高中数学素养怎样落实在分析和解决问题的能力上

陕西省岐山县岐山高级中学(722400)杨宗敏

普通高中数学课程标准(17 版)将数学科核心素养细化成数学抽象、逻辑推理、数学建模、直观想象、数学运算和数据分析五方面,这些核心素养各有侧重又相互交融,最终都要体现在学生分析问题解决问题的能力上.数学素养提升了,分析解决问题的能力随之提升,同时,在分析解决问题的过程中,也能锻炼提升数学素养,本文以分析解决问题为切入点,谈一下数学素养怎么样落实到解题上.

分析和解决问题的能力是指能阅读、理解对问题进行陈述的材料;能综合应用所学数学知识、思想和方法解决问题,包括解决在相关学科、生产、生活中的数学问题,并能用数学语言正确地加以表述.它是逻辑思维能力、运算能力、空间想象能力等基本数学能力的综合体现.由于高考数学科的命题原则是在考查基础知识的基础上,注重对数学思想和方法的考查,注重数学能力的考查,强调了综合性.这就对考生分析和解决问题的能力提出了更高的要求,也使试卷的题型更新,更具有开放性.纵观近几年的高考,学生在这一方面失分都普遍存在,这就要求我们教师在平时教学中既要培养数学素养,又要注重分析和解决问题能力的培养,以减少在这一方面的失分.

1、分析和解决问题能力的组成

1.1.审题能力

审题是对条件和问题进行全面认识,对与条件和问题有关的全部情况进行分析研究,它是如何分析和解决问题的前提.审题能力主要是指充分理解题意,把握住题目本质的能力; 分析、发现隐含条件以及化简、转化已知和所求的能力.要快捷、准确在解决问题,掌握题目的数形特点、能对条件或所求进行转化和发现隐含条件是至关重要的.

例1已知求tanαtanβ的值.

分析怎样利用已知的二个等式? 初看好象找不出条件和结论的联系.只好从未知tanαtanβ入手,当然,首先想到的是把tanα、tanβ分别求出,然后求出它们的乘积,这是个办法,但是不好求;于是可考虑将tanαtanβ写成,转向求sinαsinβ、cosαcosβ.令x=cosαcosβ,y= sinαsinβ,于 是从方程的观点看,只要有x、y的二元一次方程就可求出x、y.于是转向求x+y= cos(α-β),x-y= cos(α+β).这样把问题转化为下列问题:已知②,求cos(α+β)、cos(α-β)的值.①2+ ②2得得这样问题就可以解决.

从刚才的解答过程中可以看出,解决此题的关键在于挖掘所求和条件之间的联系,这需要一定的审题能力.由此可见,审题能力应是分析和解决问题能力的一个基本组成部分.

1.2 合理应用知识、思想、方法解决问题的能力

高中数学知识包括函数、不等式、数列、三角函数、复数、立体几何、解析几何等内容;数学思想包括数形结合、函数与方程思想、分类与讨论和等价转化等;数学方法包括待定系数法、换元法、数学归纳法、反证法、配方法等基本方法.只有理解和掌握数学基本知识、思想、方法,才能解决高中数学中的一些基本问题,而合理选择和应用知识、思想、方法可以使问题解决得更迅速、顺畅.

例2设函数其中a ＞0.

(I)解不等式f(x)≤1;

(II)求a的取值范围,使函数f(x)在[0,+∞)上是单调函数.

解(I)不等式f(x)≤1 即由此得1 ≤1+ax,即ax≥0,其中常数a ＞0.所以,原不等式等到价于

(II)在区间[0,+∞)上任取x1,x2,使得x1＜

(i)当a≥1 时,因为所以又x1- x2＜0,所以f(x1)-f(x2)＞0,即f(x1)＞f(x2),所以,当a≥1 时,函数f(x)在区间[0,+∞)上是单调递减函数.

(ii)当0＜a ＜1 时,在区间[0,+∞)上存在两点满足f(x1)=f(x2)= 1,所以函数f(x)在区间[0,+∞)上不是单调函数.

综上,当且仅当a≥1 时,函数f(x)在区间[0,+∞)上是单调函数.

在上述的解答过程中可以看出,本题主要考查不等式的解法、函数的单调性等基本知识,解决本问题除概念清析外,还要具备会用分类讨论的数学思想方法,具备逻辑推理能力.

1.3 数学建模能力

近几年来,在高考数学试卷中,都有几道实际应用问题,这给学生的分析和解决问题的能力提出了挑战.而数学建模能力是解决实际应用问题的重要途径和核心.

例3下图为一台冷轧机的示意图.冷轧机由若干对轧辊组成,带钢从一端输入,经过各对轧辊逐步减薄后输出.

图1

(I)输入带钢的厚度为α,输出带钢的厚度为β,若每对轧辊的减薄率不超过r0.问冷轧机至少需要安装多少对轧辊? (一对轧辊减薄率 =

(II)已知一台冷轧机共有4 对减薄率为20%的轧辊,所有轧辊周长为1600mm.若第k对轧辊有缺陷,每滚动一周在带钢上压出一个疵点,在冷轧机输出的带钢上,疵点的间距为Lk.为了便于检修,请计算L1、L2、L3并填入下表(轧钢过程中,带钢宽度为变,且不考虑损耗).

轧辊序号k 1 2 3 4疵点间距Lk (单位:mm)1600

解厚度为α的带钢经过减薄率均为r0的n对轧辊后厚度为α(1-r0)n.为使输出带钢的厚度不超过β,冷轧机的轧辊数(以对为单位)应满足α(1-r0)n≤β,即由于对上式两端取对数,得由于lg(1-r0)＜0,所以因此,至少需要安装不小于的整数对轧辊.

(II)第k对轧辊出口处疵点间距离为轧辊周长,在此处出口的两疵点间带钢的体积为1600· α(1- r)k ·宽度(其中r= 20%),而在冷轧机出口处两疵点间带钢的体积为Lk · α(1- r)4·宽度.因宽度相等,且无损耗,由体积相等得1600· α(1- r)k=Lk · α(1- r)4(r= 20%),即Lk= 1600·0.8k-4.由此得L3= 2000(m m),L2= 2500(m m),L1=3125(m m).填表如下:

轧辊序号k 1 2 3 4疵点间距Lk (单位:mm)3125 2500 2000 1600

评述(I)题是一个常见的等比数列模型问题,即平均变化率类型,要解决该问题关键是理解题中“若每对轧辊的减薄率不超过r0”的含义; (II)题若通过合理联想,带钢从第k对轧辊出口处两疵点间的距离和冷轧机出口处两疵点间的距离的关系,由于在此过程中,两疵点间的钢板体积相等,故是一等体积几何模型问题,可列式:1600·α(1-r)k·宽度=Lk·α(1-r)4·宽度..

在该题的解答中,学生若没有一定的数学建模能力,正确解决此题实属不易.因此,建模能力是分析和解决问题能力不可或缺的一个组成部分.

2、培养和提高分析和解决问题能力的策略

2.1.重视通性通法教学,引导学生概括、领悟常见的数学思想与方法

数学思想较之数学基础知识,有更高的层次和地位.它蕴涵在数学知识发生、发展和应用的过程中,它是一种数学意识,属于思维的范畴,用以对数学问题的认识、处理和解决.数学方法是数学思想的具体体现,具有模式化与可操作性的特征,可以作为解题的具体手段.只有对数学思想与方法概括了,才能在分析和解决问题时得心应手;只有领悟了数学思想与方法,书本的、别人的知识技巧才会变成自已的能力.

每一种数学思想与方法都有它们适用的特定环境和依据的基本理论,如分类讨论思想可以分成:(1)由于概念本身需要分类的,象等比数列的求和公式中对公比q的分类和直线方程中对斜率k的分类等;(2)同解变形中需要分类的,如含参问题中对参数的讨论、解不等式组中解集的讨论等.又如数学方法的选择,二次函数问题常用配方法,含参问题常用待定系数法等.因此,在数学课堂教学中应重视通性通法,淡化特殊技巧,使学生认识一种“思想”或“方法”的个性,即认识一种数学思想或方法对于解决什么样的问题有效.从而培养和提高学生合理、正确地应用数学思想与方法分析和解决问题的能力.

2.2.加强应用题的教学,提高学生的模式识别能力

高考是注重能力的考试,特别是学生运用数学知识和方法分析问题和解决问题的能力,更是考查的重点,而高考中的应用题就着重考查这方面的能力,这从新版的《数学课程标准》与《考试说明》中对能力的要求的区别可见一斑.

数学是充满模式的,就解应用题而言,对其数学模式的识别是解决它的前提.由于高考考查的都不是原始的实际问题,命题者对生产、生活中的原始问题的设计加工使每个应用题都有其数学模型.如1997年的“运输成本问题”为函数与均值不等式;1998年的“污水池问题”为函数、立几与均值不等式; 1999年的“减薄率问题”是数列、不等式与方程;2000年的“西红柿问题”是分段式的一次函数与二次函数等等.在高中数学教学中,不但要重视应用题的教学,同时要对应用题进行专题训练,引导学生总结、归纳各种应用题的数学模型,这样学生才能有的放矢,合理运用数学思想和方法分析和解决实际问题.

2.3.适当进行开放题和新型题的训练,拓宽学生的知识面

要分析和解决问题,必先理解题意,才能进一步运用数学思想和方法解决问题.近年来,随着新技术革命的飞速发展,要求数学教育培养出更高数学素养、具有更强的创新能力的人才,这一点体现在高考上就是一些新背景题、开放题的出现,更加注重了能力的考查.由于开放题的特征是题目的条件不充分,或没有确定的结论,而新背景题的背景新,这样给学生在题意的理解和解题方法的选择上制造了不少的麻烦,导致失分率较高.如1999年理科的第16 题,学生由于对“垄”和“减薄率不超过r0”不理解而不知所措;因此,在高中数学教学中适当进行开放题和新型题的训练,拓宽学生的知识面是提高学生分析和解决问题能力的必要的补充.

2.4.重视解题的回顾总结

在数学解题过程中,解决问题以后,再回过头来对自己的解题活动加以回顾与探讨、分析与研究,是非常必要的一个重要环节.这是数学解题过程的最后阶段,也是对提高学生分析和解决问题能力最有意义的阶段.

解题教学的目的并不单纯为了求得问题的结果,真正的目的是为了提高学生分析和解决问题的能力,培养学生的创造精神,而这一教学目的恰恰主要通过回顾解题的教学来实现.所以,在数学教学中要十分重视解题的回顾总结,与学生一起对解题的结果和解法进行细致的分析,对解题的主要思想、关键因素和同一类型问题的解法进行概括,可以帮助学生从解题中总结出数学的基本思想和方法加以掌握,并将它们用到新的问题中去,成为以后分析和解决问题的有力武器.