作為高中一線教師,函數概念的教學是高一階段的難點之一,學生對函數概念的理解相當困難。課本是從三個實例入手,引導學生從對應的角度去歸納出三個實例的共同特征,從而給出函數的嚴格定義。這樣的處理并不符合高一新生的認知特點,在教學中作了以下嘗試:
首先讓學生回憶初中是如何給函數下定義的?這個問題上課前一天就留給學生,學生提前查閱了初中課本,所以很快給出了定義,并板書在黑板上:
在一個變化過程中有兩個變量x和y,如果對于x的每一個值,y都有唯一的值與它對應,那么就說y是x的函數,其中x叫做自變量。
初中生對函數概念理解的焦點在前部分,是一種動態(tài)的理解:必須有兩個變量,其中一個隨另一個在發(fā)生變化,從而使他們忽略了對定義后半句的理解和重視。而這恰恰又是高中階段函數概念的核心,所以函數概念的教學必須幫助學生實現從動態(tài)到靜態(tài)理解的轉化。
隨之便設計了一個具有實際背景的函數模型,并提出問題:
一輛汽車從銀川出發(fā),以每小時80公里的速度駛往320公里之遙的固原,請問:
1.在整個行駛過程中,汽車行駛的路程s是不是時間t的函數?
這個問題對學生來說,是比較容易回答的:是,并且函數關系式為s=80t,時間t是自變量,路程s是因變量。
2.如果把汽車在整個行駛過程中的時間t的取值構成的集合記作A,路程s的取值構成的集合記作B.你能寫出集合A和B嗎?
學生會很快給出答案A={t|0≤t≤4},B={s|0≤s≤320}.
3.在整個行駛過程中,汽車行駛的時間t是不是路程s的函數?
學生回答:是,且函數關系式是,其中s是自變量,t是因變量,且s取值構成的集合A={s|0≤s≤320},時間t取值構成的集合B={t|0≤t≤4}
學生在初中函數知識和高一第一章節(jié)集合知識的支持下,對以上問題的回答都是水到渠成,所以趁熱打鐵,提出了第4個問題:
4.在整個行駛過程中,汽車行駛的速度v是不是時間t的函數呢?
這個問題一提出來,全班學生異口同聲地回答:不是,理由很簡單:時間t是變量,但速度v不是變量,是一常量,這完全違背了初中函數概念“在一個變化過程中有兩個變量x和y”的描述。
這個時候矛盾產生了,如何解決?告訴學生:這就要求我們對初中函數概念加以完善。如果這個時候直接給出高中函數的概念,學生覺得很突然,難以接受。在教學中又作了以下嘗試:
(1)汽車在整個行駛過程中,行駛的路程s是時間t的函數關系,這個關系能不能理解為是非空數集A={t|0≤t≤4}到B={s|0≤s≤320}的一種特殊的對應?這種特殊對應則表現為:對于集合A中的任何一個時間t,在集合B中都有唯一的路程和它對應。給學生充足的時間去思考,學生最終的回答是:可以這樣理解,并且和初中的定義不矛盾,本質上是一致的。
(2)有了對問題1的詮釋,學生自然給出了:汽車在整個行駛過程中,汽車行駛的時間t是路程s的函數可以理解為:非空數集A={s|0≤s≤320}到B={t|0≤t≤4}的一種特殊對應:即對集合A中任意一個路程s,在集合B中都有唯一一個時間t和它對應,并且實現對應關系的橋梁是式子。
乘勝追擊,提出問題(3):汽車在整個行駛過程中,時間t取值集合A={t|0≤t≤4},速度v取值構成的集合B={80},對于A中的任何一個時間t,在集合B中是不是都有唯一的速度80和它對應呢?學生回答是。路程和時間(或時間和路程)的這種特殊關系我們稱之為函數關系,那速度和時間的特殊對應關系就不能成為函數關系呢?此時學生便理直氣壯地回答:完全可以,并且函數關系式可以表示為:v=80(t∈[0,4])。這時,老師有義務告訴學生:這個函數稱之為常函數,一般表示式為y=a(其中a為常數,x∈R),其圖象是與x軸平行或重合的一條直線。
通過以上循序漸進地引導,完全可以讓學生嘗試給出高中函數概念:
一般的,設A,B是非空數集,如果按照某種確定的對應關系f,使對于集合A中的任意一個數x,在集合B中都有唯一確定的數f(x)和它對應,那么就稱f:A→B為從集合A到集合B的一個函數。記作:y=f(x),x∈A.
其中x叫自變量,集合A是函數的定義域,與x相對應的y值叫做函數值,函數值的集合C={f(x)|x∈A}叫做函數的值域,且C?哿B。
有了函數的概念,再回過頭讓學生對課本中三個引例作出判斷:
①炮彈距離地面的高度h是時間t的函數,理由是:對非空數集A={t|0≤t≤26}中任意一個時間t,在集合B中都有唯一的高度h和它對應,并且實現這一對應的法則f是式子h=130t-5t2。
②南極上空臭氧層空洞的面積S是時間t的函數,理由是:對非空數集A={t|1979≤t≤2001}中的任意一個時間t,在集合B中都有唯一的面積S和它對應,且實現這一對應的法則是圖象。
③從1991年到2001年間我國城鎮(zhèn)居民恩格爾系數y是時間t的函數,理由是:對非空數集A={t∈N|1991≤t≤2001}中的任意一個時間t,在集合B={53.8,52.9,50.1,49.9,49.9,48.6,46.4,44.5,41.9,39.2,37.9}中都有唯一的y和它對應,實現這一對應的法則是表格。
以上三例中,實現從非空數集A到B的特殊對應的法則不同,使得函數的表示有三種方法——解析法、圖象法和列表法,從而為下節(jié)課“函數的表示法”奠定了基礎。
學生對函數的概念徹底理解了,但新的問題又產生了。學生對函數概念中“值域是集合B的子集”理解又有了困難。針對這一困難,又作了以下嘗試:
問題1中,汽車行駛的路程是時間的函數,且其定義域A={t|0≤t≤4},值域C={s|0≤s≤320},如果把集合C改為B={s|0≤s≤400},從集合A到集合B的這種對應還是不是函數?學生回答是。那此時函數的值域C和集合B又是什么關系呢?這樣處理,學生就很輕松地明白了定義中的補充“值域是集合B的子集?!?/p>
高中數學的特點之一——高度的抽象性,所以學生在理解上有一定的困難。如何讓學生能輕松自如地理解每一個數學概念和每一個數學公式,這就需要我們老師認真研究教材,研究學生,盡可能地用淺顯易懂的方法去講授抽象的數學知識。相信通過我們老師的不懈努力,會讓學生喜歡上數學,并且學好數學。
作者簡介:楊淑霞(1970—)女,寧夏育才學校高級教師,主要從事高中數學教材教法研究。