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数学是揭示事物中数量与形体的本质关系与联系的科学,数学中的两大研究对象“数”与“形”的矛盾统一是数学发展的内在因素,“数形结合”贯穿于数学发展中的一条主线,使数学在实践中的应用更加广泛和深远。华罗庚先生说过:“数缺形时少直觉,形少数时难入微,数形结合百般好,隔裂分家万事休”,这句话体现了“数”与 “形”两者不可偏废的唯物主义思想。数形结合就是把抽象的数学语言与直观的图形结合起来思索,使抽象思维与形象思维结合,通过“以形助数”、“由数构形”、“以数解形”,可使得复杂问题简单化,抽象问题具体化,从而起到优化解题途径的目的。运用数形结合思想解题,不仅直观易于寻找解题途径,而且能避免繁杂的计算和推理,简化解题过程。数形结合在解题过程中应用十分广泛,巧妙运用数形结合的数学思想方法来解决一些抽象数学问题,可起到事半功倍的效果。九义初中《数学教学大纲》把数学的精髓——数学思想方法纳入了基础知识的范畴,这是加强数学素质教育的一项创举。数学思想方法既是数学的基础知识,是知识的精髓,又是将知识转化为能力的桥梁,用好了就是能力。因此,在新课程背景下让数形结合成为一种数学教学策略已是必然趋势。而作为教师,不仅培养学生数形结合的数学学习习惯,自己也应把数形结合当成一种数学教学习惯。
一、 利用数形结合创设情景,引导学生正确理解概念掌握知识
笛卡尔曾说过 :“没有任何东西比几何图形更容易印入脑子了”。初中数学各册各章的开头都有章前图,每节课都有节前图,例、习题中叶多辅以图形,而所有这些插图都能体现本章、本例、本习题的主要知识和方法。在教学中,我们应充分利用这些插图,结合实际例子,创设数形结合情景,更好地引入概念,讲解知识。如:七上中,利用温度计的上升与下降,帮助学生理解“有理数中的正、负数”;利用数轴引入“有理数加法法则”;利用天平称帮助学生理解“等式和它的性质”等等,尽量创设数形结合的气氛。
二、在教学中引导学生运用数形结合的方法,巧妙解决数学问题
利用数形结合解题,有着明显的优越性,直观形象,使复杂、抽象的问题成为简单的数学问题。数形结合思想主要的呈现形式为:“以形助数”、“由数构形”、“以数解形”。
1、以形助数:
数学具有高度的抽象性,运用数形结合思想,可以把抽象的“数”转化为直观的“形”,加大解题的透明度。浙教版教材中许多概念、性质、公式都是借助于图形直观表现出来,如有理数借助于数轴,方程和不等式借助于天平称,列方程解应用题借助于示意图,频数分布借助频数分布直方图,这样可以帮助学生理解和掌握抽象的数学知识,起到以形助数的作用。例如,在有理数一章里引入数轴,利用“形”-数轴得到“数”-有理数一系列概念;教学中应借助数轴这个形,加强数形结合思想的培养,这对提高学生分析问题和解决问题的能力是非常重要的。
【案例1】我曾在一堂九年级复习课上,讲评过这样一个题目:
(1)阅读下面材料:点A、B在数轴上分别表示实数a、b,A、B两点之间的距离表示为∣AB∣。
(2)回答下列问题:
① 数轴上表示2和5的两点之间的距离是_____,数轴上表示-2和-5的两点之间的距离是_____ ,数轴上表示1和-3的两点之间的距离是_____;
② 数轴上表示x和-1的两点A和B之间的距离是_____ ,如果∣AB∣=2,那么x为_____;
③ 当代数式∣x+1∣+∣x-2∣取最小值时,相应的x的取值范围是_____。
④ 求∣x-1∣+∣x-2∣+∣x-3∣+……+∣x-2005∣的最小值.
分析:本题是一个中考题,如果直接从绝对值定义去解决比较困难,往往会把学生思维搞乱,难得其解,若借助于数轴分析,则可使问题求解清晰、明朗。
解:①3,3,4;② ,1或-3;③-1≤x≤2;
④从数轴上看,求这最小值,即在数轴上找出表示x的点,使它到表示1,2,3,……,2005的点的距离之和最小,如图3所示:当x=1003时,原式的值最小,为:
(2005-1)+(2004-2)+(2003-3)
+……+(1004-1002)+(1003-1003)
=2004+2002+2000+……+4+2=1005006
2、由数构形:
在解较为复杂的代数题时,运用数形结合思想,通过由数构形求解,可以避开繁琐的运算过程,使解法既简捷又易于理解。
【案例2】在竞赛辅导时,曾有过这样一个题目:
已知正数a、b、c和x、y、z满足a+x=b+y=c+z=k,试说明:ay+bz+cx 分析:根据题设的特点构造几何模型:
解法一:取边长为k的正△PQR,分别在各边上取点L,M,N,使QL=x,LR=a, RM=y,MP=b,PN=z,NQ=c,如图4,由图看出:
S△RML+S△PNM+S△QNL 所以: 12aysin60°+ 12bzsin60°+ 12cxsin60°< 12k·ksin60°,
即:ay+bz+cx< k2
解法二:如图5,取边长为k的正方形,由a+x=b+y=c+z=k,把正方形四边分割,这时:S阴影=ay+bz+cx;S正方形= k2 ;
∵S阴影 3、以数解形:
数形结合思想不仅体现在用代数知识来解决几何问题,在初中几何题中,有不少题目需要通过代数知识来求解,这就是数形结合思想中的“以数解形”,运用得当可以达到事半功倍的效果。
【案例3】如图所示,梯形ABCD中,AD∥BC,∠ABC=90°,AD=9,BC=12,AB=a,在线段BC上任取一点P,连结DP,作射线PE⊥DP,PE与直线AB交于点E。
(1)试确定CP=3时,点E的位置;
(2)若设CP=x,BE=y,试写出y与自变量x的关系式;
(3)若在线段BC上能找到不同的两点 ,使按上述作法得到的点E都与点A重合,试求a的取值范围。
分析:随着a值及点P在BC上位置的变化,运动过程中可能出现以下几种状态:
①图7中,易分析得DP⊥BC时,CP=3,此时E与B重合;
②图6、图8、图9中,均易得∠PDH=90°-∠DPH=∠EPB,从而△PDH∽△EPB,进而利用比例线段确定y与x关系式;
③对于图10,若E与A重合且∠EPD=90°,则必有 、 在以AD为直径的圆上,亦即BC与此圆相交,由此可确定a的取值范围,这体现了数形结合中以数解形的优势。
总之,数形结合能开拓学生的思想,发展智能,在平时的教学中,我们作为教师,应该重视新课程标准的要求,在教学设计、教学方法、教学手段等方面对数形结合的思想和实践经验加以应用,使学生逐渐养成数形结合的习惯,才能真正提高学生的发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力。
一、 利用数形结合创设情景,引导学生正确理解概念掌握知识
笛卡尔曾说过 :“没有任何东西比几何图形更容易印入脑子了”。初中数学各册各章的开头都有章前图,每节课都有节前图,例、习题中叶多辅以图形,而所有这些插图都能体现本章、本例、本习题的主要知识和方法。在教学中,我们应充分利用这些插图,结合实际例子,创设数形结合情景,更好地引入概念,讲解知识。如:七上中,利用温度计的上升与下降,帮助学生理解“有理数中的正、负数”;利用数轴引入“有理数加法法则”;利用天平称帮助学生理解“等式和它的性质”等等,尽量创设数形结合的气氛。
二、在教学中引导学生运用数形结合的方法,巧妙解决数学问题
利用数形结合解题,有着明显的优越性,直观形象,使复杂、抽象的问题成为简单的数学问题。数形结合思想主要的呈现形式为:“以形助数”、“由数构形”、“以数解形”。
1、以形助数:
数学具有高度的抽象性,运用数形结合思想,可以把抽象的“数”转化为直观的“形”,加大解题的透明度。浙教版教材中许多概念、性质、公式都是借助于图形直观表现出来,如有理数借助于数轴,方程和不等式借助于天平称,列方程解应用题借助于示意图,频数分布借助频数分布直方图,这样可以帮助学生理解和掌握抽象的数学知识,起到以形助数的作用。例如,在有理数一章里引入数轴,利用“形”-数轴得到“数”-有理数一系列概念;教学中应借助数轴这个形,加强数形结合思想的培养,这对提高学生分析问题和解决问题的能力是非常重要的。
【案例1】我曾在一堂九年级复习课上,讲评过这样一个题目:
(1)阅读下面材料:点A、B在数轴上分别表示实数a、b,A、B两点之间的距离表示为∣AB∣。
(2)回答下列问题:
① 数轴上表示2和5的两点之间的距离是_____,数轴上表示-2和-5的两点之间的距离是_____ ,数轴上表示1和-3的两点之间的距离是_____;
② 数轴上表示x和-1的两点A和B之间的距离是_____ ,如果∣AB∣=2,那么x为_____;
③ 当代数式∣x+1∣+∣x-2∣取最小值时,相应的x的取值范围是_____。
④ 求∣x-1∣+∣x-2∣+∣x-3∣+……+∣x-2005∣的最小值.
分析:本题是一个中考题,如果直接从绝对值定义去解决比较困难,往往会把学生思维搞乱,难得其解,若借助于数轴分析,则可使问题求解清晰、明朗。
解:①3,3,4;② ,1或-3;③-1≤x≤2;
④从数轴上看,求这最小值,即在数轴上找出表示x的点,使它到表示1,2,3,……,2005的点的距离之和最小,如图3所示:当x=1003时,原式的值最小,为:
(2005-1)+(2004-2)+(2003-3)
+……+(1004-1002)+(1003-1003)
=2004+2002+2000+……+4+2=1005006
2、由数构形:
在解较为复杂的代数题时,运用数形结合思想,通过由数构形求解,可以避开繁琐的运算过程,使解法既简捷又易于理解。
【案例2】在竞赛辅导时,曾有过这样一个题目:
已知正数a、b、c和x、y、z满足a+x=b+y=c+z=k,试说明:ay+bz+cx
解法一:取边长为k的正△PQR,分别在各边上取点L,M,N,使QL=x,LR=a, RM=y,MP=b,PN=z,NQ=c,如图4,由图看出:
S△RML+S△PNM+S△QNL
即:ay+bz+cx< k2
解法二:如图5,取边长为k的正方形,由a+x=b+y=c+z=k,把正方形四边分割,这时:S阴影=ay+bz+cx;S正方形= k2 ;
∵S阴影
数形结合思想不仅体现在用代数知识来解决几何问题,在初中几何题中,有不少题目需要通过代数知识来求解,这就是数形结合思想中的“以数解形”,运用得当可以达到事半功倍的效果。
【案例3】如图所示,梯形ABCD中,AD∥BC,∠ABC=90°,AD=9,BC=12,AB=a,在线段BC上任取一点P,连结DP,作射线PE⊥DP,PE与直线AB交于点E。
(1)试确定CP=3时,点E的位置;
(2)若设CP=x,BE=y,试写出y与自变量x的关系式;
(3)若在线段BC上能找到不同的两点 ,使按上述作法得到的点E都与点A重合,试求a的取值范围。
分析:随着a值及点P在BC上位置的变化,运动过程中可能出现以下几种状态:
①图7中,易分析得DP⊥BC时,CP=3,此时E与B重合;
②图6、图8、图9中,均易得∠PDH=90°-∠DPH=∠EPB,从而△PDH∽△EPB,进而利用比例线段确定y与x关系式;
③对于图10,若E与A重合且∠EPD=90°,则必有 、 在以AD为直径的圆上,亦即BC与此圆相交,由此可确定a的取值范围,这体现了数形结合中以数解形的优势。
总之,数形结合能开拓学生的思想,发展智能,在平时的教学中,我们作为教师,应该重视新课程标准的要求,在教学设计、教学方法、教学手段等方面对数形结合的思想和实践经验加以应用,使学生逐渐养成数形结合的习惯,才能真正提高学生的发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力。