高中数学“五步双翼说题”教学实践与研究

发表时间:2020/12/8   来源:《中国教师》2020年第24期   作者: 董松艳
[导读] 解题教学是高中数学教师教学研究的重要内容
        董松艳
        石家庄市第二十二中学  河北省石家庄市 050031
        摘要:解题教学是高中数学教师教学研究的重要内容。“五步双翼说题”引导师生关注核心素养,回归知识本源,多角度分析、多方位考查数学问题,入心有题、落笔有方、视角有形、表述有魂,有效提升解题效益。
        关键词:五步双翼 研题说题 专业成长
高中数学离不开解题教学。调研发现,青年教师因对课程内容理解不足、知识本质挖掘不足、思维引导不足而造成解题教学停留在就题论题层面;高中生因缺少有效的思维切入点导致解题盲目性和随意性大。石家庄市第二十二中学成立课题组,通过“五步双翼说题”行动研究,“把题目说透”、“把思路说通”,提升教师研题解题力和教研力。
        一、“五步双翼说题法”流程图
“五步双翼说题”旨在发挥师生双主体作用,多维分析、整体认知数学问题,构建研究解决数学问题的基本思维途径,促进教师专业成长、提升学生数学素养。其流程如下:

        二、“五步双翼说题法”的实践与研究
五步双翼说题,将教师的教、学生的学及命题研究有机结合,促使师生从宽视角、高站位来研究题目特征、探寻解题途径。这五个环节,说题者可以灵活调整顺序。
        1.教师五步说题:分为“选-研-解-思-变”等五步。
        (1)选题。本环节说背景来源、知识关联,阐述题目入选理由。课题组关注高中数学核心知识及高考真题,甄选能充分体现数学思想方法应用价值的题目建立说题题库,如函数性质、数学文化专题,使知识点成体系、方法成体系;同时,关注不同层次学生的需求,将题目划分为基础组、综合组、拓展组。2019年高考全国Ⅰ卷理科数学第12题“已知三棱锥P-ABC的四个顶点在球O的球面上,PA=PB=PC,△ABC是边长为2的正三角形,E、F分别是PA、AB的中点,∠CEF=90°,则球O的体积为( )A.8;8.4;C.2;D.”被选入综合组,课题组的推荐语为:“球的接切是高考数学的热点问题,图难画、数难算、变化多是这类题目的特点,部分考生因空间想象、逻辑推理、转化能力或模型意识欠缺导致无从入手甚至放弃。本题聚焦三棱锥外接球,条件凝练、背景平实,入口多维、解法灵活,是一道具有较强探索价值和示范价值的好题”。
        (2)研题。说题的灵魂。本环节说解法探寻、思维切点。高中生在数学学习中经常出现一听就懂、独立解题却毫无思路的困惑,根本原因是缺乏解题思维。教师的思维对学生有示范性和启发性。本环节要展示如何把握题设条件、挖掘隐含条件,如何沟通已知与未知条件,展示如何有逻辑地、有结构地多维思考,如何找准思维切入点,进而拟定解题计划。
例1.已知函数f(x)(x∈R)满足f(-x)=2-f(x),若函数y=与函数y=f(x)图象的交点分别为(x1,y1),(x2,y2),...,(xm,ym),则=()A.0;B.m;C.2m;D.4m.本题以抽象的符号语言给出题设条件和结论,研题时课题组从四方面切入思维:①符号语言显性化:函数f(x)的图象关于点(0,1)对称;两函数有m个交点,求所有交点横、纵坐标的和;②复合函数标准化:用分离常数法将函数y=转化为y=1+,易知其对称中心亦为点(0,1);③数形结合直观化:在同一坐标系中画出两函数示意图,则交点两两关于点(0,1)对称;④对称关系数量化:由中心对称的性质,对称的两交点横坐标互为相反数、纵坐标的和为2,故所有交点横、纵坐标的总和为0+2?=m。
例2.2019理数12题,课题组成员多维切入、多角度探寻解题思路。
思路探寻一:画出题图。线线垂直是判定线面垂直的前提。

易知正三棱锥相对棱互相垂直,将题设中线线垂直条件与正三棱锥的几何特征组合推理,可得PB⊥平面PAC,PA、PB、PC两两垂直,则三棱锥为特殊的“墙角”模型。利用“补形法”可将其外接球问题转化为伴随长方体的外接球问题。
思路探寻二:平面截球得截面圆,球心与截面圆圆心的连线垂直于截面,球半径R、截面圆半径r、球心距(设为OO′)构成直角三角形,满足;当r、OO′已知(或与R相关)时,上式转化为关于R的方程,运算求解可得R。这是求几何体外接球半径的基基本思路,称为“方程法”。
思路探寻三:向量既有形的特征,又有数的属性,是数形结合的重要载体。立体几何中线线、线面及面面关系,空间角、空间距离等问题常可转化为空间向量的平行、垂直、夹角或模长问题,通过向量的代数运算可得到相应的几何结论。这种方法称为“空间向量法”。
多维探索解题思路,可促进教师学科知识融会贯通能力、解题策略优选能力。
        (3)解题。本环节说规范的解题步骤,完整展示各解法的解题过程,在关键环节点评书写规范、书写要点等。这是实现解题计划的过程。例2略解如下:
        解一:在正三棱锥P-ABC中,PB⊥AC.由EF∥PB.EF⊥EC,得PB⊥EC,故PB⊥平面PAC,PB⊥PA,PB⊥PC,则PA⊥PC.由AB=2,得PA=,故三棱锥是棱长为的正方体的一角,其外接球直径2R=,R=,V球=.
        解二:在正三棱锥P-ABC中,过点P做PO′⊥平面ABC于点O′,由AB=2,易知O′C=.设PA=2a,则EC2=3-a2,cos∠PAC=又EC2=a2+4-2?2?a?=a2+2,则a2+2=3-a2,故PA=2a=,PO′=.设三棱锥外接球半径为R,在Rt△OO′C中,易知R2=(PO′-R)2+O′C2,则R=,V球=.
        解三:过点P做PO′⊥平面ABC于点O′,则O′在CF上。以O′ 为坐标原点、  为x、y、z轴正方向建立空间直角坐标系.设PO′=2a,由=0, 得 PA=2a=由O′C=R,得=R2,故R=,V球=.
 (4)思题。本环节说解后反思、方法提炼。例2中,解法一反思“隐藏巧挖掘,分散要集中;逻辑巧推理,整体研特征;嵌入大模型,补形立神功”,解法二反思“定义显神通,转化来助形;运算是基础,方程巧利用”,解法三反思“以形助数,以数辅形;位置关系向量化,数量关系坐标化”,既关注知识本源,又升华思维、反思策略,形成类题通法。
        (5)变题。本环节说变式延伸、发散拓展。变背景、变条件、变结论、变方法,一题多变、多题归一,以期研一题、会一类、通一片,在变化中梳理模型、活用方法、提升能力。
        2.学生五步说题:分为“思-解-写-说-悟” 等五步。指导教师推送或小组成员提交数学题目。学生首先个人解读,明确“是什么问题”“怎么解决这个问题”“有什么条件或知识可用”,然后明确问题解决的理论支撑点,梳理解题思路、书写解题过程,最后在组内或课堂上说题。五步说题,思-说审题方法,找条件关联;解-说思路探寻,谈思维切点;写-写解题过程,展书写规范;说-说注意事项,谈解题收获;悟-说变式发散,谈方法提炼。
实践证明,“说题”是一个既符合现实需求、又能展现个体经验的有价值的研究课题。近两年时间里,课题组以说题为手段,以研题为核心,精选说题内容、构建说题路径、制定评价标准,发挥集体智慧开展灵活务实的校本研究,引来高中数学教师专业成长的清泉。
参考文献
[1]中华人民共和国教育部.普通高中数学课程标准[M],北京:人民教育出版社,2018.01.
[2]韦永旺.基于波利亚解题思想的数学说题策略研究[M],江苏:数学之友,2018.03
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