基于建构式下的解题探究尝试

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  摘 要:建构式教学是新课程理念下的一种教学实施方式,尽管按照学情而言,一味建构是不可取的,但是在某些概念课、复习课等课堂教学时,在启发式中渗透建构式教学是教师教学的一种尝试. 本文将从解题的角度出发,谈谈在解题教学中建构式教学的运用和尝试.
  关键词:建构式;解题教学;启发式;解析几何;圆;三角;探究
  众所周知,解题教学于学生而言是数学学习的核心. 学生对于数学问题的解决、方法选择的优劣、运算和思维的辨别等都依赖于长期的数学解题训练.长期以来,解题教学是以大量的重复训练来代替思维训练,以不断的熟练操作替代数学概念学习的本质,通过训练来了解数学概念、数学知识,这些做法都是低效、死板的.
  随着近年新课程教学诸多全新的教学理念渗透进我们的课堂,解题教学也有了诸多全新尝试. 建构式教学源自美国现实主义教育家杜威的教育理论,强调学生学习的自我开拓性、自主研究性,通过学生自己的探索和建构形成知识. 根据现阶段学情而言,我国中学生要完全脱离教师的启发而实施建构式教学有一定的困难,但是在教师引导下,结合启发式和建构式的教学是完全可以实施的. 这样的解题教学带来下列几个方面好处:
  (1)国家课程改革一直致力于大众教育和精英教育的有机结合,一直致力于培养学生的熟练程度,却忽视了精英学生的培养不是依赖于这种模式的,因此建构式对于有着积极思维、主动性较强的优秀学生而言,是越建构越启发,有助于学生自主解决问题能力的提高;
  (2)建构式教学模式能提升学生独立解决问题的能力,这对学生而言,是一种全新的尝试和实践,对其将来进入更高等学府学习是一种能力上的提高;
  (3)建构式并非全部都是有效的,启发式同样也并非全都无效,高中数学教学问题相对较多,如何选择有效的渗透建构式的解题教学需要教师具体把握.下面,笔者举一个建构式解题教学的案例,供读者参考:
  试题1:设点A和B为圆周x2 y2=1上两动点,且满足与圆内一定点N
  0,
  使∠ANB=,求过点A和B的两条切线的交点M的轨迹方程.
  试题背景:本题改编自江西高考理科第14题,切点弦方程是解析几何中的热点问题,也是高考命题热点之一. 随着导数的引入,它的内涵更加丰富. 本课从圆的切点弦入手,通过对圆的切点弦的证明及运用,用类比的思想使学生易于解决与椭圆、双曲线、抛物线等常见曲线的切点弦有关的问题. 让学生感受到数学知识的内在统一与和谐之美.
  条件分析:(1)已知圆方程,易得以A,B为切点的切线方程;(2)求轨迹方程需找等量关系,由∠ANB=可得A,B坐标的关系,进一步求切点弦AB所在直线方程,从而获解.
  [图1][y][O][x][A][B][M][N]
  难点和关键点:求出切点弦AB所在的直线方程.
  学情分析:学生已明确过圆上一点的切线方程的求法,但对结论的应用还不够熟练.平时应结合圆与圆锥曲线在曲线上某点处的切线方程的推导,使学生能熟记切线方程的统一形式,并灵活应用.
  建构式解题过程
  读题:教师展示:请大家认真读题和观察题目所给的图,找出已知条件并明确需求什么.
  审题:引导学生分析和辨别.
  建构式活动1:如何求轨迹方程?
  学生:需要找等量关系.
  思考:本题的等量关系是什么?可列出怎样的关系式?
  学生:∠ANB=,可利用向量转化为坐标的运算.
  学生求解:设切点A(x1,y1),B(x2,y2),则=
  -x1,-y1
  =
  -x2,-y2
  . 由∠ANB=得·=0,即·=x1x2
  y1-
  y2-
  =x1x2 y1y2-·(y1 y2) =0.
  分析:由式中x1x2,y1y2,y1 y2的结构特点联想到韦达定理,又A,B两点为直线AB与圆的交点,故需求直线AB方程.
  建构式活动2:AB所在的直线方程是什么?
  教师出示题目:过圆C:x2 y2=r2外一点M(x0,y0)作圆的两条切线MA,MB,求切点A,B所在直线方程.
  分析:题目还提供了哪些已知条件?图中以A,B为切点的切线方程分别是什么?
  学生建构式解法三种:
  建构式法一:设A(x1,y1),B(x2,y2),则kOA=,所以kMA=-,
  所以切线MA的方程为:y-y1=-·(x-x1).
  建构式法二:设A(x1,y1),B(x2,y2),切线lMA:y=k1(x-x1) y1,联列lMA与圆C方程得关于x的一元二次方程,由Δ=0得k1=-,所以切线MA的方程为y-y1= -(x-x1).
  建构式法三:设A(x1,y1),B(x2,y2),将y2=r2-x2两边对x求导得2yy′=-2x,于是有y′=-,
  所以切线MA的方程为y-y1=-(x-x1),即x1x y1y=x y=r2,
  同理lMB:x2x y2y=r2. 又M(x0,y0)在直线MA,MB上,则x0x1 y0y1=r2,
  x0x2 y0y2=r2.
  两式表示A(x1,y1),B(x2,y2)两点都在直线x0x y0y=r2上,即切点弦lAB:x0x y0y=r2.
  小结:
  过圆C:x2 y2=r2上一点P(x0,y0)的切线方程为:x0x y0y=r2;
  过圆C:x2 y2=r2外一点P(x0,y0)作圆的切线,切点为A,B,则切点弦AB所在直线方程为:x0x y0y=r2.   具体解题过程:学生求解,教师巡堂.
  解析:设A(x1,y1),B(x2,y2),将y2=r2-x2两边对x求导得2yy′=-2x,于是有y′= -,
  所以切线lMA:x1x y1y=r2,lMB:x2x y2y=r2,
  设M(x0,y0),则切点弦AB所在直线方程为x0x y0y=r2,
  代入x2 y2=1得(x y)x2-2x0x 1-y=0,
  则x1 x2=,
  x1x2= (1).
  将(1)式代入AB直线方程得y1 y2= ,
  y1y2=(2).
  又∠ANB=,由·=0得,
  x1x2
  y1-
  y2-
  =x1x2 y1y2-·(y1 y2) =0 (?),
  将(1)(2)两式代入(?)式化简得3x 3y 4y0-8=0,
  所以交点M的轨迹方程为3x2 3y2 4y-8=0.
  总结提升:
  (1)解题方法总结:导数法求在曲线上某点处的切线方程,设而不求法得切点弦直线方程.
  (2)题目变式引申:上例中的圆能否换成其他的圆锥曲线,求解方法是否相同?如椭圆的切点弦直线方程如何求解?
  给出变式建构(过程略):设点A和B为椭圆 y2=1上两动点,且满足与圆内一定点N
  0,
  使∠ANB=,求过点A和B的两条切线的交点M的轨迹方程.
  回顾本题,学生对本题的解决建构是非常丰富的,既有最基本、最朴实的直线解决方式,也有利用代数思想中重根的解决原理,更有高等数学背景下导数思想方法的渗透,这些都是学生在尝试过程中独立发现和实践的. 事实上,教师将一个问题搬出了多种解答,殊不知很多解法是无益的、低效的,因为这些方法并不是学生亲身实践的产物,只是教师一厢情愿的展示而已. 只有经历学生的思考过程,站在学生角度建构解决方法,才是有生命力的、有效的. 所以,笔者认为解题教学要给予学生充分的思考时间,否则将会是低效甚至无效的.
  试题2:在△ABC中,a,b,c分别是角A,B,C所对的边,已知b2-c2=a2-ac. (1)求B的值;(2)若b=2,求sinA sinC的取值范围.
  分析:这是笔者给出的问题,笔者对第二问进行了学生变式的自主建构,旨在让学生对三角函数中的常见问题进行探索、编制、建构.
  建构式编制1:若b=2,△ABC为锐角三角形,求sinA sinC的取值范围.
  分析1:在上述的解法过程中,正是由于三角形的任意性,故满足条件的角A的范围为
  0,
  ,但如果将△ABC限制为锐角三角形,那么,此时要满足条件,则角A的范围应该为
  ,
  . 范围有了很大的限制,则sinA sinC=·sin
  A
  . 此时仍将A 看成一个整体,则其取值范围是
  ,
  ,于是通过对正弦曲线图象的应用,可以得到sinA sinC∈
  ,
  .
  建构式编制2:若b=2,求ac的最大值.
  建构式编制3:若b=2,求a2 c2的最大值.
  建构式编制4:若b=2,求△ABC的面积的最大值.
  建构式编制5:若b=2,求三角形边b所在高的最大值;
  说明:笔者请学生参与同类型问题的编制,发现尽管围绕着三角形边a,b,可以变化得到不同的问题方式,但殊途同归,无论怎么变化,最后都是在同一个特殊的三角形下确定其最值问题. 而这个最值的确定,就是在这样一个特殊的情景下,尽管三角形在变,但三角形所在的外接圆是稳定的,圆是一个对称图形,利用这个对称性,可以把上述问题全部归源于正三角形下的最值. 通过建构式编制,学生也清晰地了解三角函数背景下的最值问题的导向,有利于知识的巩固和运用.
  总之,建构式教学不仅用于概念课等课堂教学,我们也可以将其用于解题教学的尝试,将理论用于全新的教学实践是对自身教学的一种充实,也提高了教学的效率. 限于水平,本文不足之处请读者指正.
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