品味一道好题,悟透思想方法——以一道高考试题的教学为例

廖明艳,韦崇裕

(海南省昌江黎族自治县昌江中学;
海南澄迈思源高级中学)

本文以2021年高考数学浙江卷第17题为例,通过师生共同探究题目的一题多解,让学生获得价值感,回归数学本质,指导、反思向量学习.

对于复习课教学,教师要高瞻远瞩、运筹帷幄,把多个知识点串联起来,带领学生品“精髓”之题,进而有效挖掘题目的深层次价值,提高复习效率.

题目已知平面向量a,b,c(c≠0)满足|a|=1,|b|=2,a·b=0,(a-b)·c=0.记平面向量d在a,b方向上的投影分别为x,y,d-a在c方向上的投影为z,则x2+y2+z2的最小值为_______.

此题纵向把多个向量知识点串联起来,横向与函数、不等式和空间几何等知识点交会,对于考查学生的理性思维和科学精神有着重要的参考价值.

视角1:品定义内涵,悟数形思想.

教师引导学生根据向量的运算和向量投影作图分析,得到解法1.

解法1:如图1,设,垂足为点H.过点M分别作直线OA,OB,OC,AB的垂线,垂足分别为点E,F,G,D,则有向线段OE,OF分别是向量d在a,b方向上的投影,线段HG为向量d-a在c方向上的投影.

显然,DM=HG.

则x2+y2+z2=OE2+OF2+MD2.

结合图1,易知

所以x2+y2+z2的最小值为

【评析】向量的运算,强调其形,利用向量的几何特征,可以直观、便捷地解决问题.同时,突出向量的形,也是为了更好地为体现数的内涵,使得数形之间自然转化,问题解决水到渠成.

视角2:品消参法,悟降维思想.

思路1清晰、直观,但是要求学生熟练掌握向量的运算方法,同时对学生的作图能力也有较高要求,需要学生有扎实的基本功作为基础.

分析题目的目标式,其中有多个变量,联想解多元方程组的基本方法——消元法,想到可以用相同的思路求解此题.为此,可以考虑将条件代数化.

解法2:依据已知条件,可以设a=(1,0),b=(0,2),c=(m,n).

【评析】此处在消元化简时,先以z为主元进行配方,然后利用局部“放缩”消掉z,最后得到关于x的二次函数轻松得解.

视角3:品向量方法,悟转化思想.

解法2思路清晰自然,但是对学生的计算能力要求较高.为了降低运算难度,不妨引导学生联想平面向量的数量积性质:m·n≤|m|·|n|.据此确定此题构造向量的方法并求解.

解法3:前同解法2.

【评析】解法3非常简洁,让学生领略到了向量作为工具在解题中的作用,深刻体会到了向量是联系几何与代数的重要工具.除此之外,向量在刻画几何中的角度、长度等方面也具有独特的优越性.

视角4:品柯西不等式,化繁为简.

课堂上也有学生想到用柯西不等式求解,于是得到如下解法.

解法4:前同解法2.

【评析】解法4利用柯西不等式快速求解了问题,避免了烦琐的计算过程,但是对学生的思维能力有较高要求.除了直接运用柯西不等式外,我们还可以利用柯西不等式的变式,对求解目标进行如下转化:.取等条件和解法2相同.

视角5:品解析法,悟类比思想.

解法5:前同解法2.

取等条件与解法2相同.

【评析】此处联想到式子蕴含的几何特征进行局部放缩,最后得到关于z的简单二次三项式求解问题.

基于此,教师提出如下问题,引导学生类比平面解析几何,继续探究解决问题的方法.

问题:类比二元一次方程Ax+By+C=0(A2+B2≠0)表示一条直线,思考三元一次方程Ax+By+Cz+D=0(A2+B2+C2≠0)是否可以表示为空间中的平面方程?

学生在教师的引导下,通过联想类比,得到解法6.

解法6:前同解法2.

即(x2+y2+z2)min就是三棱锥O-ABC高的平方.

利用等体积法,易求三棱锥O-ABC的高为

基于上述解法,教师顺势进一步引导学生类比空间中点到平面的距离公式进行求解.在平面解析几何中,点P(x,y)到直线l:Ax+By+C=0的距离为;

类比到空间,可以得点P(x,y,z) 到平面Ω:Ax+By+Cz+D=0的距离为.于是引导学生将目标问题转化为原点O(0,0,0)与平面内任意点P(x,y,z)距离的平方.于是得到解法7.

【评析】通过分析已知和目标的几何背景,利用坐标法将代数和几何联系起来,使问题变得直观化、具体化.

在完成解题探究后,教师继续引导学生深度思考:解法6和解法7虽然简洁明了,但是要如何确定取得最小值时x,y,z的值?以实现学生对问题本质的深度思考.

1.典例解析,引导为主

在课堂教学过程中,如何引导学生通过思考和实践形成技能、发展思维、实现深度学习是教师需要关注的重点问题.事实上,对于解题教学,只有师生共同探究,产生思想上的共鸣,百花齐放,激发学生深度学习的潜能,才能切实实现解题教学的价值.

2.淡化技巧,注重思维

以上解题视角各有侧重,层次分明,互为补充.条件限制下多元变量最值问题的求解是一类具有挑战性的数学问题.学生解决此类问题的潜意识就是通过代数方法消参,达到化繁为简、化生为熟的目的.另外,教师要注重引导学生把握向量“形”的几何特征,注重基本方法在教学中的渗透,培养学生处理复杂问题的策略意识.

3.课后总结,反馈为先

在完成对题目解法的多角度探究之后,教师需要了解学生对问题的理解程度,把握学生是否掌握了问题的内涵.因此,学生的总结、反馈显得非常关键.对此,教师可以让学生以作业的形式反馈课堂学习效果,教师在批改作业的过程中总结学生解题过程中存在的问题,再把问题反馈给学生,让学生重新回归问题情境,提炼解题感悟.学生反馈的问题,为教师及时调整教学方向提供了依据,有利于教师实施更加精准、个性化的课堂教学.

在解题教学过程中,教师要以数学核心素养为导向,通过师生“精”品、“细”品典型例题,对同一数学问题,引导学生从多个角度进行深度思考、探究,让学生领悟到丰富多彩的解题思路,让学生在学习过程中“品”出数学味道,实现用数学方式育人的目的.

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