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【關(guān)鍵詞】高中數(shù)學(xué);冪函數(shù);指數(shù)函數(shù);對(duì)數(shù)函數(shù);課程標(biāo)準(zhǔn);國(guó)際比較
1研究問題
冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)是三類重要的基本初等函數(shù),因此也是高中數(shù)學(xué)課程中的基礎(chǔ)內(nèi)容之一.近年來,我們對(duì)中國(guó)、澳大利亞、芬蘭及法國(guó)、美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)、教科書進(jìn)行了量化比較研究[1-3].本文是這一系列研究的一部分,主要針對(duì)高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)內(nèi)容,以課程標(biāo)準(zhǔn)中的內(nèi)容主題及認(rèn)知要求為切入點(diǎn),對(duì)澳大利亞、加拿大、芬蘭、法國(guó)、德國(guó)、日本、韓國(guó)、荷蘭、南非、英國(guó)、美國(guó)、中國(guó)這十二個(gè)國(guó)家高中階段的數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較分析.具體來說,本文主要研究以下問題:各個(gè)國(guó)家冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)內(nèi)容的廣度和深度分別是多少,有何特征?這些國(guó)家是如何對(duì)冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置的?1.1研究對(duì)象與方法
研究國(guó)家和數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)版本的選取
本文主要選擇了五大洲以下12個(gè)國(guó)家的數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)作為研究對(duì)象,具體國(guó)別分別是:(亞洲)中國(guó)、日本、韓國(guó);(歐洲)法國(guó)、芬蘭、英國(guó)、德國(guó)、荷蘭;(美洲)美國(guó)、加拿大;(非洲)南非;(大洋洲)澳大利亞.這12個(gè)國(guó)家來自不同的洲,擁有著不同的人文背景和社會(huì)環(huán)境,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度也不盡相同,可以很好地展示不同國(guó)家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的共性與差異.所選取的高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)文本材料主要來源于曹一鳴、代欽、王光明教授主編的《十三國(guó)數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)評(píng)介(高中卷)》[4],選擇國(guó)際比較樣本的主要依據(jù)是大部分高中生升學(xué)時(shí)所必須要求的內(nèi)容,其別關(guān)注理科、工程類學(xué)生.具體所選擇的版本如下:
1.2研究工具及方法
本文采用定量分析和定性分析相結(jié)合的方法,具體的研究方法有定性分析中的個(gè)案研究法和比較研究法,以及定量分析中的統(tǒng)計(jì)分析法.按照課程論學(xué)者泰勒的思想,主要從“內(nèi)容主題”和“認(rèn)知要求”兩個(gè)方面進(jìn)行研究.
(一)廣度
課程廣度是指課程內(nèi)容所涉及的領(lǐng)域和范圍的廣泛程度.為了便于統(tǒng)計(jì)結(jié)果,本文利用下面的公式計(jì)算課程標(biāo)準(zhǔn)的廣度.
G=aimax{ai}
,其中ai表示各個(gè)國(guó)家的知識(shí)點(diǎn)數(shù)量總和,即廣度值,max{ai}表示所有國(guó)家的課程標(biāo)準(zhǔn)廣度值中的最大值.
廣度的統(tǒng)計(jì)涉及到對(duì)知識(shí)點(diǎn)的界定,由于我國(guó)對(duì)冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)知識(shí)點(diǎn)的處理比較系統(tǒng)和詳細(xì),本文以我國(guó)高中數(shù)學(xué)課標(biāo)中冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)內(nèi)容為主,并結(jié)合其他國(guó)家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)內(nèi)容,逐步形成完善的知識(shí)點(diǎn)框架,并統(tǒng)計(jì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的平均深度值.
(二)深度
課程深度泛指課程內(nèi)容所需要達(dá)到的思維深度.我國(guó)課標(biāo)對(duì)知識(shí)與技能所涉及的行為動(dòng)詞水平分為了解、理解和掌握三個(gè)層次,并詳細(xì)說明了各個(gè)層次對(duì)應(yīng)的行為動(dòng)詞.很多國(guó)家的課標(biāo)并未對(duì)教學(xué)內(nèi)容的具體要求上做出明確的劃分層次.綜合我國(guó)對(duì)教學(xué)內(nèi)容要求層次的劃分方式,并參考新修訂的布盧姆教育目標(biāo)分類學(xué)[11],本文提出認(rèn)知要求維度的分類為:A.了解;B.理解;C.掌握;D.靈活運(yùn)用.將每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的深度由低到高分為四個(gè)認(rèn)知要求層次:了解、理解、掌握、靈活運(yùn)用,并規(guī)定水平權(quán)重分別為 1、2、3、4.然后,利用下面的公式計(jì)算課程標(biāo)準(zhǔn)的深度.
S=∑4i=1nidin∑4i=1ni=n;i=1,2,3,4
其中,di=l,2,3,4 依次表示為“了解”、“理解”、“掌握”和“靈活應(yīng)用”這四個(gè)認(rèn)知要求層次;ni表示儆詰di個(gè)深度水平的知識(shí)點(diǎn)數(shù),ni的總和等于該課程標(biāo)準(zhǔn)所包含的知識(shí)點(diǎn)數(shù)總和n,從而得出課程標(biāo)準(zhǔn)的深度.
3高中課標(biāo)中函數(shù)內(nèi)容比較研究結(jié)果
3.1冪函數(shù)內(nèi)容的廣度、深度比較結(jié)果
3.3對(duì)數(shù)函數(shù)內(nèi)容的廣度、深度比較結(jié)果
中國(guó)、澳大利亞、日本、韓國(guó)和荷蘭在對(duì)數(shù)函數(shù)的廣度統(tǒng)計(jì)中排名靠前.這些國(guó)家課標(biāo)都提及對(duì)數(shù)的概念及運(yùn)算,對(duì)數(shù)函數(shù)的概念、圖象、性質(zhì),反函數(shù)的概念.另外,中國(guó)還要求反函數(shù)的定義域、值域、圖象以及對(duì)數(shù)函數(shù)的應(yīng)用,而澳大利亞、日本、韓國(guó)、荷蘭對(duì)反函數(shù)的定義域和值域不作要求.法國(guó)、南非處于中間層次.這兩個(gè)課標(biāo)都不涉及對(duì)數(shù)的概念和運(yùn)算、對(duì)數(shù)表、對(duì)數(shù)的應(yīng)用.在反函數(shù)方面,法國(guó)只講解其概念和圖象,南非還講解其定義域、值域.美國(guó)、芬蘭、德國(guó)在對(duì)數(shù)函數(shù)部分的知識(shí)點(diǎn)數(shù)相差不多,但側(cè)重點(diǎn)不一樣.美國(guó)側(cè)重于反函數(shù)內(nèi)容,德國(guó)側(cè)重于對(duì)數(shù)的概念和運(yùn)算,芬蘭側(cè)重于對(duì)數(shù)函數(shù)的概念和性質(zhì).加拿大和英國(guó)排在最后,加拿大只提到了對(duì)數(shù)函數(shù)的概念,而英國(guó)在對(duì)數(shù)函數(shù)部分的知識(shí)點(diǎn)數(shù)為零.
3.4冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)的內(nèi)容設(shè)置
從整體上來看,冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)是高中階段要學(xué)習(xí)的比較重要的基本初等函數(shù),也是刻畫現(xiàn)實(shí)世界的幾類重要模型,另外,冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)的學(xué)習(xí)有助于加深學(xué)生對(duì)函數(shù)概念的理解和應(yīng)用.有些國(guó)家并未把冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)作為連續(xù)內(nèi)容出現(xiàn)在課程標(biāo)準(zhǔn)中,說明它們之間并無必要的邏輯關(guān)系.
對(duì)于冪函數(shù)這部分內(nèi)容,除澳大利亞、芬蘭、荷蘭、英國(guó)、中國(guó)提及“冪函數(shù)”以外,有些國(guó)家并沒有提到冪函數(shù),如加拿大、印度、俄羅斯、新加坡、南非、德國(guó).有些國(guó)家則以其他函數(shù)形式代替:法國(guó)以多項(xiàng)式函數(shù)出現(xiàn);日本沒有專門的冪函數(shù)概念,則是以分式函數(shù)、無理函數(shù)形式出現(xiàn),安排在《數(shù)學(xué)Ⅲ》中,而且三角函數(shù)安排在指對(duì)數(shù)函數(shù)之前;韓國(guó)也沒有專門的冪函數(shù)概念,則是以分式函數(shù)、無理函數(shù)形式出現(xiàn);美國(guó)以根式函數(shù)出現(xiàn).對(duì)于冪函數(shù)的處理,一直存在著爭(zhēng)議,中國(guó)之前刪除了冪函數(shù)的內(nèi)容,現(xiàn)在又把這部分的內(nèi)容加回來,有利于完善高中涉及的函數(shù)模型,便于學(xué)生在利用函數(shù)模型解決實(shí)際問題時(shí)考慮更全面,所以中學(xué)生需要對(duì)冪函數(shù)有初步的認(rèn)識(shí).像美國(guó)以根式函數(shù)、法國(guó)以多項(xiàng)式函數(shù)、日本以分式函數(shù)和無理函數(shù)、韓國(guó)以分式函數(shù)和無理函數(shù)等其他具體函數(shù)形式代替冪函數(shù)內(nèi)容,這樣處理的好處不僅在于具體實(shí)用,便于數(shù)學(xué)模型的建立,而且與高等數(shù)學(xué)的聯(lián)系緊密,這一點(diǎn)值得我們借鑒.
指數(shù)函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)部分的概念原理無論在表述上還是數(shù)量上,各國(guó)都不盡相同.除芬蘭是單獨(dú)講解指數(shù)函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)以外,大部分國(guó)家都是先學(xué)習(xí)指數(shù)函數(shù),然后利用反函數(shù)或互逆關(guān)系來引出對(duì)數(shù)函數(shù),這樣使得對(duì)數(shù)函數(shù)的學(xué)習(xí)變得容易了.其中,澳大利亞把指數(shù)函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)進(jìn)行對(duì)比學(xué)習(xí),沒有利用互為反函數(shù)來解釋;法國(guó)在指對(duì)數(shù)函數(shù)上求導(dǎo)數(shù)等.還有一些國(guó)家注重和生活情境相聯(lián)系,如德國(guó)、荷蘭.英國(guó)在名稱上有所不同,以“指數(shù)型函數(shù)”名稱出現(xiàn).美國(guó)強(qiáng)調(diào)利用指對(duì)數(shù)函數(shù)進(jìn)行建模.針對(duì)指對(duì)數(shù)函數(shù)的具體說明如下.
4結(jié)束語
我國(guó)從2003年進(jìn)行高中數(shù)學(xué)課程改革,到目前已經(jīng)進(jìn)行了十余年的實(shí)踐,并取得顯著成效,通過國(guó)際比較研究來審視我國(guó)高中數(shù)學(xué)課程改革的特色和不足,從而為接下來我國(guó)高中數(shù)學(xué)課程改革的推進(jìn)提供參考.雖然中國(guó)在課程的基本理念中提到要發(fā)展學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí),但落實(shí)在具體的函數(shù)模型應(yīng)用方面,只強(qiáng)調(diào)“體會(huì)”層次.如對(duì)于冪函數(shù)的處理,美國(guó)以根式函數(shù)、法國(guó)以多項(xiàng)式函數(shù)、日本以分式函數(shù)和無理函數(shù)、韓國(guó)以分式函數(shù)和無理函數(shù)等其他具體函數(shù)形式代替冪函數(shù)內(nèi)容,這樣處理的好處不僅在于具體實(shí)用,便于數(shù)學(xué)模型的建立,而且與高等數(shù)學(xué)的聯(lián)系緊密,這一點(diǎn)值得我們借鑒.
參考文獻(xiàn)
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一、定義
對(duì)于函數(shù)y=f(x),如果存在一個(gè)非零常數(shù)T,使得當(dāng)x取定義域內(nèi)的每一個(gè)值時(shí),f(x)=f(x+t)都成立,則稱y=f(x)為周期函數(shù)。對(duì)此定義的理解,應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
1.高中教材中關(guān)于函數(shù)周期的內(nèi)容只有定義,這就要求解答題中關(guān)于函數(shù)周期的證明只能回到定義中。即必須證明f(x)=f(x+t)成立。
例如,2001年高考數(shù)學(xué)(文科)第22題,設(shè)f(x)是定義在R上的偶函數(shù),其圖像關(guān)于x=1對(duì)稱,證明:y=f(x)是周期函數(shù)。
證明:依題設(shè)y=f(x)關(guān)于直線x=1對(duì)稱,故f(x)=f(2-x).
又由y=f(x)為偶函數(shù),故f(x)=f(-x)。
所以,f(-x)=f(2-x)。將上式中-x代換為x,
則得f(x)=f(x+2).所以y=f(x)是以2為周期的周期函數(shù)。
2.周期函數(shù)的定義要求對(duì)于定義域內(nèi)的每一個(gè)x,都有f(x)=f(x+t)成立,而不是某幾個(gè)特殊值,因此函數(shù)定義域必須至少有一側(cè)趨于無窮大。即有一側(cè)無界。
3.周期函數(shù)的周期肯定有無數(shù)個(gè),若T為周期,則2T,3T,…nT也均為其周期,所以課本中出現(xiàn)了最小正周期的概念。對(duì)于一個(gè)函數(shù)f(x),如果它所有的周期中存在一個(gè)最小的正數(shù),那么這個(gè)最小正數(shù)叫f(x)的最小正周期。
4.周期函數(shù)可以無最小正周期。如常函數(shù)y=a。
二、周期的判斷公式
解題過程中,要記住周期判斷的幾個(gè)變式:
1.f(x+T)=f(x) ?圳y=f(x)的周期為T
2.f(x+a)=f(b+x)(a
3.f(x+a)=-f(x) ?圳y=f(x)的周期為T=2a
4.f(x+a)=(c為常數(shù)) ?圳y=f(x)的周期為T=2a
5.f(x+a)=- ?圳y=f(x)的周期為T=4a
6.f(x+a)=- ?圳y=f(x)的周期為T=4a
7.f(x+2a)=f(x+a)-f(x) ?圳y=f(x)的周期為T=6a
這些都是周期的判斷公式,其基礎(chǔ)都是源于周期函數(shù)的定義。有了這些周期判斷公式后,解決函數(shù)周期問題將變得簡(jiǎn)單、方便,下面試舉幾例。
例1.函數(shù)f(x)對(duì)任意實(shí)數(shù)x滿足f(x+3)=,若f(-1)=3,f(5)= .
解析:抽象函數(shù)周期推導(dǎo)總是以原恒成立等式推導(dǎo)而出。
解:由題意有f(x+3+3)===f(x)=f(x+6),故函數(shù)是周期函數(shù),其中一個(gè)周期為6,故f(-1)=f(-1+6)=f(5)=3.
三、函數(shù)中對(duì)稱性、奇偶性與周期性關(guān)系
(1)函數(shù)y=f(x)滿足f(a+x)=(a-x)(a>0)恒成立,若f(x)為奇函數(shù),則其周期為T=4a。
(2)函數(shù)y=f(x)滿足f(a+x)=(a-x)(a>0)恒成立,若f(x)為偶函數(shù),則其周期為T=2a。
以上兩個(gè)性質(zhì)的證明可以參考開篇提到的2001年高考數(shù)學(xué)(文科)第22題的證明方法,在此就不重復(fù)證明。下面試舉其他幾例,說明它們?nèi)叩年P(guān)系。
1.函數(shù)f(x)的定義域?yàn)镽,若f(x+1)與f(x-1)都是奇函數(shù),則( )
A.f(x)是偶函數(shù) B.f(x)是奇函數(shù)
C.f(x)=f(x+2) D.f(x+2)是奇函數(shù)
證明:若f(x+1)是奇函數(shù),則f(-x+1)=-f(x+1)
因?yàn)閒(x-1)是奇函數(shù),則f(-x-1)=-f(x-1)?圳f[-(x+2)-1]=-f[(x+2)-1]=-f(x+1)
則:f(-x+1)=f[-(x+2)-1]=f(-x-3)?圳f(-x+1)=f(-x-3)?圳f(x+1)=f(x-3)
則f(x)是以4為周期的函數(shù),即:f(x)=f(x+4)
又:f(-x+1)=-f(x+1)?圳f[-(x+4)+1]=-f[(x+4)+1]?圳f(-x-3)=-f(x+5),f(x+5)=f(x-3)
關(guān)鍵詞: 高中數(shù)學(xué) 函數(shù) 單調(diào)性
我國(guó)在選擇人才時(shí)一般會(huì)選擇利用考試進(jìn)行考核,而高考則是我國(guó)人才選拔的第一道也是最重要的一道關(guān)卡。而高考中,數(shù)學(xué)占有重要地位,根據(jù)以往的高考試卷分析,高考數(shù)學(xué)的內(nèi)容會(huì)將較容易的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)和較難的延伸知識(shí)點(diǎn)結(jié)合在一起,基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)所占分?jǐn)?shù)比重較大,而函數(shù)問題又是其中的重中之重,大多數(shù)學(xué)生都對(duì)其無計(jì)可施。因此,教師要在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中,幫助學(xué)生解決函數(shù)知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)內(nèi)容,只有學(xué)生充分掌握了,才能夠在高考數(shù)學(xué)考試中取得較好的成績(jī)。
一、函數(shù)單調(diào)性教學(xué)的重難點(diǎn)
高中數(shù)學(xué)與初中數(shù)學(xué)相比難度性大大增加,但是它的知識(shí)點(diǎn)也是從生活中演變過來的,能夠在實(shí)際生活中得到有效應(yīng)用。初中數(shù)學(xué)作為高中數(shù)學(xué)的基礎(chǔ),比較抽象,難以理解,但是學(xué)生在面對(duì)高中數(shù)學(xué)問題的時(shí)候,大可不必過分害怕,只要在學(xué)習(xí)中找到解題技巧,就可以從中獲取快樂。函數(shù)單調(diào)性問題一直是基礎(chǔ)較薄弱的學(xué)生的軟肋,它的區(qū)間概念也可以被稱為局部概念,無非就是區(qū)間內(nèi)的增減性問題,若是教師然學(xué)生牢記并理解這一概念,那么學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中就會(huì)快捷許多。
二、函數(shù)單調(diào)性的教學(xué)方法
在高中數(shù)學(xué)的函數(shù)單調(diào)性教學(xué)中,概念作為解題的基礎(chǔ)雖然是十分重要的,但是在實(shí)際解決問題的時(shí)候,方法卻能夠起到解題的決定性作用,因此教師在教學(xué)的時(shí)候一定要重視解題方法的教學(xué),幫助學(xué)生更好更快地得出答案。高考數(shù)學(xué)中,每年都會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)中就包括函數(shù),題目的涵蓋范圍雖然小,變化卻是多樣的。不難發(fā)現(xiàn),雖然數(shù)學(xué)高考中函數(shù)的題目一直在變,但是解題方法沒有什么多大的變化,所以教師在教學(xué)中要充分考慮到學(xué)生的解題思路,幫助學(xué)生在函數(shù)單調(diào)性題目中快速地求得答案。
1.合理利用舉例讓學(xué)生學(xué)會(huì)舉一反三
在高中數(shù)學(xué)的試卷中,最常出現(xiàn)的題目就是讓學(xué)生利用函數(shù)的導(dǎo)數(shù)求函數(shù)的單調(diào)性,或者是求極值問題,這類問題的問法多樣,教師在教學(xué)過程中需要舉出一個(gè)最典型的題目進(jìn)行詳細(xì)解答,讓學(xué)生明白解題的原理,通過公式概念來求。我們一般見到的函數(shù)題目都是由幾個(gè)小問題組成一道大題,這些小問題由易到難,可利用的知識(shí)點(diǎn)越來越多,教師在講解題目的時(shí)候也要遵循這個(gè)順序,這樣就可以幫助一些基礎(chǔ)較薄弱的學(xué)生拿到函數(shù)問題的基礎(chǔ)分,基礎(chǔ)較扎實(shí)的學(xué)生拿全分。
求函數(shù)單調(diào)性的最值問題及極值問題是高中數(shù)學(xué)教學(xué)中最基礎(chǔ)的典型例題,而教師可以利用這種典型例題讓學(xué)生明白其中的公式原理,幫助學(xué)生一步步地掌握知識(shí)點(diǎn)解題,從而將混亂的知識(shí)點(diǎn)清晰化,做到不失分、不丟分。若是教師按照書本上的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解,就過于抽象化。例如,設(shè)函數(shù)y=f(x)在某個(gè)區(qū)間內(nèi)可導(dǎo),如果f(x)>0,則f(x)為增函數(shù);如果f(x)
2.學(xué)會(huì)利用草圖幫助解題
每一位高中數(shù)學(xué)教師在進(jìn)行函數(shù)單調(diào)性教學(xué)的時(shí)候都會(huì)利用圖形進(jìn)行講解,但是每一位數(shù)學(xué)教師的畫圖方式都不同導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)方式也不同,但是都需要了解的是,圖形要畫的簡(jiǎn)單明了,在較短時(shí)間內(nèi)畫出圖形。若是學(xué)生在利用草圖解答的時(shí)候,花在圖形上的時(shí)間較長(zhǎng),那么解題時(shí)間就會(huì)被縮短,反而得不償失。例如,一些簡(jiǎn)單的函數(shù)選擇填空題就可以利用畫圖快速地得到正確答案。例如,題目中結(jié)合了其他的知識(shí)點(diǎn)定義區(qū)間,要求學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)點(diǎn)求區(qū)間,學(xué)生就可以根據(jù)選項(xiàng)將區(qū)間定義出來,畫出草圖,知曉在某一區(qū)間的遞增或是遞減之后,就可以求得這個(gè)函數(shù)在哪個(gè)區(qū)間遞增或遞減的速度最快,從上升趨勢(shì)中得到正確答案。
三、結(jié)語
在高中數(shù)學(xué)教學(xué)過程中,函數(shù)單調(diào)性問題作為學(xué)生必須掌握的知識(shí)點(diǎn)受到學(xué)校、家長(zhǎng)和老師的極大關(guān)注,每一位高中數(shù)學(xué)教師在教授到函數(shù)知識(shí)點(diǎn)這一章節(jié)的時(shí)候都會(huì)遇到困難,學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候較吃力。因此,高中數(shù)學(xué)教師就要從不同角度思考問題,從學(xué)生所難以理解的知識(shí)點(diǎn)出發(fā),幫助學(xué)生攻克問題,只有教師和學(xué)生共同努力,才能夠在合理的時(shí)間內(nèi)科學(xué)地完成教學(xué)任務(wù)。高中數(shù)學(xué)教師在教學(xué)時(shí)不能故步自封,在原有的基礎(chǔ)上要進(jìn)行教學(xué)方法創(chuàng)新,本文主要是從比較常用的兩種方法入手幫助學(xué)生解決函數(shù)單調(diào)性的問題,教師要考慮到學(xué)生的不同接受能力,有選擇地開展教學(xué)活動(dòng),幫助學(xué)生更有效地掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn),提高高中數(shù)學(xué)成績(jī)。
參考文獻(xiàn):
一、初、高中關(guān)于函數(shù)概念一節(jié)的教材對(duì)比
我市初二學(xué)生使用的滬教版教材在第13章《一次函數(shù)》中設(shè)置了三個(gè)情境:
情境1.用熱氣球探測(cè)高空氣象,設(shè)熱氣球從海拔500m處的某地升空,它上升到達(dá)的海拔高度h與上升時(shí)間v的關(guān)系;
情境2.S市某日自動(dòng)測(cè)量?jī)x記下的用電負(fù)荷曲線(圖像);
情境3.某型號(hào)的汽車在路面上的剎車距離s與車速v之間的關(guān)系。
每個(gè)例子后面都設(shè)置了兩到三個(gè)問題,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)每個(gè)例子中的兩個(gè)變量以及兩個(gè)變量之間的關(guān)系,對(duì)自變量和因變量的范圍沒有做過多的要求和說明。學(xué)生容易得出初中函數(shù)的定義:在一個(gè)變化的過程中,有兩個(gè)變量x和y,如果給定了一個(gè)x的值,相應(yīng)的就確定唯一的一個(gè)y值,那么我們稱x是y的函數(shù),其中x是自變量,y是因變量。很顯然,初中函數(shù)概念的“變量說”是以運(yùn)動(dòng)觀點(diǎn)描述的,是對(duì)函數(shù)概念的感性認(rèn)識(shí),直觀、感性、貼近生活,符合初中生的認(rèn)知特點(diǎn)。緊跟著學(xué)生又學(xué)習(xí)了一次函數(shù)、二次函數(shù)、反比例函數(shù)等具體的函數(shù)。通過學(xué)習(xí),函數(shù)給學(xué)生留下的印象就是“兩個(gè)變量,一個(gè)解析式”,而且其中的自變量基本上都具有一定的物理背景。
我們?cè)賮砜纯慈私贪娓咧袛?shù)學(xué)必修一,教材中同樣設(shè)置了三個(gè)情境:
情境1.炮彈距地面的高度h隨時(shí)間t變化的規(guī)律;
情境2.1979~2001年南極上空臭氧層空洞的面積的變化情況(圖像);
情境3.“八五”計(jì)劃以來我國(guó)城鎮(zhèn)居民恩格爾系數(shù)的變化情況(表格)。
在三個(gè)情境中都明確給出了其中的兩個(gè)變量所在的集合,引導(dǎo)學(xué)生從集合、對(duì)應(yīng)的觀點(diǎn)歸納函數(shù)的新定義:一般地,設(shè)A、B是非空數(shù)集,如果按照某種確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系f,使對(duì)于集合A中的任意一個(gè)數(shù)x,在集合B中都有唯一確定的數(shù)f(x)和它對(duì)應(yīng),那么就稱f:AB為從集合A到集合B的一個(gè)函數(shù),記作y=f(x),x∈A.學(xué)生已經(jīng)掌握集合的知識(shí),順理成章地將初中“自變量x的取值范圍”過渡到“定義域”,相對(duì)于初中函數(shù),高中函數(shù)的定義抽象、理性。
二、高中函數(shù)概念的教學(xué)策略
(一)從新舊概念沖突入手
由必修一教材中出現(xiàn)的三個(gè)例子,學(xué)生容易得出函數(shù)的新定義,但事實(shí)上這三個(gè)例子的自變量都是時(shí)間,它們用初中的“變量說”仍然可以得到很好的解釋,那為什么高中還要學(xué)習(xí)新定義?因此我們可以設(shè)計(jì)以下兩個(gè)情境:
情境1.根據(jù)鐵道部對(duì)火車票做出的規(guī)定:身高在1.1以下的乘客免票,身高在1.1~1.5米之間的乘客享受半票,身高在1.5米以上的乘客必須全票,乘客的車票價(jià)與身高的關(guān)系;
情境2.滁州公交車票價(jià)和乘客乘坐的站數(shù)之間的關(guān)系。
這兩個(gè)情境是日常生活中比較常見的例子,學(xué)生可以很快做出判斷。到底這兩個(gè)例子是不是函數(shù)關(guān)系呢?學(xué)生會(huì)產(chǎn)生不同的意見,很多學(xué)生認(rèn)為它們都不是函數(shù),因?yàn)榍榫?中身高在某一范圍內(nèi)發(fā)生變化時(shí),票價(jià)卻是不變的;情境2中票價(jià)也不都隨站數(shù)的變化而變化。在這兩個(gè)事例中,初中的“變量說”就不能很好地對(duì)其進(jìn)行解釋,而用集合與對(duì)應(yīng)的觀點(diǎn)來理解,就可以十分自然地理解其實(shí)以上兩個(gè)情境也都是函數(shù)。從這個(gè)意義上來說,高中所學(xué)的函數(shù)概念更具一般性,它從一個(gè)更高的角度來認(rèn)識(shí)函數(shù),使函數(shù)的知識(shí)更加系統(tǒng)起來。學(xué)生通過對(duì)初高中函數(shù)概念比較、分析的過程,不但加深了對(duì)函數(shù)的理解,促使初、高中學(xué)習(xí)的知識(shí)更為有效地銜接起來,形成更為完善的認(rèn)知結(jié)構(gòu)體系,同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,提高了學(xué)生歸納推理的能力。
(二)函數(shù)符號(hào)的突破
函數(shù)符號(hào)是學(xué)生難以理解的抽象符號(hào)之一,它的內(nèi)涵是“對(duì)于定義域中的任意x,在對(duì)應(yīng)關(guān)系f的作用下即可得到y(tǒng)”。我們可以把對(duì)應(yīng)法則比喻成加工廠,形象地告訴學(xué)生,因變量y實(shí)際上是通過f(faction第一個(gè)字母)加工出來的,學(xué)生就比較容易理解。在有些問題中,對(duì)應(yīng)關(guān)系f可用一個(gè)解析式表示;但在不少問題中,對(duì)應(yīng)關(guān)系f不便于或不能用解析式表示,這時(shí)就必須采用其他方式如圖像或表格等。在教學(xué)中,可以讓學(xué)生通過分析實(shí)際問題和動(dòng)手操作,逐漸認(rèn)識(shí)和理解函數(shù)符號(hào)的內(nèi)涵。例如,將不同情境中的對(duì)應(yīng)關(guān)系用同一的符號(hào)表示,計(jì)算當(dāng)自變量是數(shù)字、字母不同情況時(shí)的函數(shù)值。
在這里強(qiáng)調(diào)對(duì)應(yīng)關(guān)系和定義域的主導(dǎo)地位,而值域是附屬地位。
一、進(jìn)一步深入理解函數(shù)概念
初中階段已經(jīng)講述了函數(shù)的定義,進(jìn)入高中后在學(xué)習(xí)集合的基礎(chǔ)上又學(xué)習(xí)了映射,接著重新學(xué)習(xí)函數(shù)概念,主要是用映射觀點(diǎn)來闡明函數(shù),這時(shí)就可以用學(xué)生已經(jīng)有一定了解的函數(shù),特別是二次函數(shù)為例來加以更深認(rèn)識(shí)函數(shù)的概念。二次函數(shù)是從一個(gè)集合A(定義域)到集合B(值域)上的映射?:AB,使得集合B中的元素y=ax2+bx+c(a≠0)與集合A的元素X對(duì)應(yīng),記為?(x)= ax2+ bx+c(a≠0)這里ax2+bx+c表示對(duì)應(yīng)法則,又表示定義域中的元素X在值域中的象,從而使學(xué)生對(duì)函數(shù)的概念有一個(gè)較明確的認(rèn)識(shí),在學(xué)生掌握函數(shù)值的記號(hào)后,可以讓學(xué)生進(jìn)一步處理如下問題:
類型I:已知?(x)= 2x2+x+2,求?(x+1)
這里不能把?(x+1)理解為x=x+1時(shí)的函數(shù)值,只能理解為自變量為x+1的函數(shù)值。
類型Ⅱ:設(shè)?(x+1)=x2-4x+1,求?(x)
這個(gè)問題理解為,已知對(duì)應(yīng)法則?下,定義域中的元素x+1的象是x2-4x+1,求定義域中元素X的象,其本質(zhì)是求對(duì)應(yīng)法則。
一般有兩種方法:
(1)把所給表達(dá)式表示成x+1的多項(xiàng)式。
?(x+1)=x2-4x+1=(x+1)2-6(x+1)+6,再用x代x+1得?(x)=x2-6x+6
(2) 變量代換:它的適應(yīng)性強(qiáng),對(duì)一般函數(shù)都可適用。
令t=x+1,則x=t-1 (t)=(t-1)2-4(t-1)+1=t2-6t+6從而?(x)= x2-6x+6
二、二次函數(shù)的單調(diào)性,最值與圖象。
在高中階階段學(xué)習(xí)單調(diào)性時(shí),必須讓學(xué)生對(duì)二次函數(shù)y=ax2+bx+c在區(qū)間(-∞,-b2a ]及[-b2a ,+∞) 上的單調(diào)性的結(jié)論用定義進(jìn)行嚴(yán)格的論證,使它建立在嚴(yán)密理論的基礎(chǔ)上,與此同時(shí),進(jìn)一步充分利用函數(shù)圖象的直觀性,給學(xué)生配以適當(dāng)?shù)木毩?xí),使學(xué)生逐步自覺地利用圖象學(xué)次函數(shù)有關(guān)的一些函數(shù)單調(diào)性。
類型Ⅲ:畫出下列函數(shù)的圖象,并通過圖象研究其單調(diào)性。
(1)y=x2+2|x-1|-1
(2)y=|x2-1|
(3)= x2+2|x|-1
這里要使學(xué)生注意這些函數(shù)與二次函數(shù)的差異和聯(lián)系。掌握把含有絕對(duì)值記號(hào)的函數(shù)用分段函數(shù)去表示,然后畫出其圖象。
類型Ⅳ設(shè)?(x)=x2-2x-1在區(qū)間[t,t+1]上的最小值是g(t)。
求:g(t)并畫出 y=g(t)的圖象
解:?(x)=x2-2x-1=(x-1)2-2,在x=1時(shí)取最小值-2
當(dāng)1∈[t,t+1]即0≤t≤1,g(t)=-2
當(dāng)t>1時(shí),g(t)=?(t)=t2-2t-1
當(dāng)t
t2-2, (t
g(t)= -2,(0≤t≤1)
t2-2t-1, (t>1)
首先要使學(xué)生弄清楚題意,一般地,一個(gè)二次函數(shù)在實(shí)數(shù)集合R上或是只有最小值或是只有最大值,但當(dāng)定義域發(fā)生變化時(shí),取最大或最小值的情況也隨之變化,為了鞏固和熟悉這方面知識(shí),可以再給學(xué)生補(bǔ)充一些練習(xí)。
如:y=3x2-5x+6(-3≤x≤-1),求該函數(shù)的值域。
三、二次函數(shù)的知識(shí),可以準(zhǔn)確反映學(xué)生的數(shù)學(xué)思維:
類型Ⅴ:設(shè)二次函數(shù)?(x)=ax2+bx+c(a>0)方程?(x)-x=0的兩個(gè)根x1,x2滿足0
(Ⅰ)當(dāng)X∈(0,x1)時(shí),證明X
(Ⅱ)設(shè)函數(shù)?(x)的圖象關(guān)于直線x=x0對(duì)稱,證明x0< x2 。
解題思路:
本題要證明的是x
(Ⅰ)先證明x
因?yàn)?0.至此,證得x
根據(jù)韋達(dá)定理,有 x1x2=ca 0
即x
(Ⅱ) ?(x)=ax2+bx+c=a(x+-b2a )2+(c- ),(a>0)
函數(shù)?(x)的圖象的對(duì)稱軸為直線x=- b2a ,且是唯一的一條對(duì)稱軸,因此,依題意,得x0=-b2a ,因?yàn)閤1,x2是二次方程ax2+(b-1)x+c=0的根,根據(jù)違達(dá)定理得,x1+x2=-b-1a ,x2-1a
x0=-b2a =12 (x1+x2-1a )
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