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再构知识系统 落实核心素养
——“一次函数复习”的教学设计与评析

2019-06-21安徽省合肥市包河区教研室

中学数学教学 2019年3期
关键词:图象解析直线

安徽省合肥市包河区教研室

汪洪潮 (邮编:230051)

安徽省合肥市海顿学校

曹玉华 (邮编:230051)

前不久,在合肥市包河区九年级数学复习课研讨活动中,笔者执教了一节复习课,课题是“一次函数”.为上好本节课,笔者认真查看了《义务教育数学课程标准(2011年版)》对一次函数的要求,重拾教科书,再理知识结构,大胆设计教学内容,有效组织实施,给与会老师留下深刻印象.现对本节课做回顾评析,与各位同仁分享交流.

1 学情分析

该授课班级生源整齐,基础扎实,接受能力强,数学成绩好.学生在前面的学习中已经掌握了一次函数相关知识,积累了用一次函数模型解决问题的基本方法和初步经验,具有一定的观察、概括经验和能力,会运用基本数学思想方法解决简单的数学问题.此时学生的思维主要以具体直观形象思维为主,处在由具体直观形象思维向抽象逻辑思维发展的阶段.

2 复习目标

(1)掌握一次函数的概念、图象和性质,会用待定系数法确定一次函数的表达式;理解一次函数与一次方程(组)、一次不等式(组)的关系;理解一次函数的图象是一条直线;运用一次函数模型解决实际问题.

(2)经历梳理一次函数相关知识的过程,感受函数学习的基本套路和方法,提高观察、分析和解决问题的能力,提高综合运用函数模型解决实际问题的能力.

(3)体会数学知识的普遍联系,体会数学来源于生活,体会数形结合思想.

3 范例设计

3.1 复习回顾,知识再构

师:八年级我们学习了一次函数的有关知识,还记得学习了哪些内容?怎么学习的?

生1:一次函数的定义、图象及性质、一次函数与一次方程(组)、一次不等式(组)的关系、一次函数的应用等知识.

生2:通过画图、观察图象的方法研究一次函数,用到了待定系数法、从特殊到一般、数形结合等思想方法.

师:我们学习一次函数,是从生活中的实例出发,通过抽象、概括得到一次函数的定义,接着学习一次函数的三种表达形式:解析式、列表法和图象法;再利用数形结合的方法,由特殊到一般地研究一次函数的图象和性质;接下来学习一次函数与一次方程(组)、一次不等式(组)的联系,最后学习一次函数模型的应用.你能将这些知识和涉及的思想方法有条理地梳理出来吗?

师生配合,共同完成如下知识结构图:

教学示范说明本片段教师通过三个问题,调动学生思维,引导学生回忆所学一次函数的有关知识、思想方法和逻辑顺序.由于学生头脑中的旧知往往是零散的,孤立的,因此教师必须引导学生从知识结构的角度,梳理知识的发生、发展顺序,重构知识网络,理清一次函数研究的基本内容和一般方法.

师:通过学习,我们知道一次函数的表达式是y=kx+b,其中k≠0,k、b是常数,那么常数k、b有什么几何意义呢?

生3:当k>0时,图象呈上升趋势,y随x的增大而增大;当k<0时,图象呈下降趋势,y随x的增大而减小.

生4:|k|越大,直线越陡,|k|越小,直线越平缓.

生5:b是图象与y轴的交点纵坐标,也叫截距,当b>0时,图象交y轴于正半轴;当b<0时,图象交y轴于负半轴.

师:回答的很全面,并注意了分类讨论.k的值决定了直线的陡与缓,即直线相对于x轴的倾斜程度,我们还学过哪个量也用来刻画倾斜程度?

功能分析第一环节的目的是回顾一次函数概念、图象及性质,揭示k、b的几何意义,帮助学生建立起“数”与“形”的联系.将后续学习的坡度、坡角等相近概念与k联系,将不同领域知识进行综合,既揭示它们之间的本质联系,也为后续学习做铺垫.

教学示范说明:复习回顾环节,不仅要引导学生梳理一次函数的有关知识和研究方法,还要理清研究一次函数的基本套路,这种套路也是研究其它函数的基本套路.教学时,要通过“文字语言”、“图形语言”、“符号语言”的相互配合与转化,促进学生对数学语言理解,对函数性质的理解,对数形结合思想方法的理解.

3.2 回归生活,加深理解

师:列出下列问题的函数关系式,并思考求函数解析式用的是什么方法?这里的k和b有什么现实意义吗?

(1)张师傅每小时加工零件30个,则他加工零件的总数y(个)与他加工时间x(小时)之间的函数关系是;

(2)商店出售某种瓜籽,购买瓜籽及包装袋的费用如下表:

瓜籽数量x(kg)1234…瓜籽和包装袋的费用y(元)2.24.26.28.2…

则瓜籽和包装袋的费用y(元)与购买瓜籽的数量x(kg)之间的函数关系是.

生7:(1)y=30x;(2)y=2x+0.2.求函数解析式用的是待定系数法.

生8:第(1)个问题中,k的意义是指工作效率;第(2)个问题中,k的意义是指瓜籽的单价;b的意义是指包装袋的费用.

师:第(2)个问题中,k是如何求得的?

所以y=2x+0.2.

功能分析由浅入深,设置两道简单的实际应用问题,将正比例函数概念、待定系数法、常数k、b的实际意义等问题进行检测和回顾.既训练了学生的解题能力,又将一次函数模型应用于生活实践,赋予函数更深、更广的现实意义,有利于学生对函数模型的理解和应用.通过将任意两点坐标(x1,y1)、(x2,y2)代入函数解析式,得到关于k的解,有利于帮助学生理解k的本质是变化率,为高中学习做铺垫.

3.3 深度思考,揭示本质

师:为什么一次函数的图象是一条直线呢?

图1

所以∠BAF=∠CBN,即线段AB和线段BC的倾斜程度相同,即AB∥BC.

又知它们经过同一点B,故A、B、C三点在同一直线上.

师:思路严谨,很有创意!其实,两条直线解析式中只要k相同,或直线与x轴正半轴夹角相同,直线的倾斜程度就相同,这样的直线就是平行的.因此,常数k和倾斜角α是刻画两条直线位置关系的重要元素,具体关系如何,可以课后继续探究.

功能分析在八年级学习一次函数图象及性质时,对“一次函数的图象是一条直线”这一结论是通过画图直观感知的,或者通过列表观察得到结论的,但都没有进行严格的证明.在中考复习时,结合三角函数知识及坡度等概念,对该结论进行证明,不仅回答了初学时对“为什么一次函数的图象是一条直线”的困惑,还将直线的倾斜程度、坡度、变化率等概念有机联系,揭示了知识的本质.

3.4 数形结合,建立联系

师:画一次函数y=2x+0.2图象的一般步骤是什么?

生11:画一次函数的图象有三个步骤:列表,描点,连线.

师:如果一次函数y1=k1x+b1的图象如图2所示,如何观察图象呢?从图象中可以得到什么信息呢?

生12:在图象上任意找一点,过这一点作x轴垂线,垂线交x轴所得点的横坐标是自变量的取值;过这一点作y轴垂线,垂线交y轴所得点的纵坐标是函数的值.

生13:由图象可知,当x<0时,y>60,x=0时,y=60,x>0时,y<60;当x<2时,y>0,x=2时,y=0,x>2时,y<0.

生14:当0

图2

生15:由直线与y轴交于(0,60),可知直线的截距是60,即直线解析式中b=60;再由待定系数法,可求得直线的解析式为y1=-30x+60.

图3

师:如图3,如果增加一条直线y2=k2x+b2,观察图象,你又能得出哪些结论?

生16:由待定系数法可求得直线的解析式为y2=20x-10.

生18:由交点坐标,还可以得到:当x>1.4时,-30x+60>20x-10;当x=1.4时,-30x+60=20x-10;当x<1.4,-30x+60<20x-10.

师:由图象信息,我们可以求出解析式、方程(组)的解、不等式的解集,图中还能看出不等式组及其解集吗?

生19:可以,如不等式组

师:两条直线与坐标轴围成了△ABC,你能求出它的面积吗?

师:求函数图象与坐标轴围成的三角形面积时,通常以平行于坐标轴的边为底,计算出底边的长及其相应的高.如果底边在x轴上(或与x轴平行),且端点横坐标分别为x1、x2,则其长为|x2-x1|,如果在y轴上(或与y轴平行),且端点纵坐标分别为y1、y2,则其长为|y2-y1|.

教学示范说明函数解析式是从“数”的角度揭示两个变量之间的对应关系,函数图象则是从“形”的角度刻画两个变量之间的对应关系.二者各有优劣,正如“数形结合百般好”,研究一次函数问题,必须密切联系“数”与“形”两个方面.通过观察图象特征,结合点的坐标,有机地将一次函数、一次方程(组)、一次不等式(组)等内容有机融合在一起,从而帮助学生深刻理解和把握“三个一次”之间的联系.补充“求三角形面积”问题,目的是引导学生感受用代数方法解决几何问题,渗透“两点间距离的坐标公式”.

3.5 应用模型,回归生活

图4

例1 如图4,A、B两地相距60km,甲从A地去B地,乙从B地去A地,图中l1、l2分别表示甲、乙两人离B地的距离y(km)与甲出发时间x(h)的函数关系图象.

(1)根据图象,说说乙的行驶时间和速度;

(2)解释交点A的实际意义;

(3)甲出发多少时间,两人之间的距离恰好相距5km;

(4)若用y3(km)表示甲、乙两人之间的距离,你能在坐标系中画出y3(km)关于时间x(h)的函数关系图象吗?

功能分析一次函数模型在生活中很常见,当物体匀速运动、单价一定、工作效率不变等时,往往都可以用一次函数模型去刻画.本例题以行程问题为载体,由浅入深,由易到难,设置四个问题,引导学生逐步探究.问题设置先由“形”到“数”,再由“数”到“形”,拓展了学生思维的深度与广度,渗透数形结合与分类讨论思想,让学生充分感受一次函数模型是刻画现实世界的有效工具.

教学示范说明本例是在复习一次函数解析式、“三个一次”的基础上推进的.教学时,要关注前后两个图形的联系,淡化重复计算,注重方法分析,及时归纳总结解决问题的思路和方法,即理解图象中关键点及每段图象的实际意义,利用待定系数法求出相应图象的函数解析式,把实际问题转化为数学问题进行解答.本例的难点是第(4)问理解“甲、乙两人之间的距离y3km”与“甲出发时间xh”之间的函数关系,可以辅助线段图或用几何画板演示帮助学生理解,引导学生学会按时间节点分类讨论.

例2 为了解某台新机床生产产品的质量,工作人员每隔1小时对该机床生产的合格产品数量进行统计,记录的数据如下表:

时间t/小时123456合格产品数量y/件152944627589

操作:在下面的平面直角坐标系中描出表格中数据对应的点;

思考:(1)根据图中点的分布情况,猜测y关于t的函数形式,求出其表达式;

(2)根据你建立的模型,估计多少小时该机床生产的合格产品数量达到300件.

功能分析本题是用一次函数模拟数据,是统计推理,属于归纳推理范围,是培养学生推理能力的重要方面,展示了函数模型的应用价值,突出建立数学模型的思想方法和实际意义.由于表格中数据并非严格的线性变化,解答时,需要学生先描点、观察,再将图象近似地看成一条直线,然后选择尽可能靠近直线的点,求出函数解析式,再去估算最后的结果.

教学示范说明用函数模型去解决实际生活中的问题,同以往直接给出标准的函数表达式去解决问题不同,教学中要给学生充分的时间,让他们在体会、交流与探究中学习,总结归纳一次函数、二次函数与反比例函数三种模型的异同点,掌握用一次函数模型模拟实际问题的方法.

4 设计说明

本节复习课采用问题驱动下的学生自主重建知识结构,自主探究模型应用的学习方式,在问题解决的过程中,将知识的回顾、综合、拓展糅为一体,将能力提升与思维发展融于其中.整个教学过程很好地体现了学生的主体地位,体现了新课程理念下教师的角色转变.重点突出以下几个方面.

4.1 旧知梳理,关注研究方法与套路

作为中考复习课,对一次函数相关内容的学习已经完成,本课通过对旧知梳理,引领学生总结归纳研究一次函数的基本套路:呈现生活实例,抽象概括得到一次函数的概念,从特例正比例函数入手,研究一次函数的图象和性质,探究一次函数与相关知识的联系,应用一次函数模型的解决实际问题.这种套路也是学习和研究其它函数的基本套路.在具体的学习过程中,抽象与概括、从特殊到一般、分类讨论、数形结合等思想方法也是数学学习的基本方法.

4.2 用函数观点审视,重建认知结构

在中考复习中,对已学过的旧知,需要不断地重新认知,重新构建知识体系.这既包含对旧知的再认识,也包括与相关知识的联系和综合.本课通过对一次函数相关知识的回顾,将一次方程(组)、一次不等式(组)、锐角的正切值、坡度等知识融入课堂,这种再认识不是原来水平上的重复,而是在更高的起点上的动态分析,是用一次函数知识统领这些数学对象,既体现函数的重要性,也为后续研究做铺垫.

4.3 重视数学思想方法的渗透

本课教学,不仅着眼于具体题目的解答,关注符号语言与图形语言的相互转换,更关注学生数学思想方法的领悟.教学时,通过具体的案例,将数形结合、特殊与一般、分类讨论、模型思想、转化、类比等思想渗透其中,并通过相应练习促进学生对基本思想方法的领悟.

4.4 重视函数模型的实际应用

抽象的函数概念必须通过具体的应用才能得到深刻的理解.本课教学着力于将函数知识应用于问题解决中,通过问题的引申,将函数图象、交点坐标、函数模型等问题与实际场景相结合,使学生在解决实际问题的过程中,感受函数自变量取值范围的现实意义,感受收集数据与分析数据之间的联系,提高实践意识和应用数学知识的能力,增长建立数学模型的经验,这种能力和经验对学生的终身发展是大有裨益的.

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