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如何运用图形计算器引导与促进学生学习

    11-14 22:52:21    浏览次数: 932次    栏目:教法研究

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一、典型案例分析

(一)探索图象变换的规律

在缺乏技术支持的环境中高一学生学习函数这一内容时,往往把函数的三种表示方法:解析法、列表法、图象法不能有效联系在一起用于解决问题,特别由数思形的能力更显不足。如何帮助学生更好地建立这种多元联系表示呢?笔者曾做过这样一个尝试:

根据f(x)=-x2+7x-6的图象(图1),探索y=|f(x)|及y=f(|x|)的图象变换规律。

按传统教法,这一内容一般是在高三复习教学时讲授,并且是直接告诉学生变换规律,还总结出口诀让学生记住:

由f(x)图象“保上方,下翻上”得|f(x)|的图象(图2);

由f(x)图象“保右方,擦左方,右翻左”得f(|x|)的图象(图3)。

由于结论是教师硬塞给学生的,学生往往不能很好地理解与掌握,运用时出错率高。

现在引入技术后,学生可以运用图形计算器,直接画出y=|f(x)|及y=f(|x|)的图象,再与y=f(x)图象进行比较:
 

学生觉得很有趣,惊奇于这一“麦当劳”式的图象;同时,通过列表发现自变量与因变量间的取值关系。这时,有的学生又输入了其它一些解析式进行探索。通过观察、比较,似乎发现了一些规律,只是缺乏概括总结。此时,教师不失时机提出:如果不用图形计算器,已知f(x)=(x-1)2-2分别作出y=|f(x)|及y=f(|x|)的图象,并与y=f(x)的图象进行比较,总结变换规律。

这一猜想过程必须让学生经历,并且留充分的时间让学生去想去猜,通过互相交流,引起争论后,再让学生用图形计算器验证猜想是否正确。

通过一看二猜三验证的过程,发现了图象变换的规律,并对函数的三种表示方法的优缺点作了总结,这实际上让学生经历了观察、实验、猜想、验证、得出结论等这一探索规律的全过程。这说明图形计算器只要使用得当,是可以帮助学生学习的。


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(二) 探究两图象交点问题

学习完反函数概念和性质后,教师给出问题:

利用图形计算器,在直角坐标系中先作出函数的图象(图4),然后作出函数y=b的图象,通过改变b的值,上下移动函数y=b的图象(图5),观察它与函数的图象的交点个数,并加以论证。

拿到问题后,学生用图形计算器画出了的图象(图4),并利用轨迹追踪功能得到:当x=1时,ymax=1; 当x=-1时,ymin=-1,由此观察到:

当b=±1时,与y=b有一个交点;

当-1<b<1时,与y=b有两个交点;

当b<-1或b>1时,与y=b没有交点。
 

学生对b=0没有考虑到,这时,教师是把结论直接告诉学生,还是让学生自己去发现问题呢?

教师接下来从方程的角度去引导学生思考问题:

与y=0.5图象有两个交点(x1 ,0.5),(x2 ,0.5),从方程的角度看,x1 ,x2应是哪个方程的两根?讨论与y=0.5的交点问题实质上是讨论哪个方程根的情况?

通过引导,学生得出如下结论:

与y=b联立消去y得,则 bx2-2x+b=0,

若x1 ,x2是方程的两根,则(x1 ,b),(x2 , b)就是与y=b两图象交点。

若△=0,则b=±1,方程有两个相等的实数根;

若△>0,则-1<b<1,方程有两个不相等的实数根;

若△<0,则b<-1或b>1,方程没有实数根。

同学们发现,这个结论与刚才观察图象得出的结论是一样的,说明两函数图象交点问题可以用方程根的问题来刻画,从而让学生在动手实践、观察思考中体会了数形结合的思想。

此时,教师再提醒学生思考,以上推理有无疏漏?观察图象,检查有一个交点时,b的取值范围究竟是什么?

这时,有学生发现b=0时,两图象只有一个交点。从方程角度又如何理解呢?

对于方程bx2-2x+b=0,当b=0时,为一次方程,有一个根。因此,结论应修正为:

当b=-1,0,1时,与y=b图象有一个交点;

当-1<b<1且b10时,与y=b图象有两个交点;

当b<-1或b>1时,与y=b图象没有交点。


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至此,学生领悟了函数与方程间的内在联系。运用图形计算器作图观察、猜想,实现了函数的多元联系表示,从方程角度论证了猜想,并对疏漏进行了修正。

正当笔者准备总结时,一学生举手示意,原来他把刚才探究的函数变形为yx2-2x+y=0,解出,改写x,y得。他将两个解析式输入图形计算器,问:“老师,这是不是函数的反函数图象?反函数怎么会有两个?” (图6)
 

笔者感到既意外又惊喜:我事先并未从反函数角度去设计问题,学生提出这个问题,我感到意外;令我惊喜的是,而此问题的解决有助于学生更进一步理解函数与反函数的概念,何乐而不为呢?借助图形计算器,学生自己提出了问题,这不正是教师所期望的吗?我并未急于回答他的问题,而是鼓励他自己或与他人合作探索这个问题。

(三)一个富有挑战性的问题

笔者曾在课外活动时间留给高一学生这样一个富有挑战性的问题:

用图形计算器探索:y=x3-ax在[1,+)上单调递增,求a的取值范围。

按常规教学,这个问题只有到高三学习了导数之后,用导数知识求解,而对高一学生而言,似乎不具备解决问题的能力。

情况真是这样吗?笔者也在怀疑。

在问题公布出去的第二天,就有一位女同学拿着她的研究报告找到了我。她的基本思路是:取a=-2,-1,0,1,2,3,4,5,通过图形计算器作出图象进行观察,利用轨迹跟踪功能,猜想a3.

证明如下:设1x1< x2 ,

f(x1)- f (x2)= x13-a x1-x23+a x2= x13- x23-a (x1- x2)

=(x1-x2)(x12+ x1x2+ x22-a)

由于x1<x2 , x1-x2<0,又1x1< x2 , x12+ x1x2+ x2233

又f (x)=x3-ax在[1,+)上单调递增,故f (x1)-f(x2)<0,

而x1- x2<0 , x12+ x1x2+ x22-a>0 ,即a< x12+ x1x2+ x22,

又x12+x1x2+x223, a3。

没想到在图形计算器的帮助下,有同学居然解决了此问题。数学也需要实验,而图形计算器正是搭建实验的平台。对教学内容适度深化,提出挑战性的问题,运用图形计算器引导学生提出问题、发现问题、解决问题,这对激发学生求知欲、发展探究问题的能力、丰富学生的认知结构大有帮助。