“构造”巧架桥天堑变通途

来源 :数学学习与研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xixihahawotiana
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  【摘要】在高中数学阶段,学生灵活使用构造法解题,简捷明快,富有成效,可以优化学生的知识结构,培养学生的创新精神,提高学生分析问题、解决问题的能力.在课堂教学中,教师要渗透构造法,要引导学生强基固本、厚积薄发,还要为学生提供更多的训练素材、更宽裕的时间条件.
  【关键词】高中数学;构造法
  一、构造法的思维特征
  构造法的核心是抓住问题在形式与结构上的本质特征,找出“已知”与“所求或所证”间的联系,多角度多渠道地展开联想,使用已知条件为原材料,引入一个新模型(如函数、方程、不等式、几何体、向量等),使疑难问题得以分解或转化,最终迎刃而解.
  构造法由来已久,在中国古代,以秦汉时期 《九章算术》与魏晋时期 《刘徽注 》为代表的中国传统数学,在从问题出发以解决问题为主旨的发展过程中,建立了以构造性与机械化为特色的算法体系.[1]如祖暅沿用刘徽“牟合方盖”理论,得出“幂势既同,则积不容异”的结论,进而通过构造方法计算出“牟合方盖”的体积,然后导出球的体积.
  高中数学中,构造法随处可见,其应用分为两方面:一是构造法作为辅助手段,且构造并非解决问题的目标,而只是作为转化问题的辅助手段,架起条件与结论间的桥梁,如常见的构造函数解不等式、构造规则几何体求体积;二是存在性命题的构造证明,如某些概念辨析及命题真伪的判断,要求给出满足(或不满足)条件的数学对象,此时需构造实例(或反例).
  二、构造法的应用举例
  构造法不同于常规的逻辑思维方法,没有通用的构造法则和程序直接套用,构造的对象也是多种多样的,如构造函数、向量、方程、图形、数列等,具有鲜明的随机性和创造性,但构造一定要基于数学学科内部各部分之间的有机联系.下面通过几个例子剖析构造法在不同模块中的应用,梳理构造法的思维过程.
  1.构造法在不等式中的应用举例
  点评 本题常见的做法是利用基本不等式进行解答.然而若将题设条件1x 2y=3稍做改造,变形为1x 2y=2×32,可联想到等差中项,故可构造一个等差数列模型,引入变量d进行消元,最终将本题所要求的问题转化为学生熟悉的二次函数最值问题.本解法通过挖掘题设代数式的特征展开联想,构造特殊数列模型,从函数观点认识方程和不等式,感悟数学知识间的关联,别有一番风味.
  2.构造法在三角函数中的应用举例
  点评 本题为三角函数的最值问题,首先可以利用周期性将定义域由R压缩为0,2π,然后用导数的方法求解.但大部分学生并不擅长用导数工具探讨三角函数问题,此时可考虑另辟蹊径.事实上,f(x)=2sin x sin 2x可分解变形为f(x)=sin x sin x sin 2x=sin x sin x sin(π-2x),结合正弦定理,将代数式sin x sin x sin(π-2x)与三角形的周长联系起来,之后运用平面几何知识解决即可.该解法通过对解析式重构和分析,赋予它一定的几何意义,构思精巧,解答形象生动.
  3.构造法在数列中的应用举例
  点评 为求数列的通项公式,我们常常需要对已知等式进行变形,构造出等差(比)数列定义形式,再转化成特殊数列问题.如第(1)问中,将已知条件中两个等式相加,由等比数列的定义可证{an bn}是等比数列,同理,将两式相减可证{an-bn}是等差数列,为第(2)问最终求{an}和{bn}两个一般数列的通项公式做好了铺垫.
  4.构造法在函数中的应用举例
  点评 本题考查函数的单调性,考查考生分析问题、解决问题的能力,考查考生的逻辑推理、直观想象等核心素养.本例题要求判定一个全称命题是假命题,给出不符合条件的函数,此时需构造一个反例.实例与反例的使用,对加深数学理解,提高解题能力均有益处.特别是反例构造,有助于培养逆向思维以及创造性思维.[2]波普尔指出:“一种严格的经验检验总是要力图找到一種反驳、一个反例.”[3]证伪教学有利于学生更全面深刻地理解数学本质.
  5.构造法在立体几何中的应用举例
  点评 上述解法通过构造正方体,将讨论的直线显性化,放置于几何体的表面上进行研究,实现了抽象问题具体化、形象化.立体几何中常常需要通过割补法(补形法)构造规则几何体,求解体积、二面角、异面直线所成角等问题,以降低思维难度.
  三、结束语
  教师在教学过程中使用构造法,突破常规,可迅速找到解决之道,对于培养学生数学抽象、逻辑推理、数学建模、数学运算等核心素养大有裨益.然而构造法也非一朝一夕即可练就,是需要学生扎实的基本功和较强的观察力、想象力和创新能力的.教师要精心设计教学内容和活动,引导学生强化基础知识,在此基础上为学生提供充足的研究时间和空间,尤其是适当安排一些与构造思维相关的数学任务,有意识地为学生创造一些训练机会,耐心指导学生深刻剖析问题的本质特征,敏锐捕捉解题灵感,恰当构造辅助模型.
  【参考文献】[1]吴文俊.关于研究数学在中国的历史与现状:《东方数学典籍〈九章算术〉 及其刘徽注研究》序言[J].自然辩证法通讯,1990 ,12(4):37.39.
  [2]何忆捷,熊斌.中学数学中构造法解题的思维模式及教育价值[J].数学教育学报,2018(2):50-53.
  [3]卡尔·波普尔.猜想与反驳:科学知识的增长 [M].傅季重,纪树立,周昌忠,等,译.杭州:中国美术学院出版社,2003.
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