圓錐曲線方程教學的改進
人教版《全日制普通進階中學教科書·數學》第二冊(上)在第八章介紹了“圓錐曲線方程”。在對“雙曲線”教學的處理上,筆者有三處改進意見。
一、一個教學實驗
對教材第106頁例2的教學,筆者在所任教的兩個班做了這樣一個實驗:在甲班按教材上的解法向學生講解,不到10分時間完成該題的講解;在乙班提前兩天佈置了這樣一道作業題:
解方程組
學生對此方程組的解法有下列6種:
解法1:
由①×+②,得a2=16。
把a2=16代入①,得b2=9(下略)。
解法2:
由①-②,得-=0,
即a2=。
把a2=代入①,得b2=9,把b2=9代入a2=,得a2=16(下略)。
解法3:
由①,得32b2-9a2=a2b2。③
由②,得400b2-81a2=16a2b2。④
由③×16-④,得16b2-9a2=0,即a2=(下略)。
解法4:
由①,得=。
把=代入②,得-=1,即a2=16(下略)。
解法5:令m=a2,n=b2,
則原方程組化爲
(下略)。
解法6:令x=,y=,則原方程組化爲
解這個方程組,得
即a2=16,b2=9(下略)。
當講到教材第106頁例2時,與學生一起列出方程組
學生看到這個方程組後,聯想到兩天前所做的作業,他們議論紛紛,有的學生的解法與教材一致,有的學生的解法與教材不一致。筆者用投影儀顯示作業中6種不同的解法,學生認真分析6種不同的解法。──透過一個簡單的問題調動了他們學習數學的積極性。筆者沒有就此罷休,及時提出對例題解法有沒有值得改進的地方,教室一下子就安靜下來了,大家都在積極思考着這個問題。過了一會兒,有的學生就擡起頭看着老師,這說明他們已經找到了答案。學生受教材中方程組的啓發,認爲此題可以直接設所求雙曲線方程爲my2-nx2=1(m>0,n>0),這樣設計計算量較小。其實當橢圓或雙曲線中心在原點且對稱軸爲座標軸時,設爲Ax2+by2=1的形式計算量更小。在乙班完成這一例題的講解用的時間是甲班的2倍,而乙班課堂氣氛和學習效果是甲班所不能比的。
在甲班的教學基本上照本宣科,僅用了待定係數法和換元法;而在乙班,除了用待定係數法和換元法,還用了整體代換思想、加減消元法、消常數法等數學思想方法,更可貴的是,學生受教材解題過程的啓示,認爲直接設my2-nx2=1(m>0,n>0)可使計算量減小。
透過這一實驗,可以得到一些有益的啓示:1.可不時將後學內容置前。將學生還沒有學到但可以解決的局部問題置前,讓他們自己解決,這樣做可以充分調動學生的學習積極性,避免教材和教師的侷限性,還可以培養學生的'創造性思維能力,學生對某些問題的解決,往往可以超出教師的想象。2.要充分重視教材中例題的教學。當前高中數學教學有一種不良傾向,認爲教材中的例習題太容易,而高考題目太難,於是在上新課時,對教材例題講解不夠重視,而是草草了事,然後補充大量較難例題佔用課堂時間。其實這樣做不可取,教材例題是教材編者精心挑選的,是數學題目的精品,如果不好好利用它們,實在是巨大浪費。對教材例題不深入鑽研就不知道它的價值。3.學生自己能夠解決的問題要堅決讓學生自己解決。由於學生解決問題的途徑多而且有些十分巧妙,如果教師代替學生來解決問題,往往會淹沒學生很多好的解法。一定要相信學生是聰明的。
二、雙曲線漸近方程的證明改進
對於雙曲線漸近方程的證明,教材採用的是間接法,也可以直接證明。
先取雙曲線在第一象限內的部分,這一部分的方程可寫爲
y=(x>a)。
設M(m>a)是它上面的點,由點到直線距離公式,可得M到直線y=x的距離
d=
=。
當x逐漸增大時,m逐漸增大,m+逐漸增大,當m無限增大,m+無限增大,d接近於0,就是說,雙曲線在第一象限的部分從射線ON的下方逐漸接近於射線ON。
在其他象限內,也可以證明類似的情況。我們把兩條直線y=±x叫做雙曲線的漸近線。
三、一個例題教學設計的改進
例雙曲線型自然通風塔的外形,是雙曲線的一部分繞其虛軸旋轉所成的曲面(圖1),它的最小半徑爲12m,上口半徑爲13m,下口半徑爲25m,高55m,選擇適當的座標,求出此雙曲線的方程(精確到1m)(教材第111頁例2)。
解:如圖2建立直角座標系xOy,使小圓的直徑AA′在x軸上,圓心與原點重合。這時,上、下口的直徑CC′、BB′平行於x軸,且|CC′|=13×2,|BB′|=25×2。
設雙曲線的方程爲-=1(a>0,b>0),令點C的座標爲(13,y1),點B的座標爲(25,y2),因爲點B、C在雙曲線上,所以-=1,-=1。
又y1>0,y2<0,所以y1=b,y2=b。
而y1-y2=55,所以b=55,
即b=≈25。
從而所求雙曲線方程爲-=1。
上述解法與教材的區別是:設B點和C點方式不一樣,教材中解方程時計算量相當大,而上面的解法只需用計算器算出即可。
在解析幾何中,解題計算量是一個難點,合理設所求曲線方程或點的座標,可以減少計算量。
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