高中数学人教版答案-高中数学优秀教学设计案例免费
解数学题不应是公式、规则的演绎游戏
高考题和数学竞赛题,在高中数学教学中有着引领的作用。这些题目的好坏影响很大。
构建一道
好的题目也十分不易。显然,绝大多数的高考题和竞赛题是不错的。有些题目还十
分精彩。而且从近几年
看,题目出的越来越好。但也不可否认确实有个别题目出的不好,对
高中数学教学造成不好的影响。也引
起学生和家长的不满。
令人不安的是,目前很少能听到对这些题目的批评意见。对个别不好的题目,没
有人
站出来说:“不!”相反,上级教育主管部门对这些考题的评价都是正面的、肯定的。当然,
批评的意见不一定就是对的。要允许别人反批评。由于这些题的影响较大,在这里,应该要
对事不对人
地开展讨论,才能有利于高中数学教育的发展。
笔者水平有限,但却希望在此,结合几个具体的题目,发表一些意见。欢迎批评指正。
首先讨论两道高中数学联赛的题。这是很多年以前的题目了。所以还拿出来讨论是因
为,目前这类题
目仍在高中课堂广泛讲授,被有些老师称为经典题。成为高考复习的题型之
一,其影响还很大。
4
x
121000
1.
设函数
f(x)?
x
,求
f()?f()?L?f()
的值。
4?2
1
点评:请问这道题应该让学生如何来思考?我们在高中
学过,等差数列和等比数列,知
道如何求它们的前
n
项和。这是等差数列或等比数列吗
?它们不是!那么,我们能用求等差、
等比数列前
n
项和公式的方法,来处理这道题吗
?也不成!
事实上,出题者是利用这道题中的函数的一个特殊性质:
f(x)?f(1?x)
?1
,而编造
出来的。而这个性质却不是显然的,人们根本无法一眼看出。请问,用这样的题如
何培养学
生分析问题、解决问题的能力?
4
x
?33
,如果允许这
样来编造数学题,我们可以把这题改得更难,例如,让
f(x)?
x
4?2
4
x
?33?x
,此时,此时该函数满足:
f(x)?f(1?x)?67。还可以再复杂,让
f(x)?
x
4?2
该函数满足:
f(x)
?f(1?x)?68
。若还觉得简单,可以把上述函数表达式进行通分,甚至
分子、分母同乘
一个代数式,等等。
我们也可以编造满足
f(x)?f(a?x)?1
或更复杂的函
数关系来出这类型的题。
学生得到的‘收获’只能是:今后看到类似题型,要根据题目中数列的值,如
这里的,
121000
,反过来猜测给定的函数的特殊性质。这种思维是数学思维吗?我们,,
L
,
1
在培养学生的什么能力?
这是数学
吗?数学作为一门科学,它研究的问题,无论是来自实际还是来自数学本身,
都是有意义的。它的思想方
法非常丰富(例如我们熟知的类比、归纳等等),体现着人类思
考问题、分析问题的一般方法。
如果采用这种生编硬造的方法玩花样,(类似地还有:把一些因式乘起来,让人去做因
式分解;从一个
明显的不等式出发,例如,
3?5
,两边加、乘同样的式子,使其复杂化,
让人去证明
这复杂的不等式,等等。)数学将变成定义、规则和演绎法的游戏,它既没有动
力也没有目标。数学将不
会吸引任何有理智的人,它也丧失了其生命力。
2. 设函数
x
2
?xln(e
x
?1)?3
f(x)??
2
定义在区间
[?a,a]
上,求这个函数的最大值与最小值的
和。
点评:对一个函数来说,我们自然会关心它的最大值和最小值。它们给出了该函数因
变量
变化的范围,而且在应用中,最大、最小值也十分重要。有时也会关心最大值与最小值
的差,它反映了因
变量变化的幅度。但是,我们为什么要求最大值与最小值的和?它有何意
义?如果不关心其意义,我们就
可以提出一大堆问题,如,求最大值与最小值的乘积、商、
平方和等等。解决这类根本不知道其意义的问
题,不是数学!这是没有目标的演绎游戏。
退一步说,如果问题本身没有意义,但我们有一个好的方
法,能对一般的函数求出其
最大值与最小值的和,即存在一种通性通法。这也还算可以。但我们却没有这
种方法。
于是,按照一般的做法,我们只能分别求出该函数的最大、最小值,然后再对它们求
和。由于该函数最后一项是+3,我们只需求函数
x
2
g(x)???xln(e
x
?1)
2的最大、最小值。这个函数的图像很难画出,学生无法利用几何直观来猜想。我们在课堂上
教给学生
的是,对这种问题,最一般的方法是,通过求导数,然后解一个方程,来求极大、
极小值点。但是,这个
函数求导后,得到的三项中,分别包含,指数、对数和多项式。无法
求出其零点。
那么,这题如何做呢?这题目的标准答案说,
g(x)
是一个奇函数,从而在对称区间
[?a,a]
上,最大、最小值的和为0。
怎么就会想到
g(x)
是奇函
数?从函数表达式根本看不出来,
g(x)
的图像又不易画出。
我们想通过这道题教给
学生什么思考问题、分析问题的方法呢?这里又是编造一个特殊的函
数来为难学生,却没有任何意义。
学生得到的‘收获’只能是:今后如果出现求最大、最小值的和的题,要看它是否是
奇函数。这
种‘收获’,在分析问题、解决问题上没有任何意义,不是在学数学,而是在对
付考试、对付题型。而这
种题型不是真正意义上的数学问题。是数学中的‘垃圾’。
下面讨论两道近年的高考题。(这不是新课标实施后的考题)
3
下面是一道选择题,其正确答案是
(B)
。
(2008年重庆卷·理科10)
函数f(x)=
sinx?1
(
0?x?2
?
) 的值域是(B )
3?2cosx?2sinx
D)[-
3,0
] (A)[-
2
,0
]
2
(B)[-1,0]
(C)[-
2,0
]
命题者给出该题的标准答案如下:
方法1:特殊值法,sinx=0,cosx=1则f(x)=
0?1
??1
淘汰A
,
3?2?1?2?0
令
sinx?1
??2
得
3?2cosx?2sinx
2
6?(sinx?1)
2
,
?
sinx?1
?
?6?4cosx?4sinx?cosx?
4<
br>当时sinx= ?1时,
cosx?
3
,
所以矛盾.
f(x
)?
?2
淘汰C, D.
2
方法2:
f
?
x
?
?
sinx?1
?3?2cosx?2sinx
sinx?1
?
1?cosx
?
?
?
1?sinx
?
2
22
??
1
?
1?cosx
?
??
?1
1?sinx
??
2
??
1
?
1?t
?
1?
2
1?t
?
2t
?
1?
?
1?t
2
?
?
?
?
?1
?
?
?
2
??<
br>1
?
2t
2
?
??
?1
2
1?t?
2t
??
2
??
1
?
t
?
4
??
?1
?
1?t
?
4
??1
其中
t?tan
x
?
x?
?
?
.
f(x)?[?1,0].
2
1
5
当x=?时,
f
?
x
?
???
?
?1,0
?
方法3:
f
?
x
?
?
sinx?1
?3?2cosx?2sinx
sinx?1
?
1?cosx
?
?
?
1?sinx
?
22
??
1
?
1?cosx
?
??
?1
1?sinx
??
2
令
k?
1?cosx
,
k表示圆x
2
+y
2
=1上的点与点
1?sinx
y
A(1,1)
(1,1)连线的
斜率,
k?
?
0,??
?
?
1?cosx
?
2
?1?k?1?
?
1,??
?
??
?
1?sinx
?
??
1
?
1?cosx
???
?1
1?sinx
??
2
2
?
?
?1,0
?
.
O
x
点评:
求一个连续函数在闭区间的值域,只需求出该函数在这区间的最大、最小值。其关键
的步骤是求出该函
数在这区间的极值,再和函数在区间端点的值进行比较。这是高中熟知的
内容。而求函数极值的一般方法
是,首先对函数求导,然后解一个导数为零的方程。这个方
法也是学生熟知的。它是微积分中的一个基本
的方法,是通性通法。但是,本题却没有考核
学生对这个基本方法掌握的程度。相反,如果学生用这个方
法,将面临解一个有关
sinx
(或
cosx
)的四次方程。这个方程有一对
共轭的复根和两个实数根。学生不掌握解四次方程的
办法。从而无法用求导数的办法来解决这道题。
那么命题者打算让学生如何来解决这个问题呢?
命题者在他们给出的答案中,给出了三种方法
。方法1是所谓的排除法。它说,经过
验证,在所给出的四个选项中有三个是错误的,可以排除在外。因
此,剩下的一个选项就是
对的。这是学习数学吗?这是‘考试学’!是考试的方法,而不是研究数学的方
法。把这种
方法作为标准答案,实不可取。
方法2和方法3都是把该函数的表示式,用三角恒等表换公式,变成
f(x)??
1?sinx
(1?sinx)?(1?cosx)
22
,
然后,再讨论它的值域。
它们的解法却过分复杂(甚至出现了‘斜率’)。事实上,人们很容易看到
0?1?sinx?(1?sinx)
2
?(1?cosx)
2
从而连续函数
y?
1?sinx
(1?sinx)?(1?cosx)
22
<
br>取值在0和1之间。当
x
在所给的定义域区间
[0,2
?
]<
br>时,该式可以取到0和1。因此,该函
数的值域是
[0,1]
。而我们要求的函
数和它只相差一个负号,从而它的定义域是
[?1,0]
。方
法2和方法3显得过于繁
琐了。
不过,这道题的问题不在于答案给出的解法麻烦。其致命的缺陷是:我们的问题明明
是
让学生求函数的值域,但我们用这道题要告诉学生的却是,你们学过的求极值的通性通法
在这里却不适用
。在这里要用一个巧妙的变形。
可惜的是,这个变形,只适合这一道题。换了别的题就不成了。甚至把
这道题目中函
数表达式的任何一个数或符号改一下,例如,把3改为4或把2改为5,或把减号改成加号
,
等等。上述的解题方法也失灵。也就是说,本题给出的方法,只能解这一道题。换一个数或
符
号就失效,这样的题目有意义吗?
也许有人说,这是考三角恒等变换。我个人认为,三角恒等变换公式
反映了,特定三
角函数值的内在关系。其功能主要是,化简和证明一些恒等式。使学生能认识到一些看似
十
分复杂的表示式,由于其内在的关系,原来如此简单。或发现表面不同的两个式子原来是恒
等
的。我们也可以用三角恒等变换,来做一些计算(例如,‘数学分析’中的积分计算)。因
此,如果要考
核学生三角恒等变换,应该在化简、证明恒等式或计算方面考核。使学生体会
这些公式的作用。而不是在
形式推演上玩花样。
我国的学生在形式演算方面能力很强,但有些过分了。上世纪70年代末,笔者在
美国
做访问学者,在讨论班上,常常会不由自主地想到把已知的条件,用一个公式做恒等变形,
甚至,对分子、分母同乘一个式子,或加一项再减一项,等等。试图通过这种途径找到解决
问题的办法。
每当我这样做时,我的导师,美国科学院院士,r教授,都会疑惑地望
着我,问我:“Why?”(为什
么?)在他看来,没有数学思想,没有方法,靠这种形式演算,
变来变去,是无法解决问题的。这使我逐
渐清楚:我们的这些‘强项’,有时也会把我们引
入歧途。这表现在,在教学中,把知识分解为知识点,
过分关注细节和技巧,而忽略了对数
学整体的把握。津津乐道于一些巧题、妙题,而忽视数学中最常见的
、最基本的思想和方法。
事实上,几乎没有一个重大的数学成果是靠单纯的形式推演而得到的。通常,
人们通
过直观猜测、类比、归纳等各种途径得到结果,其思路和方法都是清楚、合理的。最后,再
靠形式的推理给以验证。
因此,,形式演算能力虽然是学习数学的一种重要能力,但不能过分。特别
是,不应该
做没有目标的演算,或只在技巧上玩花样。
如果在学生学过用导数
求极值的一般方法后,我们故意出一道用导数无法求解的题目,
用一个只对这一道题有用的方法来求解。
势必引导教师在高中教学中,去找这样的偏题怪题
来做,而忽视了通性通法的学习。
特别是,
我们要清楚高中数学的定位,在我看来,这样的解题技巧,对一个高中数学
教师或者一个数学系的学生来
说,都不是最重要的。何况,我们的高中生。他们将来大都不
专攻数学,让他们做这种题就更不必要。他
们应该掌握的是最基本的、通性通法,如用导数
求极值,等等。而不是本题中给出的技巧。
4
下面这道题的第2问,江西全省没有考生做出来,丧失了考题选拔的功能。学生、教师
反映极大。
(2009年江西理科卷第22题)
各项均为正数的数列{a
n
},a
1
=a, a
2
=b,且对满足m+n=p+q的正整数m,n,p,q都有
a
p
?a
qa
m
?a
n
?.
(1?a
m
)(
1?a
n
)(1?a
p
)(1?a
q
)
(1)当<
br>a?
14
,b?
时,求通项a
n
25
,;;
(2)证明:对任意a,
存在与a有关的常数?,使得对于每个正整数n,都有
命题者给出该题的标准答案如下:
1
?
?a
n
?
?
.
a
p
?a
q
a
m
?a
n
?
解:
(<
br>Ⅰ
)
由得
(1?a
m
)(1?a
n<
br>)(1?a
p
)(1?a
q
)
a
1
?an
a
2
?a
n?1
2a?1
?.
将
a
1
?
1
,a
2
?
4
代入化简得
a
n
?
n?1
.
(1?a
1
)(1?a<
br>n
)(1?a
2
)(1?a
n?1
)
a
n?
1
?2
25
所以
1?a
n
1
1?a
n?1
??,
1?a
n
31?a
n?1
n
1?a
n
1?a
n
1
3
}
为等
比数列,从而
?
n
,
即
a
n
?
?1
.
故数列
{
1?a
n
1?a
n
33
n
?1
3
n
?1
可验证,
a
n?
n
满足题设条件
.
3?1
a
m
?a
n
(
Ⅱ
)
由题
设的值仅与
m?n
有关
,
记为
b
m?n
,
(1?a
m
)(1?a
n
)
则
b
n?1<
br>?
a
1
?a
n
a?a
n
?.
(1?a
1
)(1?a
n
)(1?a)(1?a
n
)
考察函数
f(x)?
a?x
(x?0)
,
则在定义域上有
(1?a)(1?x)
?
1
a?1
?
1?a
,?
?
1
f(x)?g(a)?
?
,a?1
故对
n?N
*
,
b
n?1
?g(a)
恒成立
.
?
2
?
a
?
1?a
,0?a?1
?
又
b
2n
?
2a
n
1
?g(a)
,,<
br>解上式得
0?g(a)?
注意到
(1?a
n
)2
2
1?g(a)?1?2g(a)1?g(a)?1?2g(a)
g(a)??a
n
?,
g(a)g(a)
1?g(a)?1?2g(a)
取
?
?
点评:先看第(1)小题的标准答案。由于给出了数列的第1、2项,利用已知条件得到一<
br>个递推关系
1
1?g(a)?1?2g(a)
,
即有
?a
n
?
?
.
.
?g(a)
a
n
?
2a
n?1
?1
.
a
n?1
?2
这还是自然的。但是,随后由这个递推关系得到
1?a
n
1
1?a
n?1
??,
1?a
n
31?a
n?1
却没有给出任何思路。(答案上只用了“所以”两个字。)
学生无从下手。如果只是恒等变形、
化来化去,就没有任何意义。这样的问题不能培养任何分析和解决问
题的能力。无助于对数
学的理解。少数学生能做出这道题,是因为老师大量补充关于递推关系(实质上是
差分方程)
的各种解题技巧。这种题目在高考中出现,势必引导高中老师给学生补充递推关系的各种题<
br>型和技巧。这大大超出了高中课标对学生的要求,加重学生负担。而对学生的数学素养没有
多少好
处,甚至起着相反的作用。
下面我们重点来讨论第(2)小题。
首先,这里问题的提法就很奇怪。为什么要找一对互为倒数的正数:
?
和
0?
1
,使得
?
1
?
?a
n
?
?
(1)
一个自然的提法是:证明:存在两个正数
A
和
B
使得
0?A?a
n
?B
(2)
这意味着,这个数列是有界的且不会趋于零。这个提法,在数学上,是有意义的。
不难证明,这两个提法是充分必要的。事实上,若(1)成立,令
A?
得到(2) ;反过来,若(2)成立,取一个数
?
满足:
m ax(
1
?
,
B?
?
,就
1
,B)??
A
(这样的
?
有无穷多个),则(1)成立。
虽 然这两个结论等价,但若无特殊需要,我们是不会提出考题中所问的问题的。考题
的这种提法必定要引导 学生去找一个特殊的数
?
。如前所述,它有无穷多个,具体是哪一个
并不重要。 那么,我们如何来找这个数
?
呢?从命题者给出的标准答案来看,他根本没有去找
?
,
只是证明数列
a
n
满足一个一元二次不等式,从而得到
a
n
的上、下界
1?g(a)?1?2g(a)1?g(a)?1?g(a)
?a
n
?
g(a)g(a)
然后,答案说,经过恒等变换可知,上、下界恰巧互为倒数,于是,我们 得到了
?
!从而证
明了我们的结论。原来只是恰巧成立!这种解决问题方法,说得过去 吗?它培养学生什么能
力?
我们并不是不允许出难题,但要有自然的解题思路,通过对问题一 步步的分析,最终
解决问题。要通过解决问题来培养学生分析问题、解决问题的能力。像这题的解法,不 给出
如何寻找数
?
的思路,最后,靠“恰好成立”来完成证明。实在不可取。
顺便指出,答案中,用形式的计算,来发现
a
n
的上、下界互为倒数 ,对一般人来
说,也是很难想到的。因为这两个界的表达式比较复杂,无法一眼看出。(如果用根与系数
关系的韦达定理,不用计算直接可以得出。)这种考核,不是考学生的能力,用这种东西考
学生 ,并不能选拔出优秀的学生。
当然,这题的难点还不止这些。为了要说明数列
a
n< br>满足一个一元二次不等式,答案中
首先通过数列
a
n
,造了一个新的数 列
b
n
,然后给出了
b
n
的下界
g(a)
。这个下界还不像通
常那样,是一个数,而是参数
a
的一个函数。这对考生来说,极不 容易想到。而且,有了这
个下界还无法得到数列
a
n
的界(事实上,无论a
n
有界还是无界。
g(a)
都是
b
n
的下界 。这
一点学生也很难看出。),还要利用题目的已知条件,最终才能得到
a
n
满足的不等式。
这样的题目难度很大,远不是中学学生和教师能够把握的。更何况,如上所述,问题< br>的提法和解题的方法都不自然。这样的题目出现在高考的试题中,影响很不好。考试后,在
互联网 上学生骂声一片。江西上饶的一个教育局副局长对我说,你们搞数学教育的,出这样
的题,让学生都远离 数学,怕数学,甚至恨数学。应该反思反思。
类似的题目还可以举出一些。但本文的目的不 是针对个别的题目,而是想批评目前教
学中的一种倾向。现在,为了应付考试,老师让学生大量地做题。 而充斥在练习、卷子,特
别是,教辅材料中的题,有很多是这种数学‘垃圾’。它们无助于学生对数学的 理解,也不
能让学生很好地掌握数学的基本方法。它们是一些怪题、偏题。提出的问题就很怪,又给不< /p>
出解决问题的思路。有的题好像很巧,其实,对培养学生没什么用。大部分学生根本无法自
己解决。其结果是,把许多本来还喜欢数学,至少是不害怕数学的学生,变得害怕数学,厌
恶数
学。
每一个数学教育工作者,包括我自己,都应该对此进行反思,为改变这种状况而努力。
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