摘 要: 定積分的概念是微積分中的一個(gè)重要概念,高職院校的學(xué)生一般不容易掌握,作者通過提前預(yù)備、實(shí)例引入、分析概括、概念剖析、幾何直觀、鞏固練習(xí)等環(huán)節(jié)的教學(xué)實(shí)踐,達(dá)到既讓學(xué)生學(xué)會(huì)知識(shí),又培養(yǎng)學(xué)生能力的目的。
關(guān)鍵詞: 高職數(shù)學(xué) 定積分 概念數(shù)學(xué)
《應(yīng)用數(shù)學(xué)》是高職院校許多專業(yè)開設(shè)的一門重要基礎(chǔ)課,對(duì)后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)及今后的發(fā)展都具有重要的意義。其中定積分的概念又是《應(yīng)用數(shù)學(xué)》中微積分部分的一個(gè)重要概念。若學(xué)生對(duì)定積分的概念不能正確理解,必將影響到積分理論及相關(guān)專業(yè)課的學(xué)習(xí)。然而由于高數(shù)知識(shí)不像文史類知識(shí)那樣有生動(dòng)的語(yǔ)言和靈活的想象空間,因此學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)往往提不起興趣,久而久之產(chǎn)生厭學(xué)情緒。解決這一問題的關(guān)鍵是教師能否在數(shù)學(xué)與現(xiàn)實(shí)之間架設(shè)一座橋梁,讓學(xué)生從現(xiàn)實(shí)走進(jìn)數(shù)學(xué),也讓學(xué)生從數(shù)學(xué)走進(jìn)現(xiàn)實(shí)[1]。我根據(jù)自己多年的教學(xué)實(shí)踐,談?wù)劧ǚe分概念教學(xué)中的一些嘗試。
一、提前預(yù)備,做好鋪墊[2]
定積分的概念冗長(zhǎng)而抽象,由于高職學(xué)生普遍基礎(chǔ)較差,他們一看到數(shù)學(xué)中文字較長(zhǎng)的問題就頭暈,因此很難理解定積分的概念。鑒于此,我們可以在講課之前提出問題:如何知道一片樹葉一面的面積?學(xué)生的回答一般是網(wǎng)格法,即將樹葉蓋住有方格的紙片,然后用鉛筆畫出其邊界,數(shù)數(shù)邊界內(nèi)方格的個(gè)數(shù),邊界部分對(duì)應(yīng)的方格四舍五入,就可知道樹葉的大概面積,網(wǎng)格越密測(cè)得面積越精確。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生深入討論:①網(wǎng)格無(wú)限密會(huì)怎樣?②“有限”與“無(wú)限”的區(qū)別?③能否用“線型法”(即用n條等距的平行直線分割樹葉)測(cè)得樹葉的面積?通過這類問題的討論,為定積分概念的實(shí)例——曲邊梯形的面積問題的解決打下了良好的基礎(chǔ)。
二、實(shí)例引入,注重方法
引入定積分概念的實(shí)例較多,常見的有“曲邊梯形的面積”、“變速直線運(yùn)動(dòng)的路程”等[3]。對(duì)“曲邊梯形的面積問題”可著重分析:①任意曲線圍成的圖形面積只要坐標(biāo)系選取適當(dāng),都可轉(zhuǎn)化為曲邊梯形的面積來(lái)求;②底邊大的曲邊梯形的面積無(wú)法直接求出,底邊小的呢?底邊小的曲邊梯形由于其高度變化不大,面積可近似地用矩形面積代替,于是自然想到了將底邊大的曲邊梯形分割成底邊小的曲邊梯形;③每個(gè)小的曲邊梯形面積都用矩形面積近似代替;④將各個(gè)小曲邊梯形面積相加即得到曲邊梯形面積的近似值;⑤想得到精確值只有無(wú)限細(xì)分——極限的處理辦法。具體來(lái)說(shuō),曲邊梯形面積可分以下四步完成:分割、近似、求和、取極限。對(duì)引例“變速直線運(yùn)動(dòng)的路程”問題則以啟發(fā)為主,與學(xué)生一起進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析,引導(dǎo)學(xué)生得出類似的結(jié)論。在講解與分析過程中,強(qiáng)調(diào)“曲”與“直”、“變”與“不變”的轉(zhuǎn)化,使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中充分體會(huì)極限的思想與方法。講完兩實(shí)例后,可以要求學(xué)生思考:在生活與實(shí)際工作中,你還能找出哪些問題與上述問題類似?
三、分析概括,抽象定義
通過兩個(gè)實(shí)例的分析講解,我引導(dǎo)學(xué)生拋開問題的實(shí)際意義,僅從數(shù)學(xué)的角度出發(fā)找出它們的共性,并從共性中得出定義。
?、賳栴}的本質(zhì)是一樣的,都是在一定范圍內(nèi)求整體量問題;
?、诮鉀Q問題的方法是一樣的,都涉及“整”化“零”、“直”代“曲”、“不變”代“變”;
?、厶幚淼牟襟E是一樣的,分“分割、近似、求和、取極限”四步;
?、芩媒Y(jié)論一致:特殊形式的“和式極限”。
四、剖析概念,領(lǐng)會(huì)本質(zhì)
定積分的概念敘述較長(zhǎng),學(xué)生不易理解,因此在引出定積分的概念之后,應(yīng)對(duì)定積分的概念作必要的解釋:定積分是一個(gè)特殊的極限值,與不定積分完全不同;極限值的唯一性說(shuō)明定積分的值是唯一確定的,與區(qū)間的分法及每個(gè)區(qū)間中變量的取法無(wú)關(guān);定積分的值僅與區(qū)間及函數(shù)有關(guān),所以積分f(x)dx與積分f(t)dt相等。
五、幾何意義,解釋直觀
每個(gè)定積分表達(dá)式,無(wú)論其實(shí)際意義是什么,都可從幾何方面作出解釋,介紹定積分的幾何意義時(shí),先從引例“曲邊梯形的面積”談起,學(xué)生很容易知道:當(dāng)被積函數(shù)f(x)≥0時(shí),定積分f(x)dx表示由曲線y=f(x)及直線x=a,x=b,x軸圍成圖形的面積,進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生分析得出當(dāng)f(x)≤0及f(x)有時(shí)正有時(shí)負(fù)時(shí)定積分f(x)dx的幾何意義,并要求學(xué)生練習(xí)與定積分幾何意義相關(guān)的一些問題。
六、課后練習(xí),鞏固概念
為了加深對(duì)定積分概念的理解,一般在講完定積的概念與幾何意義之后,可安排一定的練習(xí),如:①求曲線y=x及直線x=1,x軸圍成圖形的面積;②用幾何意義求(2x+1)dx.通過練習(xí),進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)定積分定義及幾何意義的理解。
以上是我們?cè)诙ǚe分的概念教學(xué)中作的一些嘗試,在教學(xué)過程中如果能借助多媒體,對(duì)“分割、近似、求各、取極限”的過程以動(dòng)畫演示,會(huì)取得更好的效果。我們還發(fā)現(xiàn),在定積分概念的教學(xué)過程中,學(xué)生除了能學(xué)到必需的數(shù)學(xué)知識(shí)外,還可對(duì)學(xué)生進(jìn)行辯證唯物主義的思想教育。以變速直線運(yùn)動(dòng)的路程問題為例,首先,求和后得到的路程是近似值,一旦取極限后就轉(zhuǎn)化為精確值,這一變化體現(xiàn)了從“量變”到“質(zhì)變”的過程;其次,“變”和“不變”本來(lái)是對(duì)立的,但在無(wú)限小的條件下,兩者變成一回事了,這體現(xiàn)了兩者既對(duì)立又統(tǒng)一;最后,定積分的概念是從特殊問題中抽象出來(lái)的,而這類問題又普遍存在,說(shuō)明普遍性存在于特殊性之中。
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