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数学教学典型案例分析

数学教学典型案例分析
西华师范大学数学与信息学院
杨孝斌
如何培养学生的数学学习兴趣 ???
数学教学案例分析之一 ——
“糖水浓度与数学发现”系列活动课
道 具:一缸清水 一罐白糖 大大小小的玻璃杯若干个
大家都知道:
浓度
溶质 溶液
活动课之一——等比定理的发现
分成三小杯
第一杯浓度 a1 b1
第二杯浓度 a2 b2
y2 yz z2 z2 zx x2 x2 xy y2
………… ⑩
现在以x、y、z为边的三个夹角都是120°, 恰好拼成一个周角,作图如下:
C
y
z
D
A
x
B
同样我们有与 x2 xy y2 y2 yz z2 z2 zx x2 类似的共9个不等式(即“前两个根式中有一个的 交叉项为负、其余为正”或者“前两个根式中有 一个的交叉项为正、其余为负”)成立.那么,如 果要仿上作出图形利用“余弦定理”和“三角形 两边之和大于第三边”来证明它们,所作的图形 又是怎么样的呢?
一般地,设 b a 0, m 0, 则有不等式:a a m m ( 1)成立.
b bm m
新的发现:
借助不等式a a m m 可得 b bm m
1 2 3 4 99 9999
2345
100
10000
在数轴上描点表示,可作为极限
lim n
n
n
1
1的发现情境.
m3b3
0,且 a1 b1
a2 b2
a3 ,则有: b3
a1 b1
a2 b2
a3 b3

m1a1 m1b1
m2 a2 m2b2
m3 a3 m3b3
m1a1 m2a2 m3a3 . m1b1 m2b2 m3b3
学生6:
若设三小杯糖水的质量分别为n1、n2、n3,
n1 则可得混合后的浓度为
相信经历过这样的数学活动的学 生,等到他将来长大以后购买地板砖 准备家庭装修时仍然能够清楚的回忆 起当年他在这堂课中所设计的美丽图 案.如果是这样的话,作为一个数学教 育工作者,应该开心微笑了.
第三杯浓度 a3 b3
请问:三小杯糖水的浓度有何关系? 由于三小杯的糖水都是由大杯倒出的,显然有:
a1 a2 a3 ……① b1 b2 b3
现在把三小杯糖水倒入一个空的大杯子:
倒入一个大杯
第一杯浓度 a1 b1
第一杯浓度 a2 b2
第一杯浓度 a3 b3
请问:混合后糖水的浓度与原三个小 杯糖水的浓度有何关系?
A
z
x
B
y
D
C
一共有几种情形呢?
A
z
x
B
y
D
C
A
z
x
y
B
C
B D
A
z y
x
C
D
由以上三图知,不等式④应修正为:
x2 xy y2 y 2 yz z 2 z 2 zx x2 ………… ⑤
同理有类似的结论:
z 2 zx x2 x2 xy y2 y2 yz z 2
………… ⑥
由排列组合的知识知道,这是一个 可重复排列的问题,应有44= 256种不同 的情形.
是不是有这么多呢?这256个不同的图案中有没有重 复的呢?为了说明问题,再来看思路二.
思路二:(1)如下图,先将三个小正方形的 位置固定,旋转带*的小正方形.这样就得到 三个不同于初始图案的图案.
(2)那么,运用排列组合的知识, 如果有两个小正方形同时按不同方 向(旋转方向互不关联)分别旋转 (为避免重复,只考虑两个都旋转 的情形.否则回到(1)).这里分为 同时旋转两个相邻的小正方形和同 时旋转两个对角的小正方形两种情 形,共有3×3×2 = 18种不同的图 案.
依余弦定理得:
x
y
A
z
C
AB x2 xy y2 ,
B
BC y2 yz z 2 ,
CA z 2 zx x2 .
因为三角形两边之和大于第三边, 所以在△ABC中,有
AB BC CA
即不等式 x2 xy y2 y2 yz z2 z2 zx x2成立.
S
x
y
A B
z
C
很显然,同样有下面两个不等式成立:
z2 zx x2 x2 xy y2 y2 yz z2
………… ②
y2 yz z2 z2 zx x2 x2 xy y2
………… ③
到这里不仅要想,我们适当增大最后一个根 号内的值,不等式是否成立?即是下述不 等式是否成立?
x2 xy y2 y2 yz z 2 z 2 zx x2
接下来的问题是:这130种图案中有没 有重复的?如果有,重复了几种?这个问 题的最终结果应该是多少种不同的图案? 请读者自行解决.
3. 教学与反思
笔者曾经在小学4、5、6年级的数学课外 活动中运用该题进行过数学活动课教学,让学 生用制作好的四块小正方形卡片来拼图,学生 的学习兴趣非常高,收到了良好的教学效果. 通过这样的数学活动,使学生能够既动脑又动 手,同时还需要用眼观察,用嘴讨论,用心体 会,让学生体验到数学活动的乐趣、欣赏到几 何图形的美.
学生1:混合后的糖水浓度为
a1 a2 a3 b1 b2 b3
由生活常识知,三小杯糖水的浓度与混合后的糖 水浓度相等,即是:
a1 a2 a3 a1 a2 a3 ……② b1 b2 b3 b1 b2 b3
这就是等比定理: 若 ① 即 ②.
从“糖水情境”到“等比定理”,这中间有一 个从具体事实到形式化抽象的数学过程,前 者是“具体的模型”,后者是“抽象的模 式”,两者之间有“质”的区别.
bi 糖水的浓度值吗?
学生4:还是!!!
老师问: 为什么? 此时a1 a2 a3已经不是3杯 糖水中的糖的总合! b1 b2 b3也不是糖水的总合了!
学生4:此时式子②虽然不是混合糖水浓度定义 的直接式子,但在数值上并没有变!
学生4:这是因为
若设三小杯糖水的浓度本应是 mi ai ,式子 mi bi
学生8:老师,我明白了!
可设b克糖水
中含
有a克糖,
浓度
为p1=
a b

加糖m克
后,
浓度p

2
a b
m m
m 0,
此时有:a a m . b bm
学生9:同样可以考虑约分的情形 !
一般地,设 b a 0, m 0, k 0 则有不等式:a ak m 讨论的真分数,于是又有:
请大家仔细思考这个问题!
数学教学案例分析之三 ——
一道有趣的开放题
1. 问题的提出 已知图形如下:
请记住这道题 目,并根据排列组合 的知识推算这样的不 同图形共有多少个?
现保持阴影部分的面积大小,该图 形可以变化为如下一系列图形:
假设规定正方形的边长不变,相 应地,圆的半径(正方形边长的一半) 也不变,同时规定只能用半圆和圆心 角为90°的扇形去分割这个正方形并 保持阴影部分的面积不变.画出尽可 能多的不同分法,选出你喜欢的图形 并说明你喜欢的理由.
m1a1 m2a2 m3a3 表示了混合糖水的浓度, m1b1 m2b2 m3b3 由等比定理知道, m1a1 m2a2 m3a3 m1a1 m2a2 m3a3 . m1b1 m2b2 m3b3 m1b1 m2b2 m3b3
学生5:
从而我们得到命题:若b1b2b3 0,
m1b1 m2b2
正数,并且bi ai 0 .
只能是
而“等比定理”中的ai,bi 不需要这么多限
制,只要有
bi
0 b1 b2
(i 1,2,3) b3 0
就够了.
老师转问学生1:为什么说②式是混合后的浓度?
学生1: 因为a1 a2 a3是3杯糖水中的糖的总合, b1 b2 b3是3杯糖水的总合,根据浓度公式即得. 学生3:
a b

加糖后的糖水更甜了,则一定存在c 0,
得:. a a c. bb
老师问:很好!这里的c 表示什么?
学生7:表示加糖了! 老师问:c 表示所加的糖的质量吗?浓度与质量 可以直接相加吗?
学生7:c不是糖的质量,而是浓度的增加量.
老师问:那你这个式子只是反映了浓度的增加, 并没有反映出浓度增加的原因--糖的增加.那么 如何把“因为糖的增加而使糖水浓度增加”这个 事实反映出来呢?
关于糖水的浓度问题,我们还可以从中发现
“中间不等式”并由此得出“定比分点公
式”,并可以从中找到很多很有意义的数学
模型.感兴趣的老师可以参阅——《中学数
学课例分析》 (罗增儒 著
陕西师
大出版社 2001.7出版)
数学教学案例分析之二 ——
一个不等式的证明与变式
例:设 x, y, z R ,求证:
x2 xy y2 y2 yz z 2 z 2 zx x2
………… ①
思路分析:不等式的证明用常规方法似乎难以奏效.仔细观 察上式中三个根式的结构特征,可以发现:
x2 xy y 2 x2 y 2 2xy cos60, y 2 yz z 2 y 2 z 2 2 yz cos60, z2 zx x2 z2 x2 2zx cos60.
2. 问题解决的思路
为了解决这个问题,我们还得回到最 初的图形.先将原图分成四部分,如下:
思路一:将上图沿虚线剪开,该问题
则转化为用以下的四个小正方形去填充一 个空白正方形的问题.
a
b
c
d
填充
事实上,上面的四个小正方形(通过旋 转后)是完全一样的.但为了说明问题,我 们将它们的位置固定下来,看作四个不同 的图形,分别记为a,b,c,d ,现在用这 四个小正方形去填充,考虑一共能组成多 少种不同的图案.
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