法國數學家笛卡爾指出:“沒有正確的方法,即使有眼睛的博學者也會像瞎子一樣盲目摸索?!睌祵W思想和數學方法是從數學知識提煉出來的數學學科精髓,是將數學知識轉化為數學能力的橋梁。只有掌握了數學方法,才能在看似錯綜復雜的數學問題前從容不迫,得心應手。初中數學的基礎知識主要是代數、幾何中的概念、法則、公式、公理、定理以及由其內容反映出來的數學思想和方法。據此,在初中數學中應該加強對數學思想和方法的教學與研究,代數方面對數學思想和方法應用較多且靈活,而幾何方面相對欠缺。學生通過課堂學習,已經有了比較明了的幾何概念、幾何性質,然而對這些概念性質在具體的題目中如何運用卻一知半解,如何找出頭緒,抽絲剝繭,從而順利解出答案,相信這會讓許多學生撲朔迷離,應對起來不知所措。故此,筆者對幾何教學中的數學思想方法的滲透作以下研究,以便學生在幾何學習中更輕松、更清晰。初中數學教學過程中,常見的數學方法有:方程思想、分類討論思想、數形結合思想、轉化與化歸思想。

一、方程思想

方程思想主要是從分析題目中的數量關系入手,將題目中的已知量和未知量之間的數量關系通過設元來建立方程(或方程組),然后通過解方程(或方程組)來達到解決問題的一種思維方式。方程思想解決問題的關鍵是建立方程模型。在初中幾何所涉及的一些線段與角及面積的求解中,基本都具備方程中的等量關系特征,我們若能根據題意或利用所學定理、性質及圖形中的公共邊、公共角、等高、同底等關系找出題目中蘊含的等量關系,建立相應方程(或方程組),把幾何問題轉化為代數問題,則會使解題思路更加清晰明了,解決過程更加簡便,達到把復雜幾何問題簡單化的目的。

例1:如圖,△ABC中,BE與CF交于點O,其中S△BOF=6,S△COE=8,S△BOC=12,求四邊形AEOF的面積。

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我們要求的是四邊形AEOF的面積,而已知的是△BOF、△COE、△BOC的面積。連接AO,將四邊形AEOF分割成兩個三角形△AOE和△AOF。分別設S△AOF=x,S△AOE=y,如果能求出x、y的值,那么四邊形AEOF的面積就可求出。而這個題目的關鍵點是△ABO與△AOE同高,△AOF與△AOC同高,由此得出方程組:

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解這個方程組得x=9,y=10,由此得到四邊形AEOF的面積為19。

應用方程思想解平面幾何計算題,不僅可以幫助學生找到解題的有效途徑,培養學生的思維能力,更重要的是讓學生懂得解幾何題時可以突破幾何推理,把幾何問題轉化為代數方程加以解決,而且可啟發學生運用幾何方法與代數方法相結合,用化歸轉化、數形結合的思想來突破求解,從而拓展學生思維,培養學生創新意識和能力。

二、分類討論思想

分類討論是在處理一些數學問題時,把所要研究的數學對象根據需要劃分為多種不同情況,然后對各種情況加以分類,并逐類進行研究和求解的一種數學思想。分類討論思想,又稱“邏輯化分思想”。分類討論思想在初中教學中占有十分重要的地位,相關數學問題具有明顯的邏輯性、綜合性和探索性,它可以將一些復雜的問題分解成若干個簡單的問題,還可以提高學生全面思考問題的能力,從而避免“丟值漏解”情況的發生,以提高學生的數學思維。

例2:已知⊙O的直徑為10cm,AB、CD是⊙O的弦,其中AB=6cm,CD=8cm,且AB∥CD,求AB與CD之間的距離。

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根據題意可分為兩條弦在圓心異側和同側兩種情況,結合垂徑定理和勾股定理計算得出:兩條弦之間的距離分別為7cm和1cm。

分類討論思想的基本步驟為:分析討論對象—確定分類標準、合理進行分類(不重復不遺漏)—逐層分類討論、分步歸納—歸納總結。

在應用分類討論思想的過程中,教師要引導學生注意以下幾個問題:1.明確分類的對象是確定的,是根據數學對象本質的相同點和差異點進行分類的。2.分類過程不重復、不遺漏。3.分類標準是統一的,避免盲目分類和主觀臆測。4.由易到難,不斷總結提高,注重簡化分類,逐步優化解題過程。對于分類討論思想的學習和應用,教師要逐步滲透,讓學生反復總結和思考,使學生通過較長時間的培養,形成分類討論的意識,有效提升學生思維的縝密性、條理性和靈活性,為學生今后的學習奠定良好基礎。

三、數形結合思想

數形結合思想,從字面上理解就是把數學中的“數”與“形”有機結合起來解決數學問題的思想,具體來說,就是將抽象數學語言與直觀圖形結合起來,把抽象思維與形象思維結合起來,通過數與形之間的對應和轉換來解決數學問題。如數軸的引入,就是數形結合思想的典范,它對學生比較有理數的大小、相反數和絕對值的幾何意義的理解有很大幫助。這種抽象與形象的結合,有效訓練了學生的思維,有助于學生把握數學問題的實質。使用數形結合方法,能使很多問題迎刃而解,而且解法便捷。

例3:將邊長為1的一個小正方形與邊長為2的一個大正方形(如圖所示)連接在一起,要求學生只能剪兩次,問學生應如何裁剪拼裝,才能使原圖形成為一個新的大正方形?

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一開始,大部分學生都無從下手,一少部分學生會嘗試裁剪拼接,極少有人能在短時間內拼湊好。當學生冷靜下來后,教師提醒學生這個問題的關鍵點是圖形有變化,而面積不發生變化,并且最終形成的圖形是一個正方形。學生很快分析出:兩個小正方形的面積和為1+4=5,新拼出的圖形為正方形,面積是5,由此得到新正方形的邊長為[5],這樣一來,我們僅需沿著(圖中所示)邊長為[5]的線段裁剪即可。

上面這個問題的解決,是我們從圖形“變”中看到了面積的“不變”這一關鍵點,從“形”的表面變化找到了“數”這一實質的不變。一個看似純幾何的問題,在“數”的指引下得到了很好解決,這種由表及里、形中有數的思想方法,正是“數形結合”思想方法的體現。

著名數學家華羅庚說:“數與形,本是相倚依,焉能分作兩邊飛。數缺形時少直覺,形少數時難入微,數形結合百般好,隔離分家萬事休?!睌祵W知識是“有形”的,而數學思想方法是“無形”的。知識是明線,寫在教材里;思想是暗線,體現在知識與技能的形成過程中。結合具體內容進行數學思想方法滲透,已成為教師教學行為中的現實問題。作為數學教師,如何調控自己的行為,讓一明一暗兩條線在課堂中齊頭并進,成為課堂教學的關鍵。隨著數學研究范圍的擴大,僅用傳統綜合幾何的方法來解決數學問題越來越困難,因為許多問題特別是證明問題往往需要高超的技巧才能奏效,而且推演、論證的步驟又顯得相當繁難,缺乏一般性的方法,這樣使得幾何學難以發展。數形結合的思想把復雜問題簡單化、抽象問題具體化,讓人們更清楚地看清現實世間的萬事萬物。

四、轉化與化歸思想

在處理一些問題時,有時直接求解困難重重,我們不得不通過觀察、類比、分析、聯想等思維過程,采用合適的方法將遇到的困難問題進行轉換,使其轉化為一個相對來說較為熟悉、簡單的問題,然后通過熟悉、簡單問題的求解達到解決問題的目的,這一方法稱為“轉化與歸納”?!稗D化”是將數學命題由一種形式向另一種形式的轉換過程;“化歸”是把待解決的問題通過某種轉化過程歸納為一類,轉化成比較容易解決的問題。

在使用轉化思想方法時,應注意幾個基本原則:1.將陌生問題轉化成熟悉問題,以便于我們運用熟悉的知識和經驗來解決問題。2.將復雜問題轉化成簡單問題,通過解決簡單問題,達到解決復雜問題的目的,或者是獲得某種解決問題的啟示或依據。3.將抽象問題轉化成直觀問題,就是將比較抽象的問題轉化為比較直觀的問題來解決。

例4:常見的代數問題中的“握手問題”:有n個人見面,若兩個人之間要握手一次,共握手多少次?答案為n(n-1)/2,我們可以利用這一結果,轉化處理如下幾何問題:

1.平面內有n條直線兩兩相交,最多有多少個交點?

2.同一平面上畫n條直線,可以將這個平面最多分成多少部分?

3.一條直線上的n個點,以其中任意兩個點為端點,共能組成多少條線段?

4.端點的n條射線,共形成多少個角?

5.一個n邊形,在確定它的對角線的條數時,也用到這個“握手”問題。

當然,其他的方法,如構造(添加輔助線)法、等積(同底等高、等底等高、等底同高)法、對稱、平移、旋轉、相似等更通俗易懂的方法,在幾何解題中也頻繁用到。

數學思想方法是培養學生核心素養的重要途徑,掌握數學思想方法能有效提升學生數學知識的運用能力,對學生的今后發展具有重要影響。在教學過程中,學生通過階段性的訓練和總結,不僅提高了學習興趣和思維能力,還形成了自己的學習方法,大部分學生做題有章可循,分析問題、解決問題的能力明顯得到提升,學習興趣也極大提高。

作者單位  陜西省富平縣東上官初級中學

責任編輯:張言