专业人士谈数学解题方法复杂化(从庖丁解牛说起)
《庄子·养生主》庖丁解牛的故事:差的厨师一个月就要换刀,他是用“砍”的方法。好点的厨师一年就要换刀,他是用“割”的方法。而庖丁总是游刃有余,解牛十九年未曾换刀, 何也?庖丁追求的不是一般的技艺,而是解牛之“道”,所谓“目无全牛”,“以神遇而非目视”。他解牛时循着牛的筋骨结构进刀、行刀、出刀,合乎舞蹈的节奏和音乐的韵律。
解题与解牛是一样的道理,庖丁解牛时目无全牛,所见的只是牛的筋骨结构,我们解题时也应目无全题,见到的只是题的逻辑结构。若只见外在形式不见内在结构,便会迷于表象,难见本质。
数学综合题如何寻找切入点和突破口?自然是根据题的结构特征。庖丁解牛,解的是各种各样的牛,它们有共同的规律;我们解题,解的是多种多样的题,它们也有共同的规律。
解题与解牛是一样的道理,庖丁解牛时目无全牛,所见的只是牛的筋骨结构,我们解题时也应目无全题,见到的只是题的逻辑结构。若只见外在形式不见内在结构,便会迷于表象,难见本质。
数学综合题如何寻找切入点和突破口?自然是根据题的结构特征。庖丁解牛,解的是各种各样的牛,它们有共同的规律;我们解题,解的是多种多样的题,它们也有共同的规律。
下面以一道难住很多同学的综合性试题为例,来反思如何用解牛的道理来解题。
如图,抛物线y=-1/2x^2-√3x 9/2交x轴于A、B两点,交y轴于点C,点D为顶点,点E为点C关于对称轴的对称点。
(1)点D的坐标为______;点E的坐标为______。
易求答案(-√3,6);(-2√3,4.5)
(2)如图1,若点P是抛物线上位于点E、D之间的一个动点(不与E、D重合),当四边形DBEP面积最大时,求点P的坐标。
(3)如图2,连接AD、BD,直线BD交y轴于点F,连接AF,过点D作x轴的垂线交AF于点H,已知点R为线段AD上一动点,连接RH,将ΔARH沿RH翻折至ΔQRH,QH与直线AD的交点为S,若点Q落在直线AD的左侧或直线AD上,当ΔQRH与ΔAHD重叠部分为直角三角形时,求R点的坐标。
(4)在(3)的条件下,将RtΔRHS绕点S逆时针旋转α(0°<α≤180°),记旋转后的ΔRHS为ΔR1H1S,若直线R1H1分别与直线AD、直线AH交于点M、N,当ΔMNA是以∠MAN为底角的等腰三角形时,请直接写出AM的长。
解析:庖丁解牛的故事告诉我们:弄清结构、循理而行,则事半功倍、游刃有余。数学解题的核心只有一个:问题的逻辑结构。笔者所总结的解题八字策略:“加减、进退、分合、动静”,正是根据题目的结构特征寻找切入和突破的总体原则。
我们看第(2)问:在题目和图形中你看到了什么?仅仅看到四边形DBEP肯定不够,解题者还应看到这个四边形DBEP需要分成切分成可直接计算的几何图形(如三角形等)。从图形本身的表面来看,四边形DBEP可以分成ΔPBD和ΔPBE,或分成ΔBDE和ΔPDE等。很多同学往往在此处彷徨不定难以抉择,正所谓“歧路多亡羊”。为什么会有似是而非的歧路?原因是只看到问题表面的形式,而没有看到背后的逻辑结构:
逻辑推理是数学的核心,当我们运用推理的方法弄清问题的逻辑结构后,切入点和突破口就能迅速找到,思路瞬间清楚明了。就像本题,不少同学不辞劳苦地想办法计算四边形DBEP的面积,其实完全是多此一举,只要计算ΔPDE面积最大时P点坐标即可。爱思考的同学还会进一步推导简化:ΔPDE面积最大只要PL最大即可。然后你知道就可以转化为基本问题:求PL的表达式计算其最大值,这就是本问题的最佳切入点。
第(3)问:按照题目的变换方式想像出不同情况来讨论也不算太难,但就数学来说比想像力更重要的是逻辑推理。想像出具体图形虽然直观形像,但输于不够严谨明确,而且速度难以提升。我们若按重叠三角形三个内角分别为直角进行讨论,则可以很快画出图形得出结果。顺便提一下,无用的背景图形忽略不看,别给自己眼睛找麻烦(如本题的抛物线在后面已与问题的实质无关可直接忽略不看)。
第(4)问最困难,困难在于旋转的过程难以想像,符合条件的图形难以画出。有的同学无计可施,便剪一个三角形进行操作,直观地看什么时候符合条件。这种方法就相当于庖丁解牛中所说的“砍”与“割”的方法,没有遵循规律和使用策略,既费时又费力,而且容易遗漏。我们要回到数学的核心方法:逻辑推理。画图不是全凭直观想像,也需要逻辑推理。推理既要会“进”也要能“退”,“进”是从条件出发顺推,“退”是从结论出发逆推。先假设满足条件的图形已画出,观察下图:
稍作推理:此时∠N=∠MAN=∠NAB=30°,所以MN∥RH∥AB,MN在直线R1H1上,也即RH旋转后与自身平行,推得RH一定是旋转180度,从而容易画出图形并计算。(推理依据:旋转前后对应线段所在直线的夹角等于旋转角。)
同理,当∠AMN=∠MAN=∠ADH=30°时,MN⊥RH,因而应旋转90度。
另外一种情形依同法逆推旋转角分别为30度和120度,再画图求得AM的长。
逻辑结构是数学问题的核心,从条件到结论,或从结论到条件,都有其内在联系。要想弄清问题的结构关系,就要进退有序顺势而为,则思路自通全盘皆活,切忌彷徨不安止步不前,否则易至一叶障目不见泰山。
在解题教学领域,我们经常说的一句话“对于试题的切片化处理”也正是这个意思,“大题都是由小题组成,小题由’小切片’ 组成”,一旦把试题切的足够(不是越细越好),就可以快速发现解题的关键点、快速找到学生的病因(错误原因),进而快速“治疗”。
比如学生对老师说“这道题我不会,请帮我讲一讲吧?”一般情况下,老师会先问学生“哪里不会”,然后再讲解,但是大部分学生是不能精准的说出自己哪不会的,或者说的比较模糊。事实上,很多经验不丰富老师也说不能精准的说出学生到底哪里出了问题,这也是为什么家长在向老师征求学习建议时,经常得到的答复是“多练题”,这种笼统的答案,说明老师自己对于试题的结构并不十分清楚,根本原因是对知识的维度分类不够清楚。我们做老师的,每天在“敲黑板、划重点”,大声喊着“知识点”,如果我们自己尚不清楚,那如何“根据不同的知识属性,采用不同的教授方法呢?”
(说明:文章部分内容引用 谈志国 数学大思维,若不当,留言,会及时删除)
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