所謂數(shù)學(xué)思想方法是對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的本質(zhì)認(rèn)識(shí),是從某些具體的數(shù)學(xué)內(nèi)容和對(duì)數(shù)學(xué)的認(rèn)識(shí)過程中提煉上升的數(shù)學(xué)觀點(diǎn),他在認(rèn)識(shí)活動(dòng)中被反復(fù)運(yùn)用,帶有普遍的指導(dǎo)意義,是建立數(shù)學(xué)和用數(shù)學(xué)解決問題的指導(dǎo)思想;是在數(shù)學(xué)地提出問題、解決問題(包括數(shù)學(xué)內(nèi)部問題和實(shí)際問題)過程中,所采用的各種方式、手段、途徑等。
初中數(shù)學(xué)中常用的數(shù)學(xué)思想方法有:化歸思想方法、分類思想方法、數(shù)形結(jié)合的思想方法、函數(shù)思想方法、方程思想方法、模型思想方法、統(tǒng)計(jì)思想方法、用字母代替數(shù)的思想方法、運(yùn)動(dòng)變換的思想方法等。
山西省朔州市平魯區(qū)李林中學(xué) 劉娟娟
數(shù)學(xué)是研究現(xiàn)實(shí)世界中數(shù)量關(guān)系和空間形成的一門科學(xué)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)學(xué)也從原始形態(tài)的數(shù)量關(guān)系向抽象化的數(shù)量關(guān)系發(fā)展。在發(fā)展的過程中,不僅建立了嚴(yán)密的理論體系,而且形成了一整套的數(shù)學(xué)思想方法。本文結(jié)合有關(guān)的例題,對(duì)數(shù)學(xué)中常用的幾種思想方法作一番探討。
一、數(shù)形結(jié)合的思想方法
數(shù)形結(jié)合思想方法就是把抽象的數(shù)學(xué)符號(hào)語言和直觀的幾何圖形聯(lián)系起來,把抽象思維與形象思維相結(jié)合,通過“以形助數(shù)” 、“以數(shù)解形” ,使抽象問題具體化,復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化,從而達(dá)到解答目的。
數(shù)形結(jié)合應(yīng)用甚廣,不僅在解選擇題、填空題中顯示它的優(yōu)越性,而且在解某些抽象數(shù)學(xué)問題時(shí)也起到事半功倍的效果。“以數(shù)解形” 是解析幾何的主線,“以形助數(shù)” 是數(shù)形結(jié)合的研究重點(diǎn)。如何“以數(shù)轉(zhuǎn)形”是數(shù)形結(jié)合的關(guān)鍵,圖解法是數(shù)形結(jié)合的具體體現(xiàn)。數(shù)形結(jié)合是近年中、高考重點(diǎn)考查的思想方法之一。下面我們結(jié)合下面的例子作簡(jiǎn)單的分析:
例1. 已知 0的實(shí)根個(gè)數(shù)為( )
A. 1個(gè) B. 2個(gè) C. 3個(gè) D. 1個(gè)或2個(gè)或3個(gè)
分析: 判斷方程根的個(gè)數(shù)就是判斷圖像
兩個(gè)函數(shù)圖像,易知兩圖象只有兩個(gè)交點(diǎn),故方程有2個(gè)實(shí)根,選(B)。
二、函數(shù)思想方法
函數(shù)思想是數(shù)學(xué)思想的重要組成部分,在高中數(shù)學(xué)中起到橫向聯(lián)系和紐帶連結(jié)的主干作用。用變量和函數(shù)來思考問題的方法就是函數(shù)思想。這是一種運(yùn)動(dòng)變化和相依關(guān)系,以一種狀態(tài)確定地刻劃另一種狀態(tài),把它們過渡到研究變化過程的思想方法。函數(shù)思想是函數(shù)概念、性質(zhì)等知識(shí)更高層次的提煉和概括,是知識(shí)和方法在反復(fù)學(xué)習(xí)與運(yùn)用中抽象出來的,且?guī)в杏^念性的指導(dǎo)方法。
函數(shù)的思想就是用運(yùn)動(dòng)和變化的觀點(diǎn),分析和研究數(shù)學(xué)問題。具體來說,即先構(gòu)造函數(shù),把給定問題轉(zhuǎn)化為研究函數(shù)的性質(zhì)(單調(diào)性、奇偶性、周期性、圖象的交點(diǎn)個(gè)數(shù)、最值、極值等)問題,研究后得出所需要的結(jié)論。上面的例1和例2也可以說闡述了這個(gè)觀點(diǎn)。而函數(shù)方程思想就是將數(shù)學(xué)問題轉(zhuǎn)化為方程或方程組問題,通過解方程(組)或者運(yùn)用方程的性質(zhì)來分析、轉(zhuǎn)化問題,使問題得以解決。
必有兩個(gè)不相等的實(shí)根。
分析:此題若用常規(guī)解法,求出判別式△是一個(gè)關(guān)于a 的一元四次多項(xiàng)式,符號(hào)不易判斷。若用函數(shù)思想去分析題意,設(shè)函數(shù)
要證明命題成立,只需證明函數(shù)
的圖象與 軸有兩個(gè)交點(diǎn),由于它的開口向上,只要找到一個(gè)實(shí)數(shù)
使即可。比如
故函數(shù)的圖象與 軸有兩個(gè)交點(diǎn),因此命題成立。
三、轉(zhuǎn)化思想
人們?cè)陂L(zhǎng)期的實(shí)踐中,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),許多數(shù)學(xué)問題的解決形成固定的方法模式和程序,我們把這種既定方法和程序的問題稱為規(guī)范問題。運(yùn)用某些方法或手段,把一個(gè)陌生的、復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題轉(zhuǎn)化歸結(jié)為所熟知的、簡(jiǎn)單的規(guī)范性數(shù)學(xué)問題來解決的思想方法稱為轉(zhuǎn)化思想方法。轉(zhuǎn)化的原則是化陌生為熟知,化繁雜為簡(jiǎn)單,且轉(zhuǎn)化后的問題與原問題等價(jià)。數(shù)形結(jié)合的思想方法和函數(shù)的思想方法都是轉(zhuǎn)化思想方法的具體表現(xiàn)。
數(shù)學(xué)中轉(zhuǎn)化的途徑是多樣的,有正面與反面的相互轉(zhuǎn)化,有數(shù)與形的相互轉(zhuǎn)化,有客與主的相互轉(zhuǎn)化,有特殊與一般的相互轉(zhuǎn)化,有升維與降維的相互轉(zhuǎn)化等,總之是要將較難解決的問題轉(zhuǎn)化為易解決的基本問題。提倡立體思維,善于從多角度、多方位和多層次去審視問題,另辟蹊徑是我們解決問題的最好方法。
1.求代數(shù)式的值
這類問題經(jīng)常是給出一個(gè)已知方程或代數(shù)式的值,去求另外一個(gè)代數(shù)式的值,解決的方法是從已知條件出發(fā),將已知條件向所要求的結(jié)論轉(zhuǎn)化或者將所要求的目標(biāo)向已知條件轉(zhuǎn)化,從而達(dá)到解決問題的目的。
本例通過一個(gè)命題的題設(shè)與結(jié)論的轉(zhuǎn)化,使他們之間的關(guān)系進(jìn)一步明朗化,從而解決了問題。
2.將函數(shù)思想轉(zhuǎn)化為方程(組)問題
通過以上幾例,我們可以看到解數(shù)學(xué)問題的時(shí)候,如果能恰當(dāng)合理地把問題轉(zhuǎn)化,則能啟迪思維,簡(jiǎn)潔巧妙地解決問題,同時(shí)也能加強(qiáng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思想方法的培養(yǎng)。
總之,上述的三種數(shù)學(xué)思想方法(即數(shù)形結(jié)合、函數(shù)思想和轉(zhuǎn)化思想),在解決數(shù)學(xué)問題中具有舉足輕重的作用,它不僅可以把一些直接無法解決或陌生的問題轉(zhuǎn)化為易于解決,熟悉的問題來解,而且可以培養(yǎng)學(xué)生思維的發(fā)散性,靈活性,敏捷性。因此,數(shù)學(xué)教師在教學(xué)工作中,應(yīng)當(dāng)長(zhǎng)期不斷地夯實(shí)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),訓(xùn)練學(xué)生的基本解題技能,加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思想思維。只有這樣,才能使學(xué)生得心應(yīng)手地運(yùn)用數(shù)學(xué)思想方法,也只有這樣,往往使運(yùn)算簡(jiǎn)捷,推理機(jī)敏嚴(yán)密,同時(shí)大大提高了學(xué)生分析數(shù)學(xué)問題和解決數(shù)學(xué)問題的能力。
'2.分類討論思想所謂分類討論是指對(duì)于復(fù)雜的對(duì)象,為了研究的需要.根據(jù)對(duì)象本質(zhì)屬性的相同點(diǎn)和差異性,將對(duì)象區(qū)分為不同種類,通過研究各類對(duì)象的性質(zhì),從而認(rèn)識(shí)整體的性質(zhì)的思想方式。
在分類討論中要注意標(biāo)準(zhǔn)的同一性.即劃分始終是同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)、這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)必須是科學(xué)合理的;分域的互斥性.即所分成的各類既要互不包含.義要使各類總和等于討論的全集;分域的逐級(jí)性,有的問題分類后還可在每,類中丙繼續(xù)分類。運(yùn)用分類討論思想指導(dǎo)數(shù)學(xué)教學(xué),有利于學(xué)生歸納、總結(jié)所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí),使之系統(tǒng)化、條理化.并逐步形成一個(gè)完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò),這有利于學(xué)生嚴(yán)密、清晰、合理地探索解題思路,提高數(shù)學(xué)思維能力。
在初中數(shù)學(xué)中需要分類討淪的問題主要表現(xiàn)個(gè)方而:(扮有的數(shù)學(xué)概念、定理的論證包含多種情況.這類問題需要分類討論。如平面兒何中二角形的分類、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i寸論(約解含字毋參數(shù)或絕對(duì)值符號(hào)的為一程、不等式、討論算術(shù)根、正比例和反比例的數(shù)中二次項(xiàng)系數(shù)、,與圖象的開l:]方向等,由于這些參數(shù)的取位不同或要去掉絕對(duì)值符號(hào)就有不同的結(jié)果.這類問題需要分類討論(3)有的數(shù)學(xué)問題.雖結(jié)論惟一但導(dǎo)致這結(jié)論的前提不盡相同.這類問題也要分類討論3一效形結(jié)合思想所謂數(shù)形結(jié)合是指抽象的數(shù)學(xué)語言與形象直觀的圖形結(jié)合起來.從而實(shí)現(xiàn)由抽象向具體轉(zhuǎn)化的一種思維方式。
著名數(shù)學(xué)家華羅庚說過:數(shù)缺形時(shí)不直觀,形少數(shù)時(shí)難人微有些數(shù)最關(guān)系.借助于圖形的性質(zhì),可以使許多抽象的概念和復(fù)雜的關(guān)系直觀化、形象化、簡(jiǎn)單化,而圖形的一些性質(zhì).借助于數(shù)量的計(jì)算和分析.得以嚴(yán)謹(jǐn)化。在初中階段,數(shù)形結(jié)合的形可以是數(shù)軸、函數(shù)的圖象和幾何圖形等等.它們都具有形象化的特點(diǎn)數(shù)形結(jié)合思想在初中數(shù)學(xué)中主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面;(l)以形助數(shù),幫助學(xué)生深刻理解數(shù)學(xué)概念如教師可以用數(shù)軸上點(diǎn)和實(shí)數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系來講清相反數(shù)、絕對(duì)值的概念以及比較兩個(gè)數(shù)大小的方法;運(yùn)用函數(shù)圖象的性質(zhì)討淪一元三次方程的根以及討論一7乙一次小等式等等(2)以數(shù)助形,幫助學(xué)生簡(jiǎn)化解題方法。
初中數(shù)學(xué)中還滲透了類比、歸納、聯(lián)想等數(shù)學(xué)思想方法這些思想力一法之間,是相互滲透、互相促進(jìn)的,在數(shù)學(xué)教學(xué)中要有機(jī)地結(jié)合起來。
一、用字母表示數(shù)的思想
這是基本的數(shù)學(xué)思想之一 .在代數(shù)第一冊(cè)第二章“代數(shù)初步知識(shí)”中,主要體現(xiàn)了這種思想。
例如: 設(shè)甲數(shù)為a,乙數(shù)為b,用代數(shù)式表示:(1)甲乙兩數(shù)的和的2倍:2(a+b)(2)甲數(shù)的2倍與乙數(shù)的5倍差:2a-5b
二、數(shù)形結(jié)合的思想
“數(shù)形結(jié)合”是數(shù)學(xué)中最重要的,也是最基本的思想方法之一,是解決許多數(shù)學(xué)問題的有效思想。“數(shù)缺形時(shí)少直觀,形無數(shù)時(shí)難入微”是我國著名數(shù)學(xué)家華羅庚教授的名言,是對(duì)數(shù)形結(jié)合的作用進(jìn)行了高度的概括.數(shù)學(xué)教材中下列內(nèi)容體現(xiàn)了這種思想。
1、數(shù)軸上的點(diǎn)與實(shí)數(shù)的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
2、平面上的點(diǎn)與有序?qū)崝?shù)對(duì)的一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
3、函數(shù)式與圖像之間的關(guān)系。
4、線段(角)的和、差、倍、分等問題,充分利用數(shù)來反映形。
5、解三角形,求角度和邊長(zhǎng),引入了三角函數(shù),這是用代數(shù)方法解決何問題。
6、“圓”這一章中,圓的定義,點(diǎn)與圓、直線與圓、圓與圓的位置關(guān)系等都是化為數(shù)量關(guān)系來處理的。
7、統(tǒng)計(jì)初步中統(tǒng)計(jì)的第二種方法是繪制統(tǒng)計(jì)圖表,用這些圖表的反映數(shù)據(jù)的分情況,發(fā)展趨勢(shì)等。實(shí)際上就是通過“形”來反映數(shù)據(jù)扮布情況,發(fā)展趨勢(shì)等。實(shí)際上就是通過“形”來反映數(shù)的特征,這是數(shù)形結(jié)合思想在實(shí)際中的直接應(yīng)用。
三、轉(zhuǎn)化思想 (化歸思想)
在整個(gè)初中數(shù)學(xué)中,轉(zhuǎn)化(化歸)思想一直貫穿其中。轉(zhuǎn)化思想是把一個(gè)未知(待解決)的問題化為已解決的或易于解決的問題來解決,如化繁為簡(jiǎn)、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,它是數(shù)學(xué)基本思想方法之一。下列內(nèi)容體現(xiàn)了這種思想:
1、分式方程的求解是分式方程轉(zhuǎn)化為前面學(xué)過的一元二次方程求解,這里把待解決的新問題化為已解決的問題來求解,體現(xiàn)了轉(zhuǎn)化思想。
2、解直角三角形;把非直角三形問題化為直角三角形問題;把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題。
3、證明四邊形的內(nèi)角和為360度.是把四邊形轉(zhuǎn)化成兩個(gè)三角形的.同時(shí)探索多邊形的內(nèi)角和也是利用轉(zhuǎn)化的思想的.
四、分類思想
有理數(shù)的分類、整式的分類、實(shí)數(shù)的分類、角的分類,三角形的分類、四邊形的分類、點(diǎn)與圓的位置關(guān)系、直線與圓的位置關(guān)系,圓與圓的位置關(guān)系等都是通過分類討論的。
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