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数学教学中辨证思维转化的策略与途径

 

【作者】 黄丽萍

【机构】 广西百色市百色中学

【摘要】

【关键词】
【正文】摘要:主要论述怎样用辨证思维研究和解决问题。一方面是辨证思维转化的策略:已知与未知、一般与特殊、正面与反面等矛盾的巧妙转化;另一方面是辨证思维转化的途径:从发散思维和逆向思维寻求转化。各举例论证,解题无比简便,充分体现了矛盾转化的魅力。
关键词:辨证思维转化的策略与途径

  数学充满着矛盾、运动和变化,体现了唯物辩证法的思想,结合数学内容对学生进行思想教育,是中学数学教学大纲的一项重要任务,中学数学教学大纲中代数部分的教学要求就有规定“使学生了解已知与未知、一般与特殊、正与负、等与不等、常量与变量等辨证关系以及反映在函数概念中的运动观点,了解反映在数与式的运算和求方程解的过程中的矛盾转化的观点……,对学生进行思想教育”。因此,教师在数学教学中应充分利用教材的有关内容,对学生进行生动而又深刻的辩证法唯物思想教育,使学生在学习中反复体验事物的现象和本质、绝对和相对、静止和运动、特殊和一般、量变和质变、对立和统一等辨证关系,学会用辨证唯物主义观点去观察分析事物,研究和解决问题,为学生逐步确立辨证唯物主义世界观奠定基础。这样做不仅可以达到思想教育的目的,而且对数学知识教育和能力培养也有着积极的意义。
  下面就怎样对辨证思维转化的策略和途径浅谈几点看法。
一、 转化的策略
  (1)从部分到整体的转化
  解答某些数学问题时,如果我们孤立地看待题中的各个局部,“只见树木,不见森林”,拘泥于常规思维方法进行思考,往往难以找到解决问题的方法。又若是涉及到复杂的计算与烦琐的讨论,往往先不考虑其细节而是从整体上入手,反而思路豁然开朗,发现解决问题捷径。
  试举几例
  例1 设a-b=2+,b-c=2-,求a2+b2+c2-ab-bc-ca的值。
  分析与略解:若按常规,先求a、b、c的值,再代如原式计算,但因已知条件是两个方程三个未知数无法求解。若不管a、b、c各自的值,将已知条件作为整体考虑,由已知条件联想到a-c=(a-b)+(b-c)=4,进而将所求代数式表示成已知条件整体的表达式,就比较容易求解了:
  
  =
  =。
  例2 三棱锥的三个侧面两两互相垂直,这三个侧面积分别是6㎡,9㎡,12㎡,求它的体积。
  分析:设三个侧棱长分别是米,米,米,
  ∵ 三个侧面两两相互垂直,
   ∴ 三个侧棱也互相垂直。
  易得  ,
  由已知  ,,,
  将上述三个方程两边分别相乘得,
  ∴ ,
  这里无须求出的值,只需求出整体。
  (2)数与形的相互转化
  数学里的“数”与“形”这一对矛盾既统一又斗争,在坐标系建立的条件下实现了关于“数”与“形”的问题互相转化,几何问题可以用代数方法来求解,一些代数问题也可以化为几何问题来研究。数形结合,以形揭数问题研究数学命题的一种典型思想方法。数形相互印证,是寻求解题方法的有效途径。
  例3:求函数的最小值。
  分析与略解:若将看作是动点与点间的距离;看作点与两点间的距离(如图),于是问题就能转化成求动点
与两定点、的距离
之和的最小值问题。由图象
直观知,当(关于轴的对称点)、
、三点一线上时,最小,
即有最小值,
  。
  由此可见,抽象问题若能转化成图形,则思路和方法就可能从图形中直观地显示出来。
  另一方面,对某些几何问题若考虑代数证法,反而简便。
  例4 如图:已知:C是以AB为直径的半圆周上任意一点,CD⊥AB于D,⊙O与CD相切于E,与弧BC相切于F,与AB相切于G。求证:AC=AG。
   分析与略证:由于AC与
AG之间没有直接联系,用几何
证法较困难,考虑用代数证法寻
求它们之间的数量关系。关键在
于求AG。图中易见AG=AD+DG或
AG=AO1+ O1G。连结O1F,∵⊙O与⊙O1相切于F,∴O在O1F上。设⊙O与⊙O1的半径分别为r与r1,r<r1。连结OG,又设AC=,AG=。∵AC⊥BC,CD⊥AB,∴Rt△ABC中AC2=AD·AB=(AG-DG)·AB,
  即   ……………○1
  在Rt△O1OG中,O1G2=OO21-OG2,
  即
  整理得  ……………………○2
  由○1、○2得。
  ∴,即AC=AG。
  (3)从特殊到一般的转化
  在解决数学问题时,根据“个别一定与一般相联而存在”这一规律,视具体情况,灵活将特殊与一般互易;当一般性的问题比其特殊性的问题易解决时,可先解决其一般性的问题,从而导致特殊性的问题的解决;反之,在一般性的问题不易解决时,又可先退到其特殊的情形去考虑,从而找到解决一般性问题的思路。
  例5 :Rt△ABC的三边为、、,为斜边,试证>(≥3)。
  分析与略证:面对>,一时难以下手,先退到它的最特殊情况时考虑,有。进而考虑,显然>。由此推导一般:>。
  (4)从正面到反面的转化
  某些问题,若正面求解比较困难,则可从反面来考虑,往往能达到柳暗花明又一村之境界。
  例6 为何值时三个方程:
  ;
  ;
  
  至少有一个方程有实数根。
  分析与略解:若从正面考虑,可能的情况比较复杂,远不如考虑它的反面“三个方程都无实根”来得简单。故可用反证法思想。
  设三个方程都无实根,则有: 
   <0
   <0
   >0
  此不等式组的解为-3<<-1。
  这就是说当-3<<-1时,三个方程都无实根,因此,≤-3或≥-1即为原三个方程至少有实数根时的取值范围。
  (5)变复杂为简单的转化
  任何复杂的数学问题都是由简单的问题构成的,在教学中要善于引导学生把复杂的问题转化为简单的问题。
  1.分解:把一个复杂的问题分解在若干个简单的问题,然后各个击破。
  例7:证明“在一个圆中,圆周角的度数等于同弧所对圆心角度数的一半。”
  
   分析:把命题的证明
化为三个简单的问题:
○1圆周角的一条边通过圆心;
○2圆心在圆周角内;
○3圆心在圆周角外。
○1为特殊情况,如图因为OA=OC,所以∠BAC=∠BOC,上述命题成立。○2、○3都可以转化为圆周角的一条过通过圆心的情况加以解决。
  2. 代换:把一般性问题转化为特殊问题,使其变复杂为简单,代换思想的具体运用就是换元法。
  例8:因式分解
  分析:设,利用换元法培养思维的变通性。
  
  例9:证明方程的一个根大于,另一个根小于。
  证明:设,原方程变形为,∴>0,∴  此方程有两实根,设为,,则,为原方程的两根。
  ∵<0
      <0            <
  ∴            即
    >0            >
      
    >0            >
  或            即
    <0            <
  通过换元,使证明的过程简单化。
  3.缩减:通过缩减把多变为少,人而使复杂的问题转化为简单的问题。利用消元法使多个方程组成的方程组的未知数个数逐步减少,方程的个数也随之减少;使繁分式变为一般分式;使多重根式变为单重根式;使多重对数变为单重对数,等等,都是通过缩减的思想方法加以解决的。
  二、辨证思维的转化途径
  (1)从发散思维中寻求转化
  在解题教学中,一题多解的训练,可使学生多思路多角度解题,从而培养学生发散思维能力,提高转化能力。
  例10:解方程组
  思路1:用换元法,设,,原方程组变为,然后解之。
  思路2:用配方、代入法:由○1得,,
  ∴,然后与○2联立,用代入法解。
  思路3:利用韦达定理,由原方程得
  ,由韦达定理知,、为一元二次方程的二根。
  还可以举出其他多种思路。
  发散思维,不仅仅是表现为一题多解,在教学中,对例题、习题的形式(条件和结论)不断地变化,也可以克服思维定势,使学生从多角度考虑问题,从而培养学生的转化能力。
  例11:若、、是△ABC的三边且满足,求证:△ABC是等边三角形。
  这是一道常见的数学题,应用配方法和非负数的性质可证。
  若把例子中的条件的两边乘以,则有:
  问题2:若、、是△ABC的三边,且,求证:△ABC是等边三角形。
  若把例子中的条件看作某个一元二次方程的判别式而得到的,则有:
  问题3:若是△ABC的三边且方程
  有二等根,求证:△ABC是等边三角形。
  若联系正弦定理,例子中的条件可转化为:
  问题4:若A、B、C是△ABC的三个内角,且满足sin2A+sin2B+ sin2C-sinAsinB- sinBsinC- sinAsinC=0,
  求证:△ABC是等边三角形。
  (2)从逆向思维中寻求转化
  在教学中,对学生经常进行“从反面思考问题”的训练,可以寻求转化。
  例12:试求常数的范围,使曲线的所有弦都不能被直线垂直平分。
  分析:“不能”的反面是“能”,垂直平分的弦就是曲线上两点关于直线对称的问题,那么此题可转化为:为使曲线存在两个对称于直线的点,求存在的范围。
  解:抛物线上两点(,)、(,)关于直线对称,满足
   
   
  ∴
     消去得
  ∵,
  ∴>0,
  ∴<0,
  得到<,抛物线上存在两点关于直线对称,而原题中要求所有弦都不能被直线垂直平发,那么≥。
  在数学中,公式的逆用及其引伸,是转化的又一种表现形式。
  例如公式,它给出了(和)、(积)与(平方和)三者之间相互转化关系,即
       ○1
    ○2
  例13:已知,,求。
  解:由○1可得,,由○2可得,于是
  
  
  
  教学每一个新数学知识,学生面临着不知与知的矛盾,我们要善于引导学生把不熟悉的问题转化为熟悉的问题。
  ○1利用各对矛盾进行转化。教学中,为使学生容易接受新知,往往先让掌握矛盾的某一方面,再去探讨另一方面,使它向学生熟悉的前者转化。
  在教学有理数的运算时,其思想方法是:当引进了绝对值的概念,并掌握了有理数运算结果的性质符号以后,有理数运算就转化为熟悉的算术运算。
  研究一种运算的逆运算是使之向其正运算转化。解决对数问题,把它转化为正运算——乘方问题,转化的关键是乘方式子与对数式子互写,即logaN。
  函数与它的反函数互为反函数,所以函数的反函数仍然是原来的函数,体现了对立面的互相转化,从而使学生深刻地认识反函数与原来的函数的关系。
  ○2分析已知与未知进行转化。已知与未知一方面界线分明,相互对立;另一方面又相互联系,可以转化。
  未知数参与运算,使算术发展为代数,已知数与未知数,其个性是“已知”和“未知”,其共性是“数”,在算术中只强调个性,仅允许已知数参与运算,未知数则处于被动地位,等待从已知数的运算得到它的值,而代数中,注意了共性,认为都是可以参加运算的数,揭示已知与未知的本质联系,列出关系式能较快地达到目的。从未知出发,寻求已知与未知的关系,是中学数学中常用的执果索因分析法,数学问题的解决,一般是从已知到未知,但是这个推算过程难以确定从何着手,我们把顺序颠倒,寻求未知到已知的转化过程,再得出从已知到未知的正确结论。
  ○3利用数学的变量化换问题进行转化,在解难题教学中,若创造条件将已知与未知互相转换位置,往往能突破难点,使问题解决得简捷漂亮。

  • 【发布时间】2016/7/6 15:43:13
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