●張 健 唐恒鈞
(浙江師范大學教師教育學院 浙江金華 321004)
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引入運動妙成編題*
——對一道向量習題的反思
●張健唐恒鈞
(浙江師范大學教師教育學院浙江金華321004)
文章采用“運動”的觀點對一道向量習題進行了反思,在此基礎(chǔ)上編制了一些數(shù)學習題,并產(chǎn)生了對編題的思考.
向量習題;反思;編題
著名數(shù)學教育家波利亞非常重視解決問題之后的反思,他在《怎樣解題》中指出:通過回顧完整的答案,重新斟酌、審查結(jié)果及導致結(jié)果的途徑,他們能夠鞏固知識,并培養(yǎng)他們的解題能力[1].對問題進行反思可以加深對于問題的理解,發(fā)展解決問題的能力,因而“數(shù)學解題及其教學應(yīng)該注重通過‘回顧與反思’來提出新的問題,從典型的問題出發(fā)去變式、去引申、去發(fā)現(xiàn),這樣常??梢缘玫揭恍┮庀氩坏降慕Y(jié)論”[2].最近,筆者在學習過程中接觸到一道具有幾何背景的向量習題,反思這道習題的過程引發(fā)了筆者對于編制數(shù)學習題的一些思考.
在文獻[3]和文獻[4]中,有這樣一道習題:
圖1
圖2
文獻[3]和文獻[4]都對該題進行了解答和證明.為了下文敘述方便,筆者把該題的解答過程呈現(xiàn)如下:
于是
另一方面,點M,G,N共線,因此存在p,q滿足p+q=1,使得
解得
于是
即
下面筆者從題目的條件、結(jié)論和證明過程2個角度反思例1中的習題.
2.1對條件、結(jié)論的反思
2.2對證明過程的反思
例1的問題情境是靜態(tài)的,以上的反思讓我們產(chǎn)生了采用“運動”的觀點來對題目進行改造的想法.在運動的過程中,例1就成為了一個特殊的狀態(tài)和一個特例,問題也從特殊情形變成了一般情形,筆者從中編制出許多數(shù)學習題.
3.1直線MN繞重心G轉(zhuǎn)動
圖3
圖4
在直線MN轉(zhuǎn)動過程中,直線MN與AB,AC不一定總有交點,因此可以考慮參數(shù)的取值范圍,編題如下:
圖5
圖6
3.2點G沿中線AD所在直線運動
文獻[4]對例1中重心G的位置進行了推廣,將點G改為中線AD上的其他點[4],但點G的運動范圍只限于三角形內(nèi)部,因而仍然有局限性.筆者對此結(jié)果進一步推廣并重新敘述如下:
證明點D為BC的中點,從而
另一方面,點M,G,N共線,于是存在p,q滿足p+q=1,使得
解得
于是
即
定理2中并沒有限制m的范圍,只要保證點M,G,N共線,結(jié)論都可以成立.因此,點G不一定要限制在三角形內(nèi)部,可以將點G沿AD所在直線運動,并且還可以反向延長BA,CA,如圖7~9,結(jié)論仍然成立,這些圖形都可以作為編題的材料.
圖7
圖8
圖9
圖10
圖11
3.3點D沿直線BC運動
上面的討論說明了在圖形之中引入了“運動”之后的效果,我們站在更廣闊的視野看待原有問題,也編出了一些題目.因此,可以讓圖形進一步“運動”起來,將中點D的位置視作運動過程中的特殊狀態(tài),讓點D沿BC運動.
另一方面,點M,G,N共線,因此存在p,q滿足p+q=1,使得
解得
于是
即
定理3給出了這個圖形在運動之中的一般規(guī)律,本質(zhì)上也將例1的情形推廣到了一般情形.筆者驚奇地發(fā)現(xiàn),將“運動”引入例1后,經(jīng)過一步步地演化,問題已經(jīng)從特殊的情形變成了一般的情形,這正是“運動”帶來的奇妙效果.這個圖形總共有3個運動的要素:直線MN繞點G轉(zhuǎn)動、點G沿直線AD運動、點D沿直線BC運動,它們互相結(jié)合可以演變出許多不同的圖形,從中可以編制出許多題目.比如,可以賦予參數(shù)具體的數(shù)值,選取一個運動狀態(tài)來進行如下的編題:
證明由定理3,可知
從而
由題意λ1>0,λ2>0,根據(jù)柯西不等式知
即
數(shù)學習題的一大價值在于幫助學生加深對知識的理解,在解決問題的過程中發(fā)展學生的問題解決能力,促進數(shù)學思維的發(fā)展.而傳統(tǒng)的編題過程往往只停留于經(jīng)驗,注重變式而較少關(guān)注題目的價值,對題目缺少系統(tǒng)的組織.這導致了數(shù)學習題十分冗雜,成為雜亂無章的“題?!?,對學生的學習也是不利的.編題者首先需要深入了解問題的結(jié)構(gòu),這樣才能編出促進學生思維發(fā)展的有價值的題目.在反思舊問題的過程中編題,不僅可以深入了解問題的結(jié)構(gòu),還可以挖掘出隱藏在問題背后更多的素材,這是編題的重要來源.圍繞一種觀點對問題進行反思從而編題(比如本文采用的“運動”觀點),不僅推廣了原有問題并編制出了新的習題,編制出的題目也成為一個相互聯(lián)系的“題族”.
[1]波利亞.怎樣解題:數(shù)學教學法的新面貌[M].涂泓,馮承天,譯.上海:上??萍冀逃霭嫔纾?002.
[2]徐彥輝.數(shù)學解題后的“回顧與反思”與數(shù)學問題的提出——探索一種通過“回顧與反思”來提出數(shù)學問題的模式與方法[J].數(shù)學教育學報,2015(1):9-12.
[3]江保兵.平面向量的共線定理及其推論[J].中學數(shù)學研究,2014(2):27-28.
[4]蘇慶飛.平面向量中三點共線定理的應(yīng)用與推廣[J].數(shù)理化學習:高三,2013(4):19-20.
?2016-05-04;
2016-06-27
張健(1993-),男,浙江溫州人,碩士研究生.研究方向:數(shù)學教育.
O123.1
A
1003-6407(2016)10-22-04