数学解题与学生反思意识的培养

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  摘 要:学生对于学习数学,需进行反思性学习. 反思是数学活动的核心和动力,要指导学生反思,培养学生反思意识;通过反思,提高学生解题能力,让学生理清头绪,探求一题多解.
  关键词:数学解题;反思意识;一题多解
  
  目前,学生对于学习数学,由于数学认知结构水平的限制,表现出对知识不求甚解,热衷于做大量题,而不善于解题后对题目进行反思. 而数学的反思性学习这一环节,却是数学学习活动的最重要的一个环节. 不善于反思,缺乏解题后对解题方法、数学思维的概括,致使掌握知识的系统性较弱、结构性较差,解题能力得不到提高. 为了提高学生的数学学习效率,必须培养学生的反思意识,使他们有时间、有机会对自己的解题过程进行反思. 荷兰著名的数学教育家弗赖登塔尔指出:反思是数学活动的核心和动力. 因此,加强解题反思教学,提高高考复习效率,训练学生进行有效的解题反思势在必行. 本文拟从以下几个方面作些探究.
  
   ■指导学生反思,培养学生反思意识
  反思就是从一个新的角度,多层次、多侧面地对问题及解决问题的思维过程进行全面的考察、分析和思考,从而进一步深化对问题的理解,揭示问题的本质,探索解决的一般规律,进而产生新的发现. 反思的目的也不仅仅为了回顾过去,或培养元认知意识,更重要的是指向未来的活动. 尤其是今天,当我们以创造性意识和解决新问题的能力,来作为衡量和评价学生数学学习成绩优劣的主要标准时,更应该重视引导和激励学生在数学活动中进行反思性学习.在学习过程中,反思是必不可少的一个重要环节. 它有助于学生对客观事物中所蕴涵的数学模式进行思考,从而帮助他们从题海中解脱出来,更加清晰地认识问题、理解问题.通过反思可以提高数学意识、优化思维品质;通过反思可以沟通新旧知识的联系,促进知识的同化和迁移,提高学习效率;通过反思可以拓宽思路、优化解法、完善学习活动中的积极性和主动性,促进学生的学习活动成为一种有目标、有策略的主动行为,不断地发现问题、提出问题,从而有效地培养学生勇于探索、勇于创新的精神. 平时,教师应该积极地指导学生反思,培养学生反思意识.
  
  ■通过反思,提高学生解题能力
  1. 反思解题的思路,从而培养学生审题能力
  解题思路就是将理解题意时所获信息和头脑中的信息结合起来,进行加工、重组与再生,使思维向目标靠近,实现问题解决的过程. 因此反思解题思路的形成过程就是对信息加工、重组与再生的反思,探索如何实现从初始状态到目标状态转化. 反思自己是否很好地理解了题意,是否弄清了题干与设问之间的内在联系,这个题求什么?知道什么?知与求之间有什么内在的关系?一开始自己是怎么想的?走过哪些弯路?碰到了哪些钉子?为什么会走这些弯路,碰到这些钉子的?之中有什么规律性的经验可以吸取?我的思考与老师或同学的思考有什么不同,其中的差距是什么?其原因是什么?解这样的题目要用到哪些知识?有什么样的常规方法?有没有特殊的方法?这个题的有效的突破口在哪里?如何较快地找到解题的突破口?选择哪条途径?……等等. 通过这样的反思,解题思路就会比较自然、有条理,从而大大地提高了解题观点和思维层次,审题能力也会跃上一个新的平台.
  2. 反思解题的过程,从而理清头绪
  在平时讲题和做题过程中,引导学生养成解题后积极反思解题过程的习惯. 这不仅仅是解题的回顾或体验,而是深究数学解题活动中所涉及的知识、方法、思路、策略等,分析解题的过程中有没有思维回路,哪些过程可以合并或转换,有没有更好的解法,积极寻求其他可能的解,拓展思路,优化思维方式,更好地理清解题头绪,提高解题能力.
  案例1:从圆(x-1)2+(y-1)2=1外一点P(2,3),向该圆引切线PA,PB,切点为A,B,求直线AB的方程.
  大部分的学生都是直接从条件入手来做的.
  方法一:根据直线与圆相切,圆心到直线的距离等于半径,先求出两条切线的方程分别是x=2和3x-4y+6=0,然后将切线方程和圆方程联立,求出切点A(2,1),B■,■,从而可以求出直线AB的方程为x+2y-4=0.
  这种解法是大部分学生所采用的,因为它符合学生的思维特点,学生比较容易掌握,但是其中求切点的运算量比较大. 因此,引导学生反思解题的过程,有没有更加简洁的求切点的方法?学生马上发现A,B两点原来可以看成两圆的公共点.?摇?摇?摇?摇?摇
  方法二:设已知圆的圆心为C,根据平面几何的知识可知:切点是以PC为直径的圆与圆C的交点,以PC为直径的圆的方程是x-■2+(y-2)2=■①,又圆C方程是(x-1)2+(y-1)2=1②,两式相减可得x+2y-4=0③,将③代入②,求得切点为A(2,1),B■,■,从而可以求出直线AB的方程为x+2y-4=0.此法充分运用平面几何的性质,减少了运算量,简化了解题过程.再进一步引导学生将所求直线AB的方程与③式比较,发现仍有值得改进的地方.
  方法三:设切点坐标为(x,y),由方法二知,切点坐标满足方程①和②,则也满足③,说明了A,B两点在③式所表示的直线上,因此,方程③即为过切点A,B的直线方程.
  此法避免了求切点,过程更简洁.通过这一改进过程,学生更好地掌握了两圆的相交弦问题,开阔了学生的视野,使学生的思维逐渐朝着灵活、广阔的方向发展,使学生在解题过程中迅速寻找出最佳解题方案,提高了学生灵活解题的能力,更好地理清了解题头绪.
  3. 反思解题的方法,探求一题多解,从而提高综合解题能力
  数学知识有机联系,纵横交错,解题思路灵活多变,解题方法也是途径繁多的,但最终都能殊途同归. 在解题训练时要求学生不能仅仅满足于一种解法,应该鼓励他们进一步思考有没有其他的解法. 即使一次性解题合理正确,也未必能保证一次性解题就是最佳思路,最优最简洁的解法. 不能解完题就此罢手,如释重负,应该进一步反思,有没有其他的解法,探求一题多解.从中鉴别各种方法的作用与最佳方法,认识解题的核心问题与共同本质. 一题多解可以提高思维的灵活性,拓展学生的思路,培养学生的发散思维,从而可以提高解决数学综合问题的能力.
  案例2:(2010全国大纲卷理10)已知抛物线C:y2=4x的焦点为F,直线y=2x-4与C交于A,B两点,则cos∠AFB=_____.
  解法一(向量法):
  y=2x-4,y2=4x?圯A(1,-2),B(4,4),而F(1,0),于是■=(0,-2),■=(3,4),故cos∠AFB=■=-■.
  解法二(抛物线定义法):
  由y=2x-4,y2=4x?圯A(1,-2),B(4,4). 由抛物线定义,有AF=2,BF=5,又AB=3■. 由余弦定理得,cos∠AFB=■=-■.
  解法三(数形结合法):
  如图1,由y=2x-4,y2=4x ?圯A(1,-2),B(4,4). 因为F(1,0),所以AF⊥x轴. 因为BF=5,过点B作BD⊥x轴于D,所以sin∠BFD=■=■,所以cos∠AFB=cos(90°+∠BFD)=-sin∠BFD=-■.
  ■
  图1
  解法四(面积法):
  如图1,S△AFB=S△FBC+S△FAC=■FC·(FA?摇+BD). 容易求得AF=2,BF=5,FC=1,BD=4,
  所以■FA·FB·sin∠AFB=3?圯sin∠AFB=■,
  所以cos∠AFB=-■(∠AFB为钝角).
  一题多解的教学价值不是单纯为了让学生知道这道题有多种解法,而是促使学生再思考,学会从不同角度、不同的方法去审视、去思考,进而沟通知识之间的纵横联系,开阔学生的解题思路,训练和培养学生的发散思维能力,提高综合解题的能力.
  4. 反思错题的原因,从而帮助学生弥补知识漏洞
  心理学家盖耶认为:“谁不考虑尝试错误,不允许学生犯错误,就将错过最富成效的学习时刻.” 错误是正确的先导,错误是通向成功的阶梯,学生犯错的过程应看做是一种尝试和创新的过程. 做错题目并不可怕,可怕的是没有从错误中找到原因,一错再错. 在平时的作业和考试中,学生总会有不少题目做错,在这些错题的背后,往往隐藏着学习知识过程中产生的漏洞.
  笔者所在学校的一次高二月考中有一道填空题,有一半以上的学生出现了错误.
  案例3:若平面上的动点P(x,y)到定点F(1,0)的距离比到y轴的距离多1,则P的轨迹方程是________.
  答案是:当x≥0时,y2=4x;当x<0时,y=0.
  但是大部分的学生认为答案是y2=4x. 因为P到定点F(1,0)的距离比到y轴的距离多1,所以点P到定点F(1,0)的距离与P到定直线x=-1的距离相等,所以由抛物线的定义可知,点P的轨迹是以F(1,0)为焦点,x=-1为准线的抛物线,所以所求的P的轨迹方程是y2=4x.
  错误出在哪里呢?原来抛物线的定义中,有个注意点,那就是定点F不在定直线l上. 但是当定点在定直线上时,这时点的轨迹是过定点F且与直线l垂直的一条直线. 在这题中,当x≥0时,定点F不在定直线l上,所以是抛物线;但是,当x<0时,定点F在定直线l上,所以是直线了. 学生通过对这题错误的反思,更加深刻地理解了抛物线的定义,同时也能够很好地理解椭圆与双曲线定义中的注意点,从而帮助学生弥补了知识上的漏洞.
  总之,学习数学的过程与数学解题紧密相关,而数学能力的提高在于解题的质量而非解题的数量. 提高学生解题质量,必须要进行反思. 解后反思是一个知识小结、方法提炼的过程;是一个吸取教训、逐步提高的过程;是一个收获希望的过程. 反思性数学学习的形成要靠教师的示范、引导,但重要的是要学生自己学会反思,并在数学学习中自觉地进行反思,强化反思意识,增强反思毅力,培养反思习惯.
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