數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)離不開解題.數(shù)學(xué)知識的深入理解與靈活運(yùn)用,往往是通過典型例題的分析與解答而獲得的,而數(shù)學(xué)能力的培養(yǎng)與學(xué)生智力的發(fā)展,也常常是伴隨著由淺入深的解題過程而達(dá)到的.波利亞指出:解題的價(jià)值不是獲得答案本身,而在于弄清“是怎樣想到這個(gè)解法的”.所以,解題教學(xué)的關(guān)鍵是啟發(fā)學(xué)生“怎樣想”,打通已知與未知的思維通道.另外,教師還要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會“品題”,清楚該題考查了哪些核心內(nèi)容,運(yùn)用了哪些數(shù)學(xué)思想方法,理解命題人的設(shè)計(jì)意圖等.最后,作為教師要基于試題的解題過程反思對今后教學(xué)的導(dǎo)向作用,優(yōu)化解題教學(xué).下面,筆者就對一道試題的賞析和解決闡述一些想法和觀點(diǎn),僅供大家參考.
1 試題呈現(xiàn)
如圖1,A是直線y=x與反比例函數(shù)y=k/x(x>0)圖象的交點(diǎn),B是直線y=-2/3x與反比例函數(shù)y=k、x(x<0)圖象的交點(diǎn),AB平行于x軸,△ABO的面積為5.
(1)求k1和k2的值.
(2)在反比例函數(shù)y=k1、x(x>0)圖象上是否存在點(diǎn)C,使得△AOC的面積與△ABO的面積相等?如果存在,請求出點(diǎn)C的坐標(biāo);如果不存在,請說明理由.
(3)將△ABO繞點(diǎn)B旋轉(zhuǎn)得到△A′BO′,當(dāng)點(diǎn)A′正好落在y軸上時(shí),求OO′的長度.
2 試題賞析
2.1 核心知識得到高度整合
本題是一道正比例函數(shù)和反比例函數(shù)背景下的代數(shù)與幾何綜合問題.從已知條件來看,涉及直角坐標(biāo)系、反比例函數(shù)的性質(zhì)、三角形的面積、平行和旋轉(zhuǎn)變換等核心知識;從分析問題和解決問題的過程來看,關(guān)聯(lián)了開方運(yùn)算、分式方程、一元二次方程、方程組、勾股定理、三角形相似和三角函數(shù)等核心知識,利用知識的內(nèi)在聯(lián)系和邏輯關(guān)系并以問題的形式進(jìn)行整合,其覆蓋面廣、綜合性強(qiáng),能較好地考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識和基本技能.如第(1)小問求反比例函數(shù)的“k”,表面看似考查k的幾何意義,但不能由面積直接求k的值,要結(jié)合點(diǎn)的坐標(biāo)、三角形的面積表示等,需要學(xué)生深度理解基本概念;又如第(3)小問求OO′的長度,需要學(xué)生正確作出圖形,利用旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)轉(zhuǎn)化為三角形相似或解三角形問題.
2.2 代數(shù)思維貫穿問題設(shè)計(jì)
代數(shù)思維就是字母代表數(shù),使其參與運(yùn)算,而運(yùn)算也是一種推理,所以其過程就是代數(shù)推理.本題的第(2)小問的設(shè)計(jì)就是聚焦代數(shù)推理,突出一個(gè)“算”字,利用三角形的面積求三角形的某一項(xiàng)點(diǎn)的坐標(biāo),由三角形面積會自然聯(lián)想到面積公式,進(jìn)而聯(lián)想到底和高,而在直角坐標(biāo)系下底和高與點(diǎn)的坐標(biāo)有關(guān),但是由面積無法直接算出點(diǎn)的坐標(biāo),怎么辦呢?那就進(jìn)行逆向思維,用字母表示點(diǎn)的坐標(biāo),把未知“裝”已知,使其參與運(yùn)算,建立方程,進(jìn)而求解.在下文的解法分析中,對第(2)小題的解答給出了6種方法,雖然每種方法切入點(diǎn)不同,但是都是用字母表示數(shù)利用代數(shù)推理解決的.又如第(1)小題的解決,可以根據(jù)條件進(jìn)行運(yùn)算,直接建立關(guān)于k1,k2的方程組,從而求出k1和k2,但運(yùn)算過程較為復(fù)雜;如果引入一個(gè)新的字母(例如表示點(diǎn)A的坐標(biāo)),間接表示出k1和k2,利用條件進(jìn)行運(yùn)算,建立新的一個(gè)方程,其運(yùn)算簡潔了很多,所以代數(shù)推理是非常重要的一種演繹推理.
2.3 數(shù)學(xué)思想引領(lǐng)問題解決
數(shù)學(xué)思想是對數(shù)學(xué)知識和方法的本質(zhì)認(rèn)識.一個(gè)有較高數(shù)學(xué)素養(yǎng)的人,在分析問題的過程中,最先意識和關(guān)注到的是解決問題的數(shù)學(xué)思想方法有可能用到哪些?而這種能力是建立在解題者的經(jīng)驗(yàn)和直覺之上的.本題用到了字母代表數(shù),用到了分類討論、數(shù)形結(jié)合、模型、轉(zhuǎn)化與化歸等數(shù)學(xué)思想.如通過對題目中數(shù)量關(guān)系的分析意識到存在關(guān)于k1,k2的方程(模型),當(dāng)無法通過已知的條件直接求出點(diǎn)C的坐標(biāo)時(shí),想到嘗試設(shè)出點(diǎn)C的坐標(biāo)(字母代表數(shù))進(jìn)行代數(shù)推理,建立方程(模型),由反比例函數(shù)圖象關(guān)于直線y=x軸對稱應(yīng)該確定存在兩個(gè)點(diǎn)C,一個(gè)位于點(diǎn)A的上方,另一個(gè)位于點(diǎn)A的下方,所以在解答過程中要分類討論;又如因?yàn)椤鰽OC是一般的三角形,在用坐標(biāo)表示它的面積時(shí)需要把它轉(zhuǎn)化為特殊圖形或特殊圖形的和差形式;再如旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)“手拉手”的基本圖形(模型),進(jìn)而借助相似求出OO′的長度.
3 解法分析
該試題各問的解決思路比較多元,但每種思路的起點(diǎn)清晰,過程自然,邏輯通暢.以下僅展示學(xué)生能夠接受的幾種典型解法.
3.1 第(1)問,看似簡單不尋常
本問常規(guī)而熟悉,要求k1,k2的值,由于條件給出了△ABO的面積,“情不自禁”想到k的幾何意義,但是只能得到|k1|+|k2|=10,無法確定k1,k2的值,所以注意力集中到未知反比例函數(shù)圖象與已知正比例函數(shù)圖象的交點(diǎn)坐標(biāo)上,進(jìn)而產(chǎn)生了兩種解題思路:
3.2 第(2)問,轉(zhuǎn)化思想顯神通
第(2)問給出了△AOC的面積,求點(diǎn)C的坐標(biāo).因?yàn)閺摹鰽OC的面積出發(fā)無法直接去求點(diǎn)C的坐標(biāo).所以用字母來表示點(diǎn)C的坐標(biāo).由于△AOC是非特殊三角形,無法直接利用點(diǎn)C的坐標(biāo)表示其面積,鑒于以往的解題經(jīng)驗(yàn),利用轉(zhuǎn)化思想,把“一般”化為“特殊”,從而實(shí)現(xiàn)問題解決.
3.3 第(3)問,“相似”“三角”殊同歸
4 教學(xué)導(dǎo)向
4.1 注重知識之間的聯(lián)系,強(qiáng)化基本技能
通過對此試題的分析可知,該題綜合性較強(qiáng),把很多核心知識整合在一起.如果要順利解決此類問題,就要求學(xué)在生正確掌握各個(gè)知識點(diǎn)的同時(shí),還需要知曉各知識點(diǎn)間的聯(lián)系和內(nèi)在的邏輯關(guān)系,只有這樣在分析問題時(shí)才能進(jìn)行有效的關(guān)聯(lián),所以在平常教學(xué)中可以嘗試基于整體單元進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),也可以鼓勵(lì)學(xué)生自主構(gòu)建知識思維導(dǎo)圖等,使數(shù)學(xué)知識結(jié)構(gòu)化.同時(shí),從上面的解法分析可以看到,需要大量且較復(fù)雜的無理數(shù)運(yùn)算、代數(shù)式運(yùn)算和解方程等,這正好提醒我們一線教師要幫助學(xué)生夯實(shí)基本技能,提高答題的速度和準(zhǔn)確率.
4.2 注重符號意識的培養(yǎng),提高推理能力
《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》指出:符號意識是形成抽象能力和推理能力的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ).學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)始于算術(shù)思維,隨著“字母表示數(shù)”,初步感知符號意識,進(jìn)入初中,經(jīng)過代數(shù)式的運(yùn)算,知道用符號表達(dá)的規(guī)律和推理得出的結(jié)論具有一般性,從而代數(shù)思維得以加強(qiáng),符號意識得以繼續(xù)滲透.有了代數(shù)思維及符號意識,數(shù)學(xué)抽象、數(shù)據(jù)分析、邏輯推理、數(shù)學(xué)建模、數(shù)學(xué)運(yùn)算等數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的落實(shí)才有保障.本題的第(1)問和第(2)問都是先引入字母,再進(jìn)行代數(shù)推理,最后建立方程而求得,所以要認(rèn)清代數(shù)思維及符號意識對于培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)能力的重要性,并在平時(shí)的教學(xué)中有計(jì)劃地進(jìn)行落實(shí).
4.3 注重?cái)?shù)學(xué)思想的滲透,提升思維水平
在本題的整個(gè)解題的分析過程中運(yùn)用了字母代表數(shù),用到了分類討論、數(shù)學(xué)結(jié)合、模型、轉(zhuǎn)化與化歸等多種數(shù)學(xué)思想,充分體現(xiàn)了利用數(shù)學(xué)思想方法解題的優(yōu)越性.學(xué)習(xí)和使用數(shù)學(xué)思想方法,不僅可以提升學(xué)生的解題能力,更重要的是在這個(gè)過程中能促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)思維的發(fā)展.但是,一個(gè)數(shù)學(xué)思想的形成需要經(jīng)歷一個(gè)從模糊到清晰、從理解到應(yīng)用的長期發(fā)展過程,需要在不同的學(xué)段和不同的數(shù)學(xué)內(nèi)容教學(xué)中提煉、總結(jié)、理解、應(yīng)用等循環(huán)往復(fù)的過程中形成.所以,數(shù)學(xué)思想的滲透要有一個(gè)初中三年的系統(tǒng)規(guī)劃,逐步實(shí)施,長期堅(jiān)持.