摘要:本文從轉(zhuǎn)化思想的功能、轉(zhuǎn)化思想的實(shí)質(zhì)、轉(zhuǎn)化思想的思維模式以及中學(xué)數(shù)學(xué)中轉(zhuǎn)化思想的基本形式、轉(zhuǎn)化思想的特點(diǎn)等內(nèi)容出發(fā)來(lái)闡述轉(zhuǎn)化思想,力求體現(xiàn)轉(zhuǎn)化思想在中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)與解題中的作用和地位。
關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)化思想;數(shù)學(xué)模型;數(shù)學(xué)思想
中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1002-7661(2012)07-215-01
在中學(xué)數(shù)學(xué)中,轉(zhuǎn)化思想是一種重要的解題方法同時(shí)也是一種思維策略。所謂轉(zhuǎn)化思想:即將未知解法或難以解決的問(wèn)題,通過(guò)觀察、分析、類比、聯(lián)想等思維過(guò)程,選擇運(yùn)用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法進(jìn)行變換,轉(zhuǎn)化為在已知知識(shí)范圍內(nèi)已經(jīng)解決或容易解決的問(wèn)題的思想叫做轉(zhuǎn)化思想。一般總是將復(fù)雜問(wèn)題通過(guò)變換轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單問(wèn)題;將難解的問(wèn)題通過(guò)變換轉(zhuǎn)化為容易求解的問(wèn)題??偠灾?,轉(zhuǎn)化在數(shù)學(xué)解題中幾乎無(wú)處不在。轉(zhuǎn)化的基本功能是:生疏化成熟悉,復(fù)雜化成簡(jiǎn)單,抽象化成直觀,含糊化成明朗。因此,轉(zhuǎn)化思想的實(shí)質(zhì)就是以運(yùn)動(dòng)變化發(fā)展的觀點(diǎn),以及事物之間相互聯(lián)系,相互制約的觀點(diǎn)看待問(wèn)題,善于對(duì)所要解決的問(wèn)題進(jìn)行變換轉(zhuǎn)化,使問(wèn)題得以解決。這充分體現(xiàn)辯證唯物主義觀點(diǎn)。
著名的數(shù)學(xué)家,莫斯科大學(xué)教授C.A.雅潔卡婭曾在一次向數(shù)學(xué)奧林匹克參賽者發(fā)表《什么叫解題》的演講時(shí)提出:“解題就是把要解題轉(zhuǎn)化為已經(jīng)解過(guò)的題”。數(shù)學(xué)的解題過(guò)程,就是從未知向已知、從復(fù)雜到簡(jiǎn)單的化歸轉(zhuǎn)換過(guò)程。
等價(jià)轉(zhuǎn)化和非等價(jià)轉(zhuǎn)化是轉(zhuǎn)化思想的兩大類型。但他們之間有著嚴(yán)格的區(qū)別,因此我們?cè)趹?yīng)用的時(shí)候要注意他們的區(qū)別。等價(jià)轉(zhuǎn)化前后是充要條件,所以盡可能使轉(zhuǎn)化具有等價(jià)性;在不得已的情況下,進(jìn)行不等價(jià)轉(zhuǎn)化,應(yīng)附加限制條件,以保持等價(jià)性,或?qū)λ媒Y(jié)論進(jìn)行必要的驗(yàn)證。
翻開數(shù)學(xué)發(fā)展的史冊(cè),運(yùn)用轉(zhuǎn)化解決問(wèn)題的例子不勝枚舉,著名的哥尼斯堡七橋問(wèn)題便是一個(gè)精彩的例證。這是轉(zhuǎn)化問(wèn)題一個(gè)很好的應(yīng)用,由此我們?nèi)菀讱w納出轉(zhuǎn)化思想方法的思維模式:客觀問(wèn)題→數(shù)學(xué)問(wèn)題→數(shù)學(xué)模型→得解
可見解題能力的強(qiáng)弱在于:1、有敏銳的洞察能力,才能找準(zhǔn)目標(biāo)模型,2、有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)化能力,才能有效地把問(wèn)題轉(zhuǎn)化為目標(biāo)模型,至于運(yùn)用模型的內(nèi)部規(guī)律求解就比較容易了。
一、在中學(xué)數(shù)學(xué)中,常見的轉(zhuǎn)化基本形式有
1、數(shù)與數(shù)之間的轉(zhuǎn)化
例如計(jì)算某個(gè)算式得出數(shù)值;化簡(jiǎn)某個(gè)解析式得出結(jié)果;變形所給出的方程求解;變形所給的不等式求出解集以及函數(shù)、方程、不等式之間的互相轉(zhuǎn)化等等。
2、形與形之間的轉(zhuǎn)化
比如:利用圖象變換的知識(shí)作出函數(shù)圖象;利用分割、補(bǔ)形、折疊、展開,作輔助線,輔助面處理空間圖形或平面圖形,等等。包括把立體問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面問(wèn)題。
例2.正三棱錐P-ABC中,各條棱的長(zhǎng)都是2,E是側(cè)棱PC的中點(diǎn),D是側(cè)棱PB上任一點(diǎn),求△ADE的最小周長(zhǎng)。
分析:把空間問(wèn)題轉(zhuǎn)化成平面問(wèn)題,是立體幾何中轉(zhuǎn)化思想重要應(yīng)用的內(nèi)容,有這樣的思想作指導(dǎo),我們?cè)俳Y(jié)合原題的圖形,由于AE是定長(zhǎng) ,因此,只要把測(cè)名PAB-PBC展開鋪平,那么當(dāng)A、D、E三點(diǎn)共線時(shí)的AE長(zhǎng),即AD+DE的最小值在 中,PA=2,PE=1, = ,所以,利用余弦定理可得AE= ,于是就得到 的最小周長(zhǎng)為 + 。
數(shù)與形之間的轉(zhuǎn)化。數(shù)與形之間的轉(zhuǎn)化主要是依據(jù)函數(shù)與其圖象的關(guān)系;復(fù)數(shù)及其運(yùn)算的幾何意義;以及解析幾何中曲線與方程的概念等等進(jìn)行轉(zhuǎn)化。
3、實(shí)際問(wèn)題與數(shù)學(xué)模型之間的轉(zhuǎn)化。數(shù)學(xué)模型是從現(xiàn)實(shí)世界中抽象出來(lái)的,是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界事物的某些屬性的一個(gè)近似的反映,但對(duì)解決實(shí)際問(wèn)題而言,數(shù)學(xué)模型卻是深刻、正確、完善地反映著現(xiàn)實(shí)。因此,把所考察的實(shí)際問(wèn)題,轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問(wèn)題,構(gòu)造相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,通過(guò)對(duì)數(shù)學(xué)模型的研究,使實(shí)際問(wèn)題得以解決,充分地體現(xiàn)了“運(yùn)用數(shù)學(xué)”的意識(shí)和能力。
轉(zhuǎn)化思想的主要特點(diǎn)是它的多樣性、層次性和重復(fù)性。一個(gè)數(shù)學(xué)問(wèn)題,組成主要元素之間的相互依存和相互聯(lián)系的形式是可變的,其形式并非唯一,而是多種多樣。所以應(yīng)用數(shù)學(xué)變換的方法去解決有關(guān)數(shù)學(xué)問(wèn)題時(shí),就沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的模式可以遵循。因此,我們必須根據(jù)問(wèn)題本身提供的信息,利用動(dòng)態(tài)的思維,具體問(wèn)題具體分析。
二、我們?cè)趹?yīng)用轉(zhuǎn)化思想時(shí)候常用的到轉(zhuǎn)化方法有以下幾個(gè)方法
1、直接轉(zhuǎn)化法:把原問(wèn)題直接轉(zhuǎn)化為基本定理、基本公式或基本圖形問(wèn)題。
2、換元法:運(yùn)用“換元”把超越式轉(zhuǎn)化為有理式或使整式降冪等,把較復(fù)雜的函數(shù)、方程、不等式問(wèn)題轉(zhuǎn)化為易于解決的基本問(wèn)題。
3、數(shù)形結(jié)合法:研究原問(wèn)題中數(shù)量關(guān)系(解析式)與空間形式(圖形)關(guān)系,通過(guò)互相變換、獲得轉(zhuǎn)化途徑。
4、參數(shù)法:引進(jìn)參數(shù),使原問(wèn)題的變換具有靈活性,易于轉(zhuǎn)化。
5、構(gòu)造法:“構(gòu)造”一個(gè)合適的數(shù)學(xué)模型,把問(wèn)題變?yōu)橐子诮鉀Q的問(wèn)題。
6、坐標(biāo)法:以坐標(biāo)系為工具,用計(jì)算方法解決幾何問(wèn)題。
7、類比法:運(yùn)用類比推理,猜測(cè)問(wèn)題的結(jié)論。
數(shù)學(xué)思想是人腦對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的空間形式和數(shù)量關(guān)系的本質(zhì)反映,是思維加工的產(chǎn)物,是人們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的空間形式和數(shù)量關(guān)系的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。在高中數(shù)學(xué)中的轉(zhuǎn)化思想是數(shù)學(xué)思想的核心和精髓,是數(shù)學(xué)的靈魂。所以,教師在教學(xué)的過(guò)程中要對(duì)學(xué)生滲透和傳授這個(gè)數(shù)學(xué)思想。
總之,“轉(zhuǎn)化”思想在數(shù)學(xué)中的應(yīng)用,不僅可以開拓學(xué)生的思路,開發(fā)學(xué)生的餓智力,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生在輕松愉快中享受數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的快樂(lè)。還可以通過(guò)“轉(zhuǎn)化”思想的訓(xùn)練,讓學(xué)生養(yǎng)成多角度考慮問(wèn)題,形成合乎科學(xué)規(guī)律的思維習(xí)慣,掌握正確的思維方法,從而優(yōu)化學(xué)生的思維品質(zhì)。