数形结合思想在高中数学教学的应用分析

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  [摘要]数形结合思想是一种将数量和图形结合分析、研究、解决数学问题的思想方法,有利于将学生的抽象思维和形象思维有机统一起来,能够帮助学生系统的掌握数学知识,构建学生较为完善的知识结构体系,研究数学的规律,提高他们分析问题和解决问题的综合能力。
  [关键词]高中数学;数形结合思想;意义;应用
  数形结合思想是一种将数量和图形结合分析、研究、解决数学问题的思想方法,是数学研究中最为重要的思想方法,能够将复杂的数学问题变得更加简单有规律可循,能够将数学的问题借助图形进行分析,又能够将繁琐的几何问题变成高度概括的代数问题,是高中数学教学的重点,有利于将学生的抽象思维和形象思维有机统一起来,能够更好地帮助学生研究数学的规律,提高他们分析问题和解决问题的综合能力。数形结合思想在高中数学教学中的应用非常广,值得我们深入探究。
  一、数形结合思想在高中数学集合教学的应用
  集合知识是高中教学的难点,也是高一学生顺利实现初高中过渡的关键,很多的学生一看到集合便被这些知识难住了,对数学产生了畏惧心理。高一集合教学过程中,很多教师讲解起来也感到较为困难,大费周章,苦口婆心地口舌和一节课,学生还是不明白集合的概念,不知结合的意义和价值,无法体会到具体的含义和应用。初中学生接触更多的是简单的数学知识,他们更多的形象思维,学习到的很多数学知识都是可以直接观看感知。此时,运用数形结合思想,通过画图展现已知条件,让学生能够一目了然。
  例如,一班有50名学生,需要报名参加学校组织的甲乙丙三科的兴趣学习知识竞赛,有38人选择的了甲学科,有35人选择了乙学科,有31人选择了丙学科,同时选择了甲乙连个学科的有29名学生,有28名学生同时选择了甲丙学科,有26人同时选择了乙丙学科,有24人同时选择了甲乙丙三门学科,请问有没有学生一个学科都没有选择,有多少人?这个问题就是跟集合有关的看起来非常复杂的现实生活问题,叙述起来就非常复杂,思考起来更是头绪繁多,如何选择韦恩图法来解决,通过数形结合的方式,就会变得非常简单。如图所示,选择了甲乙而不选丙的有a=29-24=5(人);选择甲、丙而没有选择乙学科的学生有b=28-24=4(人);选择了乙、丙没有选择甲的有c=26-24=2(人);仅选择乙的有d=35-24-a-c=1(人),仅仅选择了丙学科的学生有e=31-24-b-c=1;至少选择了一门学科的学生是38 d e c=45(人)。
  因此,三门学科都没有选择的学生有50-45=5(人)。这样能够把复杂的问题简单化,将抽象问题一目了然,学生学习起来非常直观,不仅能够解决这个问题,更掌握了一种思想方法,以后遇到类似的问题都能借助这个方法解决。
  二、数形结合思想在高中数学函数中的应用
  函数是高中教学的重点,无论是三角函数、二次函数等,都具有很强的抽象性,学生理解较为困难。运用数形结合思想指导学生学习,帮助学生更为直观地感知和理解函数图像。很多的高中函数试题不是单一考查函数的知识,很多时候会将函数与三角形、四边形、六边形等知识融合在一块,更进一步增加了试题的难度。运用数形结合思想能够通过图形展示,将各个条件都标到图像中,更好地理清思路,提高解题效率。
  例如,关于x的二次方程x2 2mx 2m 1=0,如果该方程有两个根,其中一个根在(-1,0)这个区间内,另一个根在(1,2)区间内,试求m的取值范围。这是一道特殊一元二次方程,根据根的数量和分布情况,判断位置元素的取值范围。可以将这个方程问题转化为函数问题f(x)=x2 2mx 2m 1,通过函数分析方程的根的分布问题,能够做到一目了然。如图:
  f(0)=2m 1<0,
  f(-1)=2>0,
  f(1)=4m 2<0,
  f(2)=6m 5>0,
  所以m<-1[]2,
  m∈R,
  m<-1[]2,
  m>-5[]6,
  所以-5[]6  三、数形结合思想在三角函数教学中的应用
  三角函数是中学数学中较为抽象的学习内容,学生在理解和接受上面临着一定的困难和挑战,这就需要中学数学教师运用较为合理的方式进行讲授,灵活运用数形结合思想,并有效的渗透到中学三角函数的教学中,帮助学生能够有图形分析结论,找到解决的方法,借助数形结合思想来完成解题过程。
  例如,已知acosα bsinα=c,acosβ bsinβ=c(ab≠0,α-β≠kπ,k∈Z),求证:cos2α-β2=c2a2 b2。
  这道试题,运用数形结合思想,将在平面直角坐标性中,点A(cosα,sinα)与点B是直线l:ax by=c与单位圆x2 y2=1上的两个交点,所以,
  |AB|2=(cosα-cosβ)2 (sinα-sinβ)2=2-2cos(α-β)。又因为单位圆的圆心到直线的距离d=ca2 b2,根据平面几何的知识可知,OA2-12|AB|2。
  也就是1-2-2cos(α-β)4=d2=c2a2 b2。
  所以cos2α-β2=c2a2 b2。
  总之,数形结合思想是高中数学应该培养的主要思想,高中数学教学不仅要让学生掌握一些知识和解题能力,更应重视学生数学思想、数学思维训练。通过数形结合思想能够帮助学生系统的掌握数学知识,打通知识间的相互联系,构建学生较为完善的知识结构体系,促进学生综合能力发展。
  [参考文献]
  [1]张小军。例谈高中数学数形结合解题法教学的有效策略[J]。高中数理化。2013(20)。
  [2]周雨。对高中数学数形结合思想的研究[J]。数理化解题研究(高中版)。2012(04)。
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