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寻根悟法 积石成山
——谈高中数学试题的“命、解、评”

2020-09-24江苏省苏州市教育科学研究院215000

中学数学月刊 2020年9期
关键词:本题命题解题

黄 健 (江苏省苏州市教育科学研究院 215000)

提升解题能力和命题能力是教师专业发展的必由之路,这是课堂教学、理论研究中不可或缺的基本功,也是其专业功底、教学素养和教学水平的综合体现.我市教科院已连续多年组织了教师学科素养大赛和试题“命、解、评”团队比赛.从实践情况看,大部分教师对试题的理解不到位,只看局部而忽视整体,不注重问题间的联系,无法把握核心本质.也有一部分教师的理念与时代脱节,缺乏研究意识,对新课标的育人理念不重视,对试题的发展方向不了解,教学方向发生偏差.只有明确方向、把握规律、认清本质,一线教师才能做到思想浸润、方法自觉,从而大幅提升专业认知能力.下面笔者结合实践,谈谈对高中数学试题命、解、评的研究,希望对广大教师有所启发.

1 解题过程是对数学知识的认识与领悟

数学问题通常分为两类:推理类和化归类.解推理类问题,就是运用公理、定理、公式等手段将问题逐步简化并最终达成目标.解化归类问题,就是将未知的数学问题转化为已经解决的问题.

每一个数学问题都有一条或多条解决途径,解题一般都是从现有知识或经验出发.知识与经验是区分解题能力强弱的重要因素,教师要努力提升自身的解题经验,并通过阐述解题的心路历程及体会,激发学生的探究热情,丰富认知,提升解题能力.解题经验的提升,一要加强学习与培训,二要培养探索与反思的习惯,通过研究方法的科学性、合理性,总结提炼问题本质,来加深对问题的理解.我们建议做到以下几点.

1.1 关注差异与方向

首先,从宏观视野下观察已知条件和目标的差异.比如,已知什么,目标是什么?如何在已知与目标间搭建桥梁?其次,从微观层面上观察问题的结构特征.比如,已知与目标间的代数差异有哪些?

分析 本题已知角度关系,目标是研究边的数量关系,因此消除边角差异是解题的突破点.

图1

1.2 挖掘问题本质

数学问题的本质是数量结构和存在关系的内在联系,探求问题本质的过程是验证结构和关系方法的过程.其中挖掘数式整体特征和图形特征是重要手段,教学中要了解常见数式特征与几何图形的关联,熟悉数与形各自的解题优势,重视两者的相互转化.

例2已知m,n∈(0,+∞),且m+3n=1,则mem+3ne3n的最小值是.

分析 先从宏观角度观察,令x=m,y=3n,问题转化为:已知x>0,y>0且x+y=1,求xex+yey的最小值.代入消元是最容易想到的方法,但消元时,若不注意“消去的元”对“保留的元”有范围的约束,则容易产生错误.那么,本题的本质是什么?

点评 本题的代数本质是排序不等式.

图2

图3

1.3 形成思维模型

新课标指出,高中数学教学要以发展学生数学学科核心素养为导向,创设合适的教学情境,启发学生思考,引导学生把握数学内容的本质.形成思维模型是学生实践能力发展的一个关键节点.简单地讲,思维模型就是思想的基本过程,也是思维的结构与习惯.通过思维模型可以快速找到解题方向,突破难点.加强解题的一般性研究,最终形成思维模型,是提升解题能力的重要方法,教学中应从具体问题中去挖掘.比如,常见局部条件的思维出发点在哪里?解决某类问题的一般路径有哪些?局部常见手段有哪些?而思维导图是思维模型的形象呈现,如图4是平面向量数量积问题的思维模型导图.

图4

2 讲评过程是对数学思想的总结与反思

教师充分研究问题后,需要将研究成果分享给学生,这个过程包括讲题与评题.讲题是要将问题的基本思想与解法呈现给学生,而评题是点评试题考查方向、渗透本质属性、探寻一般特征、激活发散思维的重要手段.两者前后关联、相辅相成,它们能优化学生认知结构、提高思维素质,激发创新能力.讲评效果的好坏取决于教师对问题理解、把握的深刻性,以及课堂的艺术性.建议做到以下几点.

2.1 注意讲评的层次性

高中三年中,由于学生在不同时期认知的水平不同,教师对某类问题讲解与渗透的策略应是不同的.讲评的深度原则上要符合学生当前的思维水平.因此,教师要加强对教材、课标等的整体理解,把握好学生不同阶段的思维层次,做好“三年一盘棋”的规划.

图5

分析 学生对解析几何问题的理解往往会经历四个阶段:简单认知、逻辑认知、特点认知、核心认知.

简单认知直接求解

逻辑认知分析相关点联系

特点认知抓二次曲线结构特征

核心认知追根溯源探寻本质

2.2 善于挖掘共性问题

高效的课堂需要师生间的交流,优秀的教师上讲评课绝不是照本宣科,他们善于挖掘学生解题过程中的共性问题,通过展示一般解法,分享学生妙法,对比解法优劣,指出典型错误,分析交流错因(知识上、逻辑上、心理上、策略上和评分点上),引导学生总结等手段,同时将讲评落到实处.

图6

分析 本题是一道统考题,对运算要求较高,从实际检测情况看,能够完全做对的学生凤毛麟角,部分学生可以猜出答案,但说理过程混乱.大部分学生的解答过程如下:

不难发现,本题暴露的共性问题是学生计算能力偏弱,对字母运算心存恐惧,解题手段单一,难以突破运算关.对此,教师应作如下引导:优化运算的途径有哪些?题干中的关键词有哪几个?定点定值问题的解题策略是什么?从学生解题的卡点开始,进行交流与展示.

2.3 重视局部细节展示

讲评课切忌从头到尾不分重点,一讲到底.教师应深入备课、深入研究,以点带面,突出重点、攻破难点.尤其要重视局部细节的过程展示,通过探索、迂回、构建、发散等方式开展交流,必要时还可设置问题微专题进行延伸拓展,引导学生整理、反思、总结、提炼.题目背后的东西要讲清、讲透,如:考查了哪些知识点?应用了什么方法?核心点在哪里?必要时可设置一组或几组类似题来强化训练,真正帮助学生将问题解决.

下面就例5谈谈如何进行局部细节的展示,解题的关键点应从恒等式出发.

(带着学生逐步演算,注重整体特征研究,能有效提高运算能力)

(抓住关键词“恒成立”,从特殊值下手先找后证,有效突破)

方法3 首先当A(-2,0),B(2,0)时,猜想得M(1,0).其次设y=k(x-1),利用韦达定理代入证明即可.

(方法3和方法4是对特殊值法的深入优化)

3 命题过程是对研究成果的展示与深化

经过多年的积累,教师经历了从解题到评题的全过程后,可以开始尝试参与各类命题活动和命题比赛.命题是教师追求专业进一步发展的必由之路,命题能力反映了教师的研究水平.命题过程也是教师对自身研究成果的展示与深化,教师一方面可以在命制题目上展示自身的研究方向和教学主张,另一方面,在与同伴的磨题过程中会产生很多新想法,发现很多新结论,教师的认知水平又能得到进一步提高.

命题的境界大致可以分为两层:第一层是组合模仿,就是将陈题进行深化、改造、类比,常见的有改头换面、换元转换、调换逻辑、模型重组等形式;第二层是突破创新,这基于教师对某一领域有突破性的研究,要求具备较丰富的想法和较强的探索能力.从事命题研要注意以下几点.

3.1 强调语言的严谨性与科学性

命题的首要前提是要保证题目不能犯科学性错误,不仅要结果准确,而且还不允许存在歧义.试题中的关键词都要反复斟酌,防止出现因表达不严谨而导致的学生理解上的偏差,另外试题语言要符合学生的阅读习惯,尽可能少用长句或双重否定句,要体现亲和性.

例6在等比数列{an}中,已知a2=2,a6=8,则a2与a6的等比中项为.

分析 此类问题的争议之处为“a2与a6的等比中项为”.学生做填空题的时候,思维在一定程度上是开放的,有部分学生会问:“答案难道不能为a4吗?”从而暴露出设问的不严谨,可以修改为“a2与a6等比中项的值为.”

例7已知圆O:x2+y2=1,点A,B在动直线l:ax+y-4a=0上,且AB=2.若圆O上存在点C,使得△ABC为等腰直角三角形(C为直角顶点),则实数a的取值范围为.

分析 本题对A,B两点的理解颇有争议,直线l绕着定点(4,0)转动过程中,点A,B相对于点(4,0)是否在动?为了强调A,B是动点,可修改为“若直线l:ax+y-4a=0上存在相距为2的两个动点A,B,圆O:x2+y2=1上存在点C,使得△ABC为等腰直角三角形(C为直角顶点),则实数a的取值范围为.”

例8已知f(x)是二次函数,f(0)=f(5)= 0,f(-1)=12,求f(x)在[0,m]上的最小值.

分析 本题的最小值是常数还是含有m的式子?事实上,只要修改为“求f(x)在[0,m]上的最小值g(m)”就能消除歧义.另外还可增加设问,巩固学生对问题的理解,如:“当m变化时,求g(m)的最小值.”

3.2 注意对教材问题的再加工

教材是课标理念的集中体现,基于教材模型可以编拟出很多经典问题.教材改编题背景公平,体现基础性和导向性,重点突出,难度适中,它能让教师更准确地把握方向.对这些教材改编的经典问题,教师要学会多角度思考与研究,掌握解题的源与流,从而激活灵感,激发新的命题动力.

基于此想法,如果条件适当改变,可用类似方法解决.

上述问题的解题灵感从何而来?其实是源于一道课本经典题:“利用函数的单调性,证明不等式ex>x+1,x≠0,并通过图象直观验证.”此题的几何本质是函数y=ex与其在(0,1)处切线的位置关系,它给命题者提供了切线放缩的思路.此外,通过换元等方法对问题改造,可衍生出一系列重要结论.由于篇幅原因,本文不再赘述.

3.3 重视试题的实际背景和育人价值

命题的创新力源于生活,好的原创题都有较为深刻的实际背景和育人价值.新课标要求学生用数学眼光观察世界,用数学的思维分析世界,增强创新意识和探究精神,因此教师要努力挖掘生活中的素材,引导学生养成开放探究的习惯,增强实战能力.

图7

例10如图7,某种螺帽是由一个半径为2的半球体挖去一个正三棱锥构成的几何体,该正三棱锥的底面三角形内接于半球底面大圆,顶点在半球面上,则被挖去的正三棱锥体积为.

分析 本题以螺帽为载体,研究几何体的体积,涉及对运算能力和数据处理能力的考查,呈现了数学之美,让学生感受数学的应用价值.

(1){Sn}中是否存在连续三项成等差数列,若存在,请证明;若不存在,说明理由.

(2){Sn}中是否存在连续四项成等差数列,若存在,请证明;若不存在,说明理由.

分析 探究性问题是新高考的热点之一,本题以函数为载体给出递推关系,逐层递进,引导学生分析探究,促进其对数学本质的理解,有效提升了学科素养.

4 结语

王尚志教授指出,应培养好中国学生在数学学习中的六大核心素养,具体到教学层面来说,教师要运用分析、对比、联想等手段来引导学生观察、计算、推理、化简、化归和反思,提升其发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的能力.命题、解题、评题是高中数学教学永恒的话题,三者相互关联,相互促进,脱离了习题教学,高中数学教学就如一潭死水,毫无生气.建议广大教师加强对试题方向性、本质性和一般性的研究,通过数形结合、转化化归等手段,探求研题思路、反思研题过程,真正领悟问题核心,使解题能力变得游刃有余.同时要科学引导,教会学生“怎样思考”、“怎样自然地想到”,运用探究等方式激活思维,使学生经历知识发生、发展和形成的深度学习过程,运用联想、迁移等教学手段帮助学生建构认知体系,学会融会贯通,达成发展思维、提升课堂效率的目的,引领学生成为真正的数学高手!

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