由一道习题引发的数学探究活动

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  数学探究是高中数学课程中引入的一种新的学习方式,有助于学生初步了解数学概念和结论产生的过程,初步理解直观和严谨的关系,初步尝试数学研究的过程,体验创造的激情,建立严谨的科学态度和不怕困难的科学精神;有助于培养学生勇于质疑和善于反思的习惯,培养学生发现、提出、解决数学问题的能力;有助于发展学生的创新意识和实践能力.
  “探究教学”是高中课程标准的重要理念,笔者所在学校一直尝试陕西师范大学张熊飞教授提出的“诱思探究教学”模式,即让学生“自主、合作、探究”的学习.以下是笔者在《直线的方程》一课中由一道习题引发的一次教学探究活动,现将课堂教学过程整理后展示给大家,供各位同仁斧正!题目:已知实数x,y满足y=x2-2x+2(-1≤x≤1),试求y+3x+2的最值.
  解法探究:抛出问题后,笔者让学生进行自主探究,通过课堂巡视,我发现学生主要通过整体代换或换元思想给出了答案.
  方法一 整体代换
  y+3x+2=x2-2x+5x+2=(x+2)2-6x+1x+2
  =(x+2)2-6(x+2)+13x+2=(x+2)+13x+2-6.
  ∵-1≤x≤1,∴1≤x+2≤3,由“勾函数”及单调性易知:当x+2=1时,原式取最大值为8;当x+2=3时,原式取最小值为43.
  方法二 换元思想
  令t=x+2,则x=t-2,1≤t≤3.
  y+3x+2=x2-2x+5x+2=(t-2)2-2(t-2)+5t
  =t2-6t+13t=t+13t-6.
  以下解法同方法一.
  两种解法给出后,笔者带领学生对其进行点评,比较哪种更加优化,并且作为学生进行数学探究的组织者、指导者、合作者,在为学生提供了这一数学探究的背景材料后,笔者鼓励和帮助学生独立地发现和提出问题:还有什么更好的方法?并鼓励学生可以表达自己的见解和主张——即使是不成熟的想法,也千万别错过这样的机会!
  短暂的思索后,一位平时数学成绩一般的同学把目光投向我,我鼓励他站起来说出他的想法:令k=y+3x+2,本题即求k的最值.我说可以啊,看来你也是进行了整体换元.然后呢?我追问,试图启发他进行下去,但是良久不见下文,我点头示意他就坐,并肯定他的想法,并让大家一起进行合作探讨,看在这名同学思考的基础上能否有新的突破,大家开始小声讨论.不一会儿,有一小组推选出了一个代表发言,于是,有了:
  方法三 数形结合思想
  设k=y+3x+2=y-(-3)x-(-2),原式看成连接点(x,y)和(-2,-3)的直线的斜率,由题意结合图像可知点(x,y)在点(-1,5)和点(1,1)之间运动,因而斜率介于两个临界量之间,即得原式最大值为8,最小值为43.
  看着大家顿悟和羡慕的眼光,我赞扬了前一名同学的抛砖引玉,表扬了后一名同学的思路和清晰的语言表达及勇气.我深知:在学生需要的时候,教师应该成为学生平等的合作者,教师要有勇气和学生一起进行探究,只有这样,才能让学生思维的火花迸发,进而形成更浓郁的讨论氛围.
  变式探究:设点A(2,-3),B(-3,-2),直线l过点P(1,2),且与线段AB相交,求直线l斜率的取值范围.(学生通过数形结合思想很快得到k≤-5或k≥1)
  对本题的三种解法进行小结后我不经意说了一句“大家还有什么想法?”正打算进入下一题讲解时,一位前排就座的女生怯生生地举起了手,我稍一愣,立刻用鼓励的眼神示意她站起来,她给出了:
  方法四
  由题意知1≤x+2≤3,4≤y+3≤8,当y+3取最大且x+2取最小时,原式取最大值8;当y+3取最小且x+2取最大时,原式取最小值43.
  答案一出,全班哗然,有对此方法的“精妙”叫好的,有对此方法的“碰巧”疑惑的,也有不知所措,眼看着我等我的评价的……
  这种思路是我课前没预想到的,我略加思考后,把问题抛给了学生:x与y之间本身有制约关系,能否改变x的取值范围而推翻这一解法呢?
  这时有学生说:如果0≤x≤1,试试看!我说可以,等你们的结果,不一会儿,有做得快的学生说:“结果一样!”有的继续埋头做,有的则凝望着我疑虑重重地等着我的分析.等学生们基本算出结果后,我说:“如果-1≤x≤3,请大家按照方法二和方法四分别计算一下,看结果是否成立.”用方法四的同学很快得到同样的结果,但是不久不同的声音传来:用方法二求出的最大值8没变,最小值变成了213-6.不同的方式方法得到了不同的结果,在交流探究的基础上,通过师生之间和学生之间的讨论,明晰了探究的目的,在讨论中形成了共识,提高了学生对本题知识的认识,更重要的是形成了如今高中课堂所缺失的人气场.同时学生的总结、归纳能力在这一过程中得到培养,最后自主将问题变式,提出新的问题或结论并进行了解决.
  教学后记:本节课是笔者在《直线的方程》一课中一道习题的探究教学案例.实施数学探究性学习,是数学教学和学习方式改革的必由之路,本节课由一道代数式的最值问题,引发了换元思想、数形结合思想,把代数式的最值问题的求法进行了发散.在学生探究性学习活动中,笔者始终能以学生的需要作为第一要义,在本节课的实施过程中,笔者运用了一切可能的手段,不断优化教学设计,时刻激发学生的学习兴趣,创设有效的探究时间和空间,形成了良好的探究风气,让每名学生都有主动探究的机会和欲望,从而真正实现“不同的人在数学上得到不同的发展”.通过这次数学探究活动,促进了学生自主思考、合作探讨,重新归纳总结、建立知识的框架,独立思考问题,提出自己的观点,培养了良好的学习习惯和思维品质.本节课可以说是在预设之中得到了意料之外的收获.
  
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