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初中數(shù)學(xué)中代數(shù)的學(xué)習(xí)內(nèi)容呈現(xiàn)“布點”式螺旋上升的特征。所謂“布點”式螺旋上升,就是把初中要學(xué)習(xí)的內(nèi)容按照由易到難的規(guī)律先后呈現(xiàn),布下一個一個知識板塊的“點”,然后在每個“點”上逐步深入?;仡櫼幌逻M入初中以后我們學(xué)習(xí)的代數(shù)內(nèi)容,分別是“第2章有理數(shù)”“第3章代數(shù)式”“第4章一元一次方程”和“第8章冪的運算”,如果將它們進行歸類,第2章屬于“數(shù)”,第3、8章屬于“式”,第4章屬于“方程”,那么即將學(xué)習(xí)的“第9章整式乘法與因式分解”顯然也屬于“式”的范疇。
本章內(nèi)容可以分成三個塊面,一是9.1、9.2、9.3構(gòu)成整式乘法,二是9.4乘法公式,三是9.5因式分解。學(xué)好本章內(nèi)容,我們不僅需要具體的知識作支撐,更需要有大局觀念,明白各塊面內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián),這也是今后學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)從“優(yōu)秀”到“卓越”的關(guān)鍵。本章中,第一塊面與第二塊面知識之間構(gòu)成了“一般與特殊”的關(guān)系;第一、二塊面與第三塊面知識之間構(gòu)成“互逆”的關(guān)系。下面就此展開說明。
我們先回顧一下七年級第2章有理數(shù)的“數(shù)”是怎么研究的。首先我們認(rèn)識了負(fù)數(shù),完成了初中代數(shù)的第一次飛躍,由此把正數(shù)、零、負(fù)數(shù)歸為有理數(shù),接著研究了有理數(shù)中相反數(shù)、絕對值和數(shù)軸等相關(guān)概念,進而就進入學(xué)習(xí)有理數(shù)的加減乘除乘方運算。由此可見,研究數(shù)的主要目的就是要進行數(shù)的運算。
用字母表示數(shù),完成了初中代數(shù)的第二次飛躍,從特殊走向一般,把“數(shù)”的研究開始轉(zhuǎn)向“式”的研究。代數(shù)式有許多種類型,而包含單項式與多項式的整式是其中最特殊、最簡單的一類。認(rèn)識了整式及相關(guān)概念后,式也將進入學(xué)習(xí)正題,就是學(xué)習(xí)代數(shù)式中整式的運算,包括整式的加減乘除乘方。那么,整式的加減運算在哪里學(xué)的呢?在第3章代數(shù)式中,我們曾經(jīng)學(xué)過同類項概念與合并同類項法則,中間有這樣一句結(jié)論:整式的加減就是合并同類項。由此可以看出,整式的加減在第3章代數(shù)式中已經(jīng)學(xué)過,那么,接下去當(dāng)然就要學(xué)習(xí)“整式乘法”。我們通過“數(shù)”的研究思路和方法,運用類比與對比,很容易就理清了“式”中“整式”研究的脈絡(luò)與方法。
整式包括單項式與多項式,其進行乘法運算,從簡單到復(fù)雜,從特殊到一般,就包括“單項式乘單項式”“單項式乘多項式”“多項式乘多項式”三類。其中單項式乘單項式是最簡單、最特殊的情形,也是整式乘法運算的奠基工程。式的運算跟數(shù)的運算一樣,同樣需要借助法則,不同的是,有理數(shù)的運算其結(jié)果需要考慮“符號”與“絕對值”兩個方面,而整式的運算其結(jié)果需要考慮“符號”“系數(shù)”“字母”與“指數(shù)”四個方面,相對來說開始變得復(fù)雜,這需要同學(xué)們養(yǎng)成細(xì)心耐心、思考周密的習(xí)慣。一旦把單項式乘單項式學(xué)扎實了,后面的單項式乘多項式、多項式乘多項式就簡單了,用一句話來表達(dá)就是:把“多項式乘多項式”通過運算法則轉(zhuǎn)化為“單項式乘多項式”,再通過運算法則轉(zhuǎn)化為“單項式乘單項式”。
乘法公式屬于多項式乘多項式的特殊情形,乘法公式與多項式乘多項式構(gòu)成了特殊與一般的關(guān)系。根據(jù)特殊情形從屬于一般情形的關(guān)系,就算你不學(xué)乘法公式,就利用多項式乘多項式的法則,同樣可以計算出最后的結(jié)果。那為什么還要學(xué)習(xí)乘法公式呢?這是由數(shù)學(xué)學(xué)科特點決定的。因為數(shù)學(xué)的本質(zhì)追求的是“最簡、最優(yōu)、最美”,本來兩項的多項式乘兩項的多項式,結(jié)果應(yīng)該有四項,但我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)兩個兩項的多項式有一定規(guī)律的時候,其結(jié)果就變成了只有兩項或三項。利用公式可以直接得到簡單的結(jié)果,學(xué)習(xí)乘法公式就顯得非常必要和重要。
對于平方差公式與完全平方公式,我們需要從三個層面來理解并掌握。一是要知道兩個乘法公式不僅可以用代數(shù)的方法直接利用多項式乘多項式法則得到,還可以通過構(gòu)造幾何圖形,利用面積的不同計算方法進行驗證,分別從代數(shù)與幾何兩個視角看公式的得出過程,大大豐富我們對新知生長路徑的認(rèn)識。二是要知道兩個公式的特征,在不同情形下能夠快速地識別是否可用公式,用哪個公式,對公式中的a、b也要認(rèn)識全面。a與b不僅可以是單項式,也可以是多項式,說明公式不僅具有一般性,而且具有廣泛的應(yīng)用性。三是要知道公式的特征。既然是公式,它就是一個等式,所以,不僅要掌握乘法公式的正向運用,還要熟練掌握其逆向運用。事實上,兩個公式逆向使用,就是本章第三塊面知識:多項式的因式分解。
我們首先需要明確的是,前面的整式乘法與乘法公式兩個塊面都是屬于式的運算,但因式分解這個塊面不屬于運算,屬于式的恒等變形。其次,因式分解的對象是多項式,所以,研究因式分解的前提條件是針對一個多項式而言。既然因式分解不屬于運算,那么,在此學(xué)習(xí)是為什么呢?這是基于兩個原因。其一,前面已經(jīng)談到,初中代數(shù)的呈現(xiàn)是布點式螺旋上升,后面即將學(xué)習(xí)新知識的過程中很快需要用到多項式因式分解這個“式的變形”,所以在這里先布點。其二,多項式的因式分解與整式乘法中單項式乘多項式、多項式乘多項式的過程正好互逆。部分同學(xué)學(xué)習(xí)了整式乘法后再學(xué)習(xí)因式分解,會產(chǎn)生迷茫和混淆,上面的分析其實已經(jīng)非常明確地告訴大家如何區(qū)分兩者:整式乘法是式的乘法運算,結(jié)果是單項式或多項式,而因式分解是式的恒等變形,結(jié)果是幾個整式的積。
多項式的因式分解方法共有提取公因式法、運用公式法、分組分解法和十字相乘法四種。單項式乘多項式的法則可以用符號語言a(b+c+d)=ab+ac+ad來表示,反過來,ab+ac+ad=a(b+c+d)就變成因式分解的提取公因式法的符號語言;整式乘法之乘法公式用符號語言(a±b)2=a2±2ab+b2、(a+b)(a-b)=a2-b2來表示,反過來,a2±2ab+b2=(a±b)2、a2-b2=(a+b)(a-b)就變成因式分解的運用公式法的符號語言;同樣,多項式乘多項式的(a+b)(c+d)=ac+ad+bc+bd,反過來就變成因式分解的分組分解法;而多項式乘多項式的(x+a)·(x+b)=x2+(a+b)x+ab,反過來就變成因式分解的十字相乘法。
綜上我們可以看出,隨著“數(shù)的運算”轉(zhuǎn)換到“式的運算”,不僅過程和結(jié)果變得比較復(fù)雜,而且各個數(shù)學(xué)知識之間的關(guān)系也開始變得縱橫交錯,這就要求我們把學(xué)好數(shù)學(xué)知識放在第一位,在此基礎(chǔ)上,還要理清各個知識塊面之間的相互關(guān)聯(lián),只有這樣,你的學(xué)習(xí)才能做到知其然,還知其所以然,也只有這樣,你的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)才會從優(yōu)秀走向卓越。