廣東省廣州市第七中學(xué) (510080) 陳世明
十九大報告指出,要落實立德樹人的根本任務(wù),“才者,德之資也;德者,才之帥也”.教育部最新(2017年8月17日)發(fā)布的《中小學(xué)德育工作指南》中又指出:“充分發(fā)揮課堂教學(xué)的主渠道作用,將中小學(xué)德育內(nèi)容細(xì)化落實到各學(xué)科課程的教學(xué)目標(biāo)之中,融入滲透到教育教學(xué)全過程”.“嚴(yán)格落實德育過程.按照義務(wù)教育、普通高中課程方案和標(biāo)準(zhǔn),上好道德與法治、思想政治課,落實課時,不得減少課時或挪作它用”.“發(fā)揮其它課程德育功能.要根據(jù)不同年級和不同課程的特點,充分挖掘各門課程蘊含的德育資源,將德育內(nèi)容有機(jī)融入到各門課程教學(xué)中”.“數(shù)學(xué)、科學(xué)、物理、化學(xué)、生物等課要加強(qiáng)對學(xué)生科學(xué)精神、科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)探究能力和邏輯思維能力的培養(yǎng),促進(jìn)學(xué)生樹立勇于創(chuàng)新、求真求實的思想品質(zhì)”.在中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中如何挖掘、滲透德育功能,是當(dāng)今數(shù)學(xué)教學(xué)中值得研究的一個課題,本文對此做初步探討,敬請各位專家指教!
眾所周知,邏輯性、嚴(yán)謹(jǐn)性、抽象性是數(shù)學(xué)學(xué)科的三大特征.為了降低學(xué)習(xí)難度,新課程中對許多定理的證明不作要求,然而,我們在教學(xué)中發(fā)現(xiàn),許多老師在教學(xué)此類定理時,不僅既不講此類定理的證明也不探究此類定理的生成過程,而且對此類定理為真所必要的說明也只字不提,只是將此類定理中的一些關(guān)鍵字詞抽出來“一填了之”,然后就是大規(guī)模的定理應(yīng)用(筆者所在區(qū)的一次區(qū)公開課上,授課老師就是這樣處理的).事實上,按新課程標(biāo)準(zhǔn),對此類定理不要求證明,并不等于不作說明,若對此類定理為真所必要的說明也沒有了,那么數(shù)學(xué)就變成了一門不講理的學(xué)科了,這樣的數(shù)學(xué)教學(xué)不僅失去了對學(xué)生求真求實的思想品質(zhì)的培養(yǎng)良機(jī),而且也是十分危險的!“直線與平面平行的判定定理”是空間直線與平面的位置關(guān)系的第一個定理,新課標(biāo)教材對這一定理的證明不作要求,筆者在教學(xué)這一定理時是這樣處理的:
師:要判定直線a與平面α平行,只要判定——
生:直線a與平面α沒有公共點.
師:那如何判定直線a與平面α沒有公共點呢?(學(xué)生一臉茫然,不知所措!大約1分鐘后)
師:不好辦吧!請同學(xué)們回憶一下,我們已經(jīng)知道直線a與“α”一定是沒有公共點的?(大約1分鐘后)
生1:直線a與和它異面的直線b一定是沒有公共點的或直線a與和它平行的直線b也一定是沒有公共點的!
師:很好!這樣一來,我們不妨大膽的來猜一猜:若直線a與平面α內(nèi)的一條直線b異面,能否推出直線a與平面α沒有公共點?
生(部分):能吧?
生(部分):不能!
師:生2你來說一說為什么不能?
圖1
生2:這很簡單,舉一個反例就成了!如圖1,a與b是異面直線,但a與α有公共點.
師:真妙!要否定一個結(jié)論,只要舉一個反例就成了.同學(xué)們清楚了嗎?
生:清楚了!
師:若直線a與平面α內(nèi)的一條直線b平行呢?又能否推出直線a與平面α沒有公共點?(巡堂發(fā)現(xiàn):同學(xué)們在畫各種圖形,也想舉一個反例來否定上述結(jié)論,但均沒有成功,大約2分鐘后)
生:能!(很肯定的)
師:為什么?
生:沒有找到反例!
師:沒有找到反例就能說明直線a與平面α沒有公共點?假若那樣的反例大家都沒有找到呢?
生:是??!
師:因此,要肯定一個結(jié)論,一定要說明理由才行!生3,你來說說理由看?
圖2
生3:還沒想好!(其余同學(xué)在積極思考)
師:如圖2,由a∥b,可推出什么結(jié)論?
生3:過a,b可確定一個平面β.
師:很好!大家看,在確定了平面β后,直線a與平面α就“天各一方”(學(xué)生大笑)!但它們并不“孤單”(學(xué)生又笑),因為α與β有一條公共直線b相連,真所謂“天各一方——一線牽”?。∵@樣一來,要說明直線a與平面α沒有公共點,只要說明——
生:直線a與直線b沒有公共點即可!而a∥b,所以直線a與直線b沒有公共點,從而直線a與平面α沒有公共點,故a∥α.
師:太好了!這樣一來,我們就得到了一個什么結(jié)論?
生:如果直線a與平面α內(nèi)的一條直線b平行,那么直線a與平面α平行.
圖3
師:如圖3,也能推出a∥α嗎?
生(恍然大悟的):不能!
師:沒想到吧!前述結(jié)論應(yīng)修改為——
生:如果平面外的一條直線與平面內(nèi)的一條直線平行,那么這條直線與這個平面平行.
師:很好!這就是我們今天要學(xué)的“直線與平面平行的判定定理”(下面的課從略).
在上述定理的生成過程中,從學(xué)生熟知的“直線a與和它異面的直線b一定是沒有公共點或直線a與和它平行的直線b也一定是沒有公共點”出發(fā),通過“猜想——實驗(畫圖)——概括”等過程,比較自然的得出結(jié)論.尤其是通過“天各一方——一線牽”的“藝術(shù)化”處理后,定理為真的事實已一目了然,對定理是否再需證明已不是很重要了.
所謂“求真”,就是“求是”,亦即實事求是去認(rèn)識事物本質(zhì),把握事物的規(guī)律;“求實”則是在對這種規(guī)律的指導(dǎo)下,去做、去實踐.一個數(shù)學(xué)定理往往需經(jīng)合情推理的發(fā)現(xiàn),再經(jīng)演繹推理的證明才能獲得,尤其是課本中不要求證明的定理,其證明往往是比較復(fù)雜的,教學(xué)中,通過揭示此類定理的生成過程,對培養(yǎng)學(xué)生求真求實的科學(xué)態(tài)度,培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的探究能力和思維品質(zhì)有更大的作用和意義.
李克強(qiáng)總理最近(2018年1月3日國務(wù)院常務(wù)會議)突出強(qiáng)調(diào)理論數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科對于原始創(chuàng)新能力的重要意義,他還指出“數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科研究要著眼于未來,但必須從教育抓起”.中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)任重道遠(yuǎn),同時也倍受鼓舞,在中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中,培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生科學(xué)探究能力、邏輯思維能力和創(chuàng)新能力的例子很多,尤其在公式教學(xué)中.這里僅舉一例:
師:有一天,甲同學(xué)來問我這樣一個問題:cos15°=cos(60°-45°)=cos60°-cos45°為什么不對?說實話,甲同學(xué)還很不錯,知道這一等式是不成立的,同學(xué)們你們是否也知道?
生:知道!
師:為什么?說說理由看?
生:因為cos15°>0,而cos60°-cos45°<0,所以等式不成立.
師:很好!這樣一來,我們達(dá)成了一個共識:cos(60°-45°)≠cos60°-cos45°.那么cos(60°-45°)究竟等于多少呢?(學(xué)生陷入沉思中!)
師:cos(60°-45°)是一個三角函數(shù)問題,在前面第一章我們已學(xué)習(xí)了三角函數(shù)的有關(guān)知識,能否有公式可用?
生:好像沒有!
師:除了前面第一章我們已學(xué)習(xí)了三角函數(shù)的有關(guān)知識外,我們還學(xué)過其它的三角函數(shù)知識沒有?
生:在初中還學(xué)過解直角三角形!
師:好的!既然在第一章的三角函數(shù)里沒有公式可用,那么,我們不妨就到直角三角形中去看一看!你能否畫出一個角為60°的直角三角形?
生:太容易了!
圖4
師:是嗎?那我就來畫一個RtΔABC,使得∠A=60°,∠C=90°,如圖4,在這個RtΔABC中,你還能作出一個45°,同時還出現(xiàn)15°的角嗎?
生1:很好辦!以A為頂點,AB為一邊,在RtΔABC中作∠BAD=45°交BC于D,則∠DAC=15°.
師;你真行!在這個直角三角形中,能否得出cos15°呢?
生2:很簡單!在RtΔACD中,AC=ADcos15°.
師:在RtΔABC中,還可得出AC=?
生2:AC=ABcos60°.
師:這樣就有ADcos15°=ABcos60°.現(xiàn)在要求cos15°,若在這一等式的右邊也出現(xiàn)AD,那么,兩邊同約去AD,即可求出cos15°,下面怎樣才能使等式的右邊也出現(xiàn)AD呢?(學(xué)生又陷入沉思中!大約2分鐘后)
生3:老師,可不可以這樣做?
師:怎么做?請講!
生3:(生3口述,老師板書)在圖4中,過D作DE⊥AB于E,則由ADcos15°=ABcos60°得:ADcos15°=(AE+BE)cos60°=ADcos45°cos60°+BEcos60°=ADcos45°cos60°+DEcot30°cos60°=ADcos45°cos60°+ADsin45°cot30°cos60°,所以cos15°=cos45°cos60°+sin45°cot30°cos60°.
師:太妙了!(這時教室里響起了熱烈的掌聲,同學(xué)們也有大功告成之感!)上述結(jié)果完全是正確的,但形式太“丑”了,說得不好聽一點,簡直是“丑不可言”!(學(xué)生感到很突然,教室里立即鴉雀無聲),你們看,等式右邊的第一項是二項積,而第二項則是三項積,不和諧吧!更“可惡”的是:左邊實際上是cos(60°-45°),只與60°,45°有關(guān),與30°無關(guān),而右邊的第二項竟然冒出一個30°,這個“30°”豈不是來添亂嗎?
生4:那就把它化掉吧!
師:好的,生4,你來試試!
生4:(上臺)通過化簡得出:cos(60°-45°)=cos60°cos45°+sin60°sin45°①
師:等式①的確優(yōu)美多了!當(dāng)然①式也還不太和諧——
生:左邊是“-”,而右邊是“+”.
師:很好!這也正好說明世上并沒有“十全十美”的事物(到此,同學(xué)們松了一口大氣,大有洋洋得意之感!),這時——
師:你們別高興太早!剛才甲同學(xué)是將cos15°化成cos(60°-45°),我們幫他解決了;
若乙同學(xué)是將cos15°化成cos(45°-30°),而丙同學(xué)是將cos15°又化成cos(135°-120°)呢?…,我們是不是一一幫他們?nèi)ソ鉀Q?
生:不!
師:那怎么辦?總不能“見死不救”吧!
生5:讓他們自己按上述方法去解決.
生6:老師,我們能否得出一個一般的公式?免得每次都這樣去做,太煩了!
師:這個想法好!得出一個怎樣的公式?
生6:是否對任意的α,β∈R,都有cos(α-β)=cosαcosβ+sinαsinβ②
師:很好!你是怎樣想到的?
生6:我是根據(jù)上述①式猜出來的!
師:真不錯!不過,猜出來的結(jié)論不一定正確,你能證明它成立嗎?
生6:還沒有想好!
師:好的!請繼續(xù)思考.有誰能證明②式?(同學(xué)們在積極思考,大約1分鐘后)
師:能否仍按前面作直角三角形的方法去證?
生:不能?
師:為什么?
生:因為α,β不一定能成為直角三角形的一個內(nèi)角.
師:很對,不過不要否定得太快!雖然現(xiàn)在不能作直角三角形了,但前面的那種證法中所用的思想方法說不定還有用呢!所以不能“過河拆橋”,要學(xué)會“感恩”!下面我們一起來反思上述解法的關(guān)鍵點在哪里(與學(xué)生一起反思上述解法的每一步).
師:生7,你來說一說上述解法的關(guān)鍵點在哪里?
生7:算兩次!就是把“AC”算了兩次,第一次得出AC=ADcos15°,第二次得出AC=ABcos60°,這樣就得出了關(guān)于cos15°的一個方程,然后通過解方程就得出了cos15°,也就是cos(60°-45°)的值.
師:說得太好了!上述解法實際上應(yīng)用了“算兩次”的思想方法,你們還在哪里也用到過這一思想方法?
生:在《平面向量》里也用過.
師:對?。 八銉纱巍笔且环N重要的解題思想方法,不僅過去用到,現(xiàn)在用到,而且將來還可能用到!下面再回到②式的證明,怎樣才能證明它呢?
生8:老師!是不是還是用“算兩次”?
師:怎么算?
生8:還沒想好!
師:請再想一想.有誰想到了嗎?(大約1分鐘后)
師:前面說了,在第一章三角函數(shù)里已沒有公式可用,又不能用作直角三角形的方法,那怎么辦?換句話說,現(xiàn)在進(jìn)是進(jìn)不了了,進(jìn)不了就——
生:退!
圖5
師:退到什么地方去呢?這是一個三角函數(shù)問題吧!那三角函數(shù)是從什么地方出發(fā)的?
生:單位圓!退到單位圓中去.
師:好的!那就到單位圓中去看一看,如圖5,在單位圓中,設(shè)α,β的終邊與單位圓分別相交于P,Q兩點,由三角函數(shù)的定義得P(cosα,sinα),Q(cosβ,sinβ),請大家觀察②式的右邊,它恰是——
師:那②式的左邊等于——
從而有cos(α-β)=cosαcosβ+sinαsinβ.
生:原來如此!
師:果然又用到“算兩次”!但③式一定正確嗎?
生:正確!
生10:還不一定吧?
師:為什么?
師:好極了!遇事要冷靜,不要被一時的成功沖昏頭腦,考慮問題應(yīng)全面,接下來該怎么辦?
生:分情況討論!(這里從略)
師:這樣一來,我們就證明了②式,有了這一公式,要算兩角差的余弦就很方便了,這一公式也就是我們今天要學(xué)習(xí)的“兩角差的余弦公式”(下面的課從略).
公式是構(gòu)成整座數(shù)學(xué)大廈的支柱之一,加強(qiáng)對公式的探究教學(xué),不僅是新《數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》對我們每位老師的要求,也是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才、提高教學(xué)質(zhì)量的必由之路.
圖6
此題在用向量法求解的過程中有一個關(guān)鍵步驟,就是求出點A和F的坐標(biāo)后,根據(jù)條件計算點H的坐標(biāo).筆者當(dāng)時是用“近朱者赤近墨者黑”來提示學(xué)生直接寫出H點的坐標(biāo)的,在得到筆者的提示后,學(xué)生很容易地理解了筆者所要表達(dá)的意圖,問題很快解決.通過這個例子和經(jīng)過筆者的進(jìn)一步提示,學(xué)生對傳統(tǒng)文化中的“中庸之道”有了更加理性的認(rèn)識,上例中的點H的坐標(biāo)不能用中點坐標(biāo)公式簡而求之,而是在類比中點坐標(biāo)公式“取得平衡”的思想中將兩端點的坐標(biāo)各取一定的比例系數(shù)來求得.中庸并非“正中間”,而是不偏不倚的“中”,做人之道便是至誠至信、公平待人.在解題教學(xué)中,要讓學(xué)生既領(lǐng)悟到數(shù)學(xué)的知識與方法,也更加理性地體會到中國傳統(tǒng)文化中關(guān)于做人的道理,一舉兩得.
圖7
要求出SΔBDE,由已知條件,應(yīng)“腳踏實地”地去計算出ΔBDE的三邊長,而當(dāng)算出ΔBDE的三邊長后,“奇跡”發(fā)生了,原來ΔBDE為直角三角形,從而問題簡單獲解.
“機(jī)會是留給有準(zhǔn)備的人的”,本題中,若沒有前期“腳踏實地”地計算的準(zhǔn)備,就沒有后來簡單獲解的機(jī)會.在這里“求距離”是最終目標(biāo),為了實現(xiàn)這個目標(biāo),我們必須先“腳踏實地”地進(jìn)行計算和推理,這一思維正是我們做許多事情時應(yīng)有的方法和態(tài)度.
在數(shù)學(xué)的發(fā)生與發(fā)展過程中,知識的形成與演變、重要思想方法的確立與發(fā)展、重大理論的發(fā)現(xiàn)與沿革等,其本身充滿著唯物辯證法的思想.而在高中的數(shù)學(xué)教學(xué)中,面對一群理性精神的形成正處于關(guān)鍵期的高中學(xué)生,教學(xué)中盡可能多地發(fā)揮數(shù)學(xué)的學(xué)科特性,通過培養(yǎng)理性思維與分析問題、解決問題的能力培養(yǎng)學(xué)生誠信做人與理性做事.同時,在塑造學(xué)生正確的人生觀、世界觀和價值觀及用理性的思維看待事物時,使學(xué)生更深刻地理解數(shù)學(xué)的方法和理論,讓學(xué)生更加主動地端正學(xué)習(xí)態(tài)度,提高數(shù)學(xué)能力.德育與數(shù)學(xué)教學(xué)相輔相成,本身也是一個辯證的關(guān)系.