,能够帮助学生正确认识和掌握新的运算规则,有效区别其与原有运算规则的差异,防止负迁移的产生。
  例如,教学苏科版初中数学七年级下册《8.1 同底数幂的乘法》一课,得出同底数幂的乘法法则后,教师请学生辨析下列计算是否正确:
  (1)x6·x=x6;
  (2)a5·a5=2a5;
  (3)(-4)2m×(-4)3m=165m;
  (4)(a+b)4·(a+b)2=(a+b)6
  其中的一些计算错误在学生学习同底数幂的乘法时十分常见,因为它极易与四则运算法则混淆。通过对这组“形似神非”问题的辨析,可以引导学生在纠错中不断巩固同底数幂的乘法法则,以便熟练掌握法则,有效防止出错。
  再如,教学苏科版初中数学八年级下册《12.3 二次根式的加减》第一课时,得到二次根式的加法法则后,教师请学生辨析下列计算是否正确:
  (1)√3+√2=√5;
  (2)√3-√2=√1;
  (3)√8+√2=3√2;
  (4)√12+√18=5√5。
  二次根式的加减运算是初中数学运算教学中的难点。通过设计“形似神非”问题,能将学生学习中的常见错误及早呈现,帮助学生有效区分它与以往学过的运算法则的异同,以便准确掌握运算法则。
  三、感受性质内在差异
  数学性质源于相关的数学概念,不同的性质体现了数学概念之间不同的根本属性,特别是对函数图像、几何图形的性质而言。设计“形似神非”问题,有助于学生感受这些性质的内在差异,更好地理解和掌握这些性质。
  例如,教学苏科版初中数学八年级下册《11.2 反比例函数的图像与性质》第二课时,得到反比例函数的性质后,教师出示如下问题:
  下列说法是否正确?为什么?
  (1)对于两个函数y=-6/x与y=2x-3,y均随着x的增大而增大;
  (2)对于两个函数y=6/x与y=-2x+3,y均随着x的增大而减小。   这组“形似神非”问题,通过对反比例函数和一次函数的图像、性质进行比较,从而清晰地区分它们之间的区别和联系,以此加深学生对反比例函数图像、性质的理解。
  再如,教学苏科版初中数学九年级上册《2.4 圆周角》第三课时,给出圆的内接四边形概念后,教师出示如下问题:
  (1)三角形都有外接圆吗?
  (2)下列四边形有外接圆吗?如果有,请指出外接圆的圆心;如果没有,请举出反例。
  ①正方形;②矩形;③菱形;④平行四边形;⑤任意四边形。
  (3)上述有外接圆的四边形的对角存在什么关系?
  这组“形似神非”问题,从三角形外接圆问题出发,继而研究各种四边形的外接圆问题。其中,正方形与矩形有外接圆,其他四边形则不一定有。由此,为学生学习圆的内接四边形知识提供了丰富的案例,也为学生区分图形的性质提供了直观的素材。
  四、体验探究过程与方法
  有些“形似神非”问题是课堂探究的绝佳资源,这些问题能使学生经历数学探究具体而微的过程,同时感受从合情推理到逻辑推理、从特殊到一般等研究方法,体会分类讨论、数形结合、转化化归等数学思想方法。
  例如,教学苏科版初中数学七年级下册第9章《乘法公式与因式分解》的“小结与思考”时,在思维拓展阶段,教师出示如下问题:
  如下页图2,已知A型、B型正方形纸片的边长分别是a、b,C型长方形纸片的长与宽分别是a、b。请用A、B、C型三种纸片各若干张,通过拼长方形的方法将下列多项式因式分解。
  (1)①a2+3ab+2b2;②a2+6ab+5b2;③a2+9ab+8b2
  (2)①a2+ab-2b2;②2a2+ab-b2
  这组“形似神非”问题,引导学生经历操作、探索、解决问题的过程,探究拼图与因式分解的内在联系,让学生对实验现象进行分析,通过合情推理、直觉猜想等思维方式,获得拼长方形的规律性认识,感悟数量关系与图形面积关系的相互转化。其中,问题(1)的三个多项式可以通过直接拼长方形的方法进行因式分解,并且由此得出一般性规律,而问题(2)的两个多项式则要通过图形覆盖拼出长方形。这组“形似神非”问题可以丰富学生解决问题的思路方法。
  再如,教學苏科版初中数学九年级上册《2.5 直线与圆的位置关系》第四课时,教师出示如下问题:
  如图3,在四边形ABCD中,∠B=∠C=90°。
  (1)当CD=2 cm,AB=4 cm,BC=4 cm时,线段BC上是否存在点M,使∠AMD=90°?如果存在,求出线段CM的长;如果不存在,说明理由。
  (2)设CD=p cm,AB=q cm,AD=r cm,那么当p、q、r之间满足什么关系时,直线BC上存在点M,使∠AMD=90°?
  这组“形似神非”问题体现了数学研究的一般方法:从特殊或简单的情形着手,将研究方法类比迁移到较为一般或复杂的问题中去;而对一般或复杂问题,又可分多种情况讨论。就数学思想方法教学而言,本例具有很高的教学价值。
  参考文献:
  [1] 倪霞美,喻平.样例学习的心理学研究及其对中学数学教学的启示[J].教育研究与评论(中学教育教学),2019(6).
  [2] 张姝华,喻平.问题解决中迁移的心理学研究及其对中学数学教学的启示[J].教育研究与评论(中学教育教学),2019(9).
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