2 化歸的思想方法
“化歸”是轉化和歸結的簡稱。化歸是數學研究問題的一般思想方法和解決問題的一種策略。在數學方法中所論及的“化歸”方法是指數學家在解決問題的過程中,不是對問題進行直接攻擊,而是把待解決的問題進行變形,轉化,直接歸結到一類已經能解決或者比較容易解決的問題中去,最終獲得原問題解答的一種手段和方法。
但是如果問題較復雜,往往通過一次“化歸”還不能解決問題,可連續(xù)地施行轉化,直到歸結為一個已經能解決或較易解決的問題,其“化歸”的次數是隨著問題的難易而定。
中學數學處處都體現出化歸的思想,如化繁為簡、化難為易,化未知為已知,化高次為低次等,它是解決問題的一種最基本的思想。在具體內容上,有加法與減法的轉化,乘法與除法的轉化,乘方與開方的轉化,以及添加輔助線,增設輔助元等等都是實現轉化的具體手段。因此,在教學中首先要讓學生認識到,常用的很多數學方法實質上就是轉化的方法,從而確信轉化是可能的,而且是必須的。其次要結合具體教學內容進行有意識的訓練,使學生掌握這一具有重大價值的思想方法。在具體教學過程中設出問題讓學生去觀察,探索轉化的路子。例如在求解分式方程時,運用化歸的方法,將分式方程轉化為整式方程,進而求得分式方程的解,又如求解二元一次方程組時的“消元”,解一元二次方程時的“降次”都是化歸的具體體現。
3 數形結合的思想方法
數學是研究現實世界的空間形式和數量關系的科學,也就是數與形。數與形是中學數學的主體,是中學數學論述的兩大重要內容。數形結合的思想方法是指在研究某一對象時,既分析其代數意義,又揭示其幾何意義,用代數方法分析圖形,借助圖形直觀理解數、式中的關系,使數與形各展其長,優(yōu)勢互補,相輔相成,使邏輯思維與形象思維完美地結合起來。數形結合思想方法采用了代數方法與幾何方法中最好的方面:幾何圖形形象直觀,便于理解;代數方法的一般性與嚴謹性、解題過程的機械化、可操作性強,便于把握。因此數形結合的思想方法是學好初中數學的重要思想方法。
辯證唯物主義認為,事物是互相聯系并在一定條件下可以互相轉化的?!靶巍迸c“數”既有區(qū)別又有聯系,直角坐標系的建立產生了“坐標法”,從而實現了它們之間的轉化。在代數與幾何的學習過程中,自始至終貫徹“數形結合”的思想。它不僅使幾何、代數、三角知識互相滲透融于一體,又能揭示問題的實質,在解題方法上簡捷明快,獨辟蹊徑,既能開發(fā)智力,又培養(yǎng)創(chuàng)造性思維,提高分析問題和解決問題的能力。著名數學家華羅庚說過:“數與形,本是相倚依,焉能分作兩邊飛,數缺形時少直觀,形少數時難入微,數形結合百般好,隔裂分家萬事休,切莫忘,幾何、代數統(tǒng)一體;永遠聯系,切莫分離”。數形結合,直觀又入微,不少精巧的解法正是數形相輔相成的產物。
數形結合的思想,可以使學生從不同的側面理解問題,加深對問題的認識,提供解決問題的方法,有利于培養(yǎng)學生將實際問題轉化為數學問題的能力。數形結合的載體是數軸,依靠數軸反映出數與點的對應關系,是學生學習數學的一大飛躍。運用數形結合的思想方法思考問題,能給抽象的數量關系以形象的幾何直觀,也能把幾何圖形問題轉化為數量關系問題去解決。
(1)由“數”思“形”,數形結合,用形解決數的問題。
運用圖形方法解題的關鍵在于圖形的構造,而構造圖形是一項創(chuàng)造性的思維活動,圖形的構造無規(guī)則可循,也不能生搬硬套,墨守成規(guī),同步自封。從宏觀上講,構造圖形就是善于科學抽象,善于抓住起關鍵作用的一些量和相依關系,巧妙地運用數學符號,式子規(guī)律去刻劃其內在的關系。其思考途徑,用圖表示如圖1。
比如通過數形結合的數學思想方法來學習相反數、絕對值的定義,有理數大小比較的法則,函數等,可以大大減輕學生學習這些知識的難度,數形結合思想的教學應貫穿于整個數學教學的始終。
(2)由“形”思“數”,數形結合,用數解決形的問題。
數形結合解決問題,常以純代數問題轉化為幾何問題,即變抽象為具體來加以討論,以達到事半功倍之目的。其實,對于一些純幾何問題轉變?yōu)榇鷶祮栴}來解決也有此功效。
例如B、C為線段AD上兩點,M是AB的中點,N是CD的中點,若AD=a,Bc=b,則MN=?
分析:由題意可知,B、C兩點的位置有兩種情況(圖2)。
綜上所述,數形結合的實際效果,或是化抽象為直觀,或是化技巧為程序操作,無論哪一種形式都更好地實現了從未知到已知的轉化,所以說數形結合是轉化的一種手段。
4 分類討論的思想方法
“分類”源于生活,存在于生活,分類思想是自然科學乃至社會科學中的基本邏輯方法,分類思想方法是一種等價特殊化。其基本思想是:為了解決一個有關一般對象X的問題,可將x分解為特殊的組合,而關于特殊對象的問題是易于30724aa0145e7ae71d7f17b4e95f1d551c520fea1774572abf7585f5385526aa解決的。人們可以從這種對象的組合過渡到解的組合而獲德原問題的解。
分類也是研究數學問題的重要思想方法,它始終貫穿于整個數學教學中。從整體布局上看,中學數學分代數、幾何兩大類,采用不同方法進行研究,就是分類思想的體現;從具體內容上看,初中數學中實數的分類,式的分類,三角形的分類,方程的分類,函數的分類等等,也是分類思想的具體體現。對學習內容進行分類,降低了學習難度,增強了學習的針對性,在教學需要時啟發(fā)學生按不同的情況去對同一對象進行分類,幫助他們掌握好分類的方法原則,形成分類的思想。
在初中數學中,分類討論的問題主要表現三個方面:(1)有的概念、定理的論證包含多種情況,這類問題需要分類討論,如幾何中三角形的分類、四邊形的分類、角的分類、圓周角定理、圓冪定理、弦切角定理等的證明,都涉及到分類討論。(2)解含字母系數或絕對值符號的方程、不等式,討論算術根、正比例和反比例函數中的比例系數、二次函數中二次項系數a與圖象的開口方向等,由于這些系數的取值不同或要去掉絕對值符號就有不同的結果,這類問題需要分類討論。(3)有的數學問題,雖然結論唯一,但導致這結論的前提不盡相同,這類問題也要分類討論。
分類時要注意:(1)標準相同;(2)不重不漏;(3)分類討論應當逐級進行,不能越級。
5 函數與方程的思想方法
函數思想是指用運動、變化、聯系、對應的觀點,分析數學與實際生活中的數量關系,通過函數這種數量關系表示出來并加以研究,從而使問題獲得解決的思想。方程思想是指把表示變量問關系的解析式看作方程,通過解方程或對方程的研究,使問題得到解決的思想。
函數思想是客觀世界中事物運動變化、相互聯系、相互制約的普遍規(guī)律在數學中的反映。它的本質是變量之間的對應。辯證唯物主義認為,世界上一切事物都是處在運動、變化和發(fā)展的過程中,這就要求我們教學中重視函數的思想方法的教學。函數思想方法,是指用函數的概念和性質去分析問題、轉化問題和解決問題。它有別于象前面所述的幾種數學思想方法,它是內容與思想方法的二位一體。初中代數中的正比例函數、反比例函數、一次函數和二次函數雖然安排在初三學習,但函數思想從初一就已經開始滲透。這就要求教師在教學上要有意識、有計劃、有目的地進行函數思想方法的培養(yǎng)。
例如,進行代數第一冊“求代數式的值”的教學時,通過強調解題的條件“當??時,”滲透函數的思想方法—— 字母每取一個值,代數式就有唯一確定的值。這實際上是把第三冊中函數問題的一種前置,既滲透了函數思想方法,又為函數的學習埋下了伏筆。
又如,用直角三角形邊與邊的比值定義的銳角三角函數:在直角坐標系中,由角的終邊上一點引出的三個量x,y,r中任意兩個量之比定義任意角的三角函數等,一系列的知識體系,自始至終貫穿了函數、映射、對應的思想方法。
再如,通過討論矩形面積一定時,長與寬之間的關系;長一定時,面積與寬的關系;寬一定時,面積與長的關系。將靜態(tài)的知識模式演變?yōu)閯討B(tài)的討論,這樣實際上就賦予了函數的形式,在學生的頭腦中就形成了以運動的觀點去領會知識,這是發(fā)展函數思想的重要途徑。
當然,初中數學學習的思想方法還有很多,如觀察與實驗、分析與綜合、歸納與類比以及集合論的思想方法,幾何變換的思想方法等等。我們在教學實踐中應立足于數學思想方法教學,充分挖掘教材中的數學思想方法,有目的、有意識、有計劃的滲透、介紹和強調數學思想方法,減少盲目性和隨意性,去精心設計每一個單元、每一堂課的教學目標以及問題提出、情景創(chuàng)設等教學過程的各個環(huán)節(jié)。
只有讓學生掌握了這把金鑰匙,才能使學生學好數學,提高數學素養(yǎng),增強創(chuàng)新意識,提高創(chuàng)新能力。
方程思想具有很豐富的含義,其核心體現在:(1)建模思想。(2)化歸思想,如在初中數學中,三元一次方程組可以化歸為二元一次方程組,二元一次方程組最終化歸為x=a的形式。
對初中生來說,學習方程內容最主要的事情集中在兩個方面:一方面是建模;另一方面是會解方程。對于后者來說,解方程的關鍵在于轉化,即將新的問題化歸為以前可以解決的問題,利用以前的算法解決。這種化歸、迭代的思想正是當代計算機的思想。
方程與函數思想緊密聯系、相互滲透,方程思想在函數中的應用可形成如下的結構系統(tǒng):方程思想—系數法、消元法、判別式法—求解析式、判別函數圖象之間的位置、求函數圖像交點。
上述數學思想不是孤立的,例如:運用函數思想解題時,往往要借助函數圖像的直觀性,即同時又要用到數形結合思想。因此,在解題過程中,必須善于把握運用各種數學思想的時機,對于一些難度較大,或綜合性較強,或背景較新穎的問題,更應注意運用數學思想去尋求其合理解法,從而避免繁雜運算,避免“超時失分”。
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