☉江蘇省常熟市尚湖中學(xué) 胡建中
《中學(xué)數(shù)學(xué)》(下)近年來有多篇文章關(guān)注學(xué)生錯誤解法的診評與教學(xué)跟進,對我們深入研究相關(guān)考題有很好的啟示作用.筆者近期也深入診評過學(xué)生的一些錯誤解法,有了一些認識和思考,本文從一個學(xué)生的錯誤解法說起,深入剖析這道考題的解法與結(jié)構(gòu),并提出一些相關(guān)思考,供研討.
考題:(2018年江蘇徐州,第28題)如圖1,平面直角坐標系中,O為原點,點A、B分別在y軸、x軸的正半軸上.△AOB的兩條外角平分線交于點P,點P在反比例函數(shù)y=的圖像上.PA的延長線交x軸于點C,PB的延長線交y軸于點D,連接CD.
(1)求∠P的度數(shù)及點P的坐標.
(2)求△OCD的面積.
(3)△AOB的面積是否存在最大值?若存在,求出最大面積;若不存在,請說明理由.

圖1

圖2
學(xué)生解法:(1)由AP、BP是△AOB的兩條外角平分線,得
由∠OAB+∠OBA=90°,得∠BAy+∠ABx=135°.則∠P=45°.
如圖2,過點P作PM⊥y軸于點M,PN⊥x軸于點N,PH⊥AB于點H.
則∠PMA=∠PHA=90°.
在△APM 和△APH 中,∠PMA=∠PHA,∠PAM=∠PAH,PA=PA,則,則PM=PH.
同理,PH=PN.
則PM=PN.
(2)設(shè)OA=a,OB=b,則AM=AH=3-a,BN=BH=3-b,則AB=6-a-b.又AB2=OA2+OB2,則a2+b2=(6-a-b)2,可得ab=18-6a-6b.①

(3)設(shè)OA=a,OB=b,則AM=AH=3-a,BN=BH=3-b,則AB=6-a-b.
在直角三角形AOB中,a2+b2=(6-a-b)2,整理得a=
解法診評:(診評順序就依據(jù)學(xué)生解法展開)
對于第(1)問,雖然答案正確,但是解法步驟中有思維回路,主要是處理“PM=PH”時用的是全等法,可以直接使用“角平分線上的點到角的兩邊距離相等”簡化推理,數(shù)學(xué)解法需要求優(yōu)、求簡.
第(2)問思路方向、解題路徑都是正確的,但是在關(guān)鍵步驟的演算變形上出錯,即上面步驟“①”出現(xiàn)錯誤,應(yīng)該訂正為“ab=6a+6b-18”,在步驟③中,代入運算出現(xiàn)錯漏,把面積計算公式的系數(shù)漏掉,也是另一處錯誤.訂正上述兩個錯漏之后,演算就得到了正確答案9.
需要指出的是,上述思路好理解,但是需要扎實的數(shù)式、方程、函數(shù)最值分析的運算基本功,這就是設(shè)出點A(0,a)、B(b,0),并進一步利用直角三角形AOB溝通a、b之間的關(guān)系式,代入△AOB的面積表達式中,從而“消參”得出只含一個參數(shù)a或b的式子,這里再利用根的判別式對分式最值進行分析就可以了.然而,“望斷天涯路”之后,是“衣帶漸寬終不悔”的運算和最值分析,也是多數(shù)初中生難以達到的分析層次.

圖3
我們先給出第(2)問的不同思路,因為求解的關(guān)鍵是OC·OD,接著把問題中無關(guān)線段刪減后簡化為圖3.連接OP,借助45°的條件,可證∠PCO=∠DPO,∠CPO=∠PDO,可得△PCO△DPO,則則OC·OD=OP2=18,則
順便指出,如果著眼于直線PA、PB的解析式,并表示出點C、D的坐標,再代入面積關(guān)系式進行運算,也可以獲得進展,只是“含參”運算的量會稍大一些.對于本題來說,也可以貫通思路.相比上面的幾何思路來看,“算法簡單的方法往往要付出邏輯思維的代價”.
再看第(3)問,設(shè)OA=a,OB=b,則AM=AH=3-a,BN=BH=3-b,可得AB=6-a-b,推出OA+OB+AB=6,可得a+b+,利用“基本不等式”(高中將系統(tǒng)學(xué)習(xí),這里作為拓展提升,也可基于配方、變形引導(dǎo)學(xué)生理解)即可解決問題.
因為初中階段并沒有系統(tǒng)研究基本不等式,學(xué)生對基本不等式是“陌生的”.如果覺得使用“基本不等式”比較突然,要用這個思路方法,也可先帶領(lǐng)學(xué)生驗證一下“基本不等式”從何而來,其實只要使用配方法、完全平方式為非負式就可解釋清楚.如,展開、移項并整理得a+b≥在此基礎(chǔ)上續(xù)解問題a+b+,則△AOB的面積的最大值為
解后反思這道壓軸題會發(fā)現(xiàn),這道考題以反比例函數(shù)的圖像(曲線)為背景命制,給人感覺貌似一道函數(shù)圖像的綜合題,然而,解后大家都能看到曲線的價值在第(1)問求出點P的坐標之后就提前“枯萎、死去”,后續(xù)兩問與曲線及函數(shù)性質(zhì)“毫不相關(guān)”,這是典型的“函數(shù)圖像搭臺,平面幾何唱戲”,而且第(2)、(3)問之間缺少關(guān)聯(lián)呼應(yīng),甚至第(3)問的本質(zhì)
是以下一個“經(jīng)典問題”:如圖4,正方形ABCD中,點E、F分別在 邊AD、CD上,且∠EBF=45°,則△DEF的周長為定值(正方形ABCD邊長的兩倍);△DEF的面積存在最大值(當DE=DF,即點E、F關(guān)于BD對稱時取得).

圖4
圍繞考題開展解題教學(xué)之前,需要先深刻理解考題結(jié)構(gòu),并且基于學(xué)情明辨難點、關(guān)鍵步驟、易錯點,以便追求對考題的深刻理解,為后續(xù)教學(xué)設(shè)計提供必要準備.比如,我們在上面給出圖4,就是洞察問題的本質(zhì),想清這些對于講評會有較好的作用.因為當學(xué)生有困惑不能排除干擾突出關(guān)鍵步驟時,我們可以進行無關(guān)線條的刪減,轉(zhuǎn)化和凸顯關(guān)鍵圖形的問題.
在具體開展解題教學(xué)設(shè)計時,對于一些較難問題,要預(yù)設(shè)鋪墊式問題,以幫助學(xué)生獲得思路啟示.比如,考題第(2)問的求解思路較多,可以考慮在不同思路啟示之前設(shè)計一些簡單的問題背景,讓學(xué)生由這些簡單的問題拾級而上,獲得進展.在講評之后,較難問題需要跟進同類問題或變式再練,以加深學(xué)生對相關(guān)問題的深刻理解.