1993年全國高考數(shù)學科命題組就指出:“要考查一些開放問題”,國家教委將“數(shù)學開放題”列為九五重點科研項目.相對于傳統(tǒng)的封閉題嚴密完整,開放題在構成問題的要素――條件、策略、結論中有一些是不明確的(分別稱為條件開放題、策略開放題、結論開放題).當前數(shù)學開放題之所以引起我們中學數(shù)學教師的關注,我以為一是以實踐能力、創(chuàng)新意識的培養(yǎng)為核心的素質教育的深入的需要.數(shù)學開放題對培養(yǎng)學生思維的發(fā)散性(結論開放)、聚斂性(條件開放)、創(chuàng)造性(策略開放),不失為好載體.二是高考命題的導向作用,數(shù)學開放題走進高考試卷的需要.三是數(shù)學走向應用的需要.我們的數(shù)學教育不僅要讓學生學會繼續(xù)深造所必需的數(shù)學基本知識,基本方法,基本技能,更重要的是讓學生學會用數(shù)學的眼光看待世界,用數(shù)學的思維方式去觀察分析現(xiàn)實社會,去解決現(xiàn)實生活中的問題.

為了滿足上述三方面的需要,必需將開放題引進課堂教學.本文談對數(shù)學開放題教學的一些認識,不當之處,謹請多多指教.

1、砸破籬笆,讓學生展開想象的翅膀

青少年時代是一生中最富有活力、充滿想象的時代.開放題往往形式活潑,供學生思考的角度眾多,思維活動的空間寬闊,正好給青少年學生提供了一個展翅的舞臺.而封閉題往往形式單一,要求學生在特定的范圍內進行定向思維.長期作這類機械式的思維訓練,學生的思維中將立起一道道難以逾越的籬笆.這樣的教學活動,不僅沒有促進學生進一步開放自己,反而束縛了他們的思想.通過開放式教學,可以讓學生砸破這些禁錮思想的籬笆,展開想象的翅膀,自由地發(fā)揮自身才華.

根據(jù)我校搬遷前曾有一塊操場需要改造這一實際,我們編擬:

開放題1 我校準備在長120米,寬100米的空地上建造操場,請同學們設計操場形狀,思考能否造出滿足以下條件的環(huán)形操場.

①每道跑道寬1.22米;②跑道用直線或圓弧吻接;③跑道共八道且內圈為300米

本題有學生認為不能造出滿足要求的操場,他認為操場應由兩個半圓和一個矩形構成(如圖1),經計算,跑道內圈無論如何達不到300米的要求.也有學生認為能造出滿足要求的操場,可將操場設計成如圖2,由四個四分之一圓弧及五個矩形構成.還有學生將操場設計成如圖3,彎道部分由三段圓弧組成,他們認為這樣才是操場.更有學生將操場設計成花園式(如圖4),跑道全部由圓弧組成,他們認為這樣的操場更美.

開放題2  用一塊長2米,寬1.6米的玻璃加工出橢圓形鏡子(鏡面為完整的一體).①要使鏡面面積最大,該如何設計加工鏡子(注S=).

本題主要考察學生如何畫出橢圓,培養(yǎng)學生的動手能力.可以用硬紙板代替玻璃,讓學生親手畫一畫,動手截一下.學生至少可從以下幾個角度去思考:①建立坐標系,寫出方程描點;②確定焦點,長軸長,由第一定義得到;③用解析幾何課本P116橢圓參數(shù)方程的定義;④用橢圓規(guī)工作原理(P124).

2、傳授定式,幫學生克服畏懼的心理

開放題引入課堂教學之初,學生的表現(xiàn)往往士為一是覺得好奇,感到有趣;二是感到畏懼,不知從何處入手.這就要求我們教師介紹一些典型開放題的求解思路,幫學生建立科學的思維定式.

⑴尋找充分條件型開放題.

開放題3 在直四棱柱中(如圖5),當?shù)酌嫠倪呅蜛BCD滿足條件       時,有(填上你認為正確的一種條件即可,不必考慮所有可能的情形1998高考卷第18題).

這類題型,只需找到能使結論成立的一個充分條件即可,而不必去尋找結論成立的充要條件.這類問題的要求并不高,可考慮特殊值或極端情形,從而找出充分條件.這一點,學生一開始往往不習慣.

⑵“是否存在”型開放題.

開放題4  設{}是由正數(shù)組成的等比數(shù)列,是其前n項和.是否存在常數(shù)C>0,使得成立?并證明你的結論(1995高考卷第25題).

這類開放題的答案,不是肯定就是否定,開放度較小.若“存在”,就是具有適合條件的某種數(shù)學對象,無論用什么方法,只要找出一個就說明存在.若“不存在”,一般需要有嚴格的推理論證.故這類“是否存在”型開放題的解決思路一般為,先假設存在滿足條件的數(shù)學對象,如果找出矛盾,說明假設不成立,進而否定假設,如果經過嚴格推理,沒有找到矛盾,說明確實存在,找出滿足條件的一個對象即可.

⑶猜想型開放題.

開放題5  已知數(shù)列{bn}是等差數(shù)列,b1+b2+……+b=145, b1=1.①求數(shù)列{bn}的通項bn;②設數(shù)列{an}的通項an= 其中a>0且a≠1),sn是數(shù)列{an}的前n項和,試比較sn的大小(1998高考理科第25題).

解答這類開放題,要求學生學會猜想.牛頓早就說過:“沒有大膽的猜想,就做不出偉大的發(fā)現(xiàn).”美國數(shù)學教育家彼利亞在1953年也大聲疾呼:“讓我們教猜測吧!”可我們在日常教學中,往往過分強調數(shù)學學科的嚴謹性和科學性,忽視實驗猜想等合情推理能力的培養(yǎng),讓學生覺得數(shù)學枯燥、無趣、難學.

我們應該教會學生如何猜想.教學生通過實驗、觀察,進行猜想,教學生通過對特例(特殊值)的分析、歸納, 猜想一般的規(guī)律(共性),教學生通過比較、概括得到猜想,教學生對具體問題的特殊解從宏觀上作出估算.先有猜想,再作嚴密的數(shù)學證明.這樣“既教猜想,又教證明”,讓學生體會到數(shù)學也是生動活潑,充滿激情,并富有哲理的一門學科.不至于學生說“過了幾十年,還做學習數(shù)學的惡夢”(徐利治語,見文5).

3、開展實驗,用計算機輔助開放式教學

利用計算機強大的計算功能和作圖功能輔助開放式教學,有利于改善課堂氣氛,激發(fā)學生的學習興趣;有利于“觀察(實驗)、猜想、證明(否定)”這一思想方法的運用,快捷方便地驗證學生自己作出的猜想,從而充分利用課堂活動的時間.

開放題6 (荒島尋寶)從前,有個年輕人在曾祖父的遺物中發(fā)現(xiàn)一張破羊皮紙,上面指明了一項寶藏,內容是這樣的:

“在北緯**,西經**,有一座荒島,島的北岸有一片草地,草地上有一棵橡樹,一棵松樹和一座絞架.從絞架走到橡樹,并記住所走的步數(shù),到了橡樹向左拐一個直角,再走相同的步數(shù)并在那里打個樁.然后回到絞架再朝松樹走去,同時記住所走的步數(shù),到了松樹向右拐一個直角,再走相同的步數(shù)并在那里也打個樁,在兩樁連線的正中挖掘,就可獲得寶藏.”

年輕人欣喜萬分,租船來到海島上,找到了那片草地,也找到了橡樹和松樹,但絞架卻不見了.長期的日曬雨淋,一切痕跡也不復存在.年輕人無從下手,只好空手而返.同學們,你能用數(shù)學方法幫助這位年輕人嗎?

本題,學生往往不知從何處入手.如果我們利用數(shù)學教學軟件幾何畫板制作圖6(設A,B兩點為橡樹和松樹所在地,假設C為絞架所在地.依題意找到打樁處D,E).不妨先讓我們做一個小實驗.拖動點C,我們將會發(fā)現(xiàn),無論C在何處,DE中點H是不動的.我們問:這說明什么?寶藏是否就在中點H處?

這樣,學生將會積極地思索,不難從解析幾何,復數(shù)、向量、平面幾何角度尋求具體的解決方法.

學習“過拋物線 的頂點O作二條互相垂直的弦OA,OB( ∠AOB = 90°)則弦AB 恒過定點(2P ,O ) ”之后,引導學生探討:

開放題7  過拋物線 上任一點C(, ) 作二條互相垂直的弦CA 、CB(∠ACB = 90°) 則弦AB有什么特性? 利用幾何畫板設計如圖 ;

 探討過程為 :

1 、雙擊移動按紐 “ 移 動C→O ” 顯示直角頂點在原點時,弦AB 恒過定點(2P ,0)  .

2、直角頂點移回C 處,對AB作軌跡跟蹤,發(fā)現(xiàn)弦AB過一定點.

3、作出該定點D并顯示該點坐標.

4、尋找關系:⑴ 顯示C及點C關于X軸對稱點E的坐標,我們發(fā)現(xiàn)點D與點E的縱坐標相同.⑵ 作出線段ED并顯示長度,發(fā)現(xiàn) ED = 2P.

5 、改變點C 的位置,或拖拉焦點F,變化P 的長度再作上述觀察.確認我們的結論正確,從而猜想弦AB恒過定點D(,)  .

6 、用代數(shù)方法證明以上猜想.

參考資料

1、戴再平:數(shù)學習題理論,上海教育出版社.1991.4

2、張奠宙:數(shù)學教育的全球化,開放化、信息化、數(shù)學教育.1998.5

3、王珂:從高考的新題型―開放題引起的思考,數(shù)學通報. 1999.12

4、陳錫龍:設計開放性的數(shù)學教學初探,中學數(shù)學教學參考.1999.10

5、“現(xiàn)代數(shù)學及其對中小學數(shù)學課程的影響”數(shù)學家座談會紀要            數(shù)學通報. 1999,11.

 


同步練習冊答案