《普通高中課程標準實驗教科書·數(shù)學1》第三章“函數(shù)的應用”簡

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 高中數(shù)學 來源: 高中學習網(wǎng)


  在本章,學生將在已學過的函數(shù)概念、指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)的基礎上,結合實際問題,感受運用函數(shù)概念建立模型的過程和方法,體會函數(shù)在數(shù)學和其他學科中的重要性,初步運用函數(shù)思想理解和處理現(xiàn)實生活和社會中的簡單問題.同時還將學習利用函數(shù)的性質(zhì)求方程的近似解,了解函數(shù)的零點與方程根的聯(lián)系.

  一、內(nèi)容與課程學習目標

  本章學習的主要內(nèi)容是函數(shù)與方程(函數(shù)的零點與方程根的關系),函數(shù)模型及其應用。本章學習的目標是:

  1.結合二次函數(shù)的圖象,判斷一元二次方程根的存在性及根的個數(shù),從而了解函數(shù)的零點與方程根的聯(lián)系.

  2.根據(jù)具體函數(shù)的圖象,能夠借助計算器用二分法求相應方程的近似解,了解這種方法是求方程近似解的常用方法.

  3.利用計算工具,比較指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)以及冪函數(shù)間的增長差異;結合實例體會直線上升、指數(shù)爆炸、對數(shù)增長等不同函數(shù)類型增長的含義.

  4.收集一些社會生活中普遍使用的函數(shù)模型(指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)、分段函數(shù)等)的實例,了解函數(shù)模型的廣泛應用.

  二、內(nèi)容安排

  全章共有2節(jié)和一個實習作業(yè),另外還有三個選學內(nèi)容,教學時間約需8課時,大體分配如下(僅供參考):

  3.1 函數(shù)與方程                                           約2課時

  閱讀與思考    中外歷史上的方程求解

  信息技術應用  借助信息技術求方程的近似解

  3.2 函數(shù)模型及其應用                                     約4課時

  信息技術應用  收集數(shù)據(jù)并建立函數(shù)模型

  實習作業(yè)                                                 約1課時

  小結                              約1課時

  本章知識結構如下:

 。1)建立函數(shù)模型解決問題的過程

  

  (2)本章知識安排的前后順序

  

  1.本章的主要內(nèi)容是方程的根與函數(shù)的零點的關系、用二分法求方程的近似解、幾種不同的函數(shù)增長模型、函數(shù)模型的應用舉例.建立實際問題的函數(shù)模型,利用已知函數(shù)模型解決問題,作為一條主線貫穿了全章的始終,而方程的根與函數(shù)的零點的關系、用二分法求方程的近似解,是在建立和運用函數(shù)模型的大背景下展開的.方程的根與函數(shù)的零點的關系、用二分法求方程的近似解中均蘊涵了“函數(shù)與方程的思想”,建立和運用函數(shù)模型中蘊含的“數(shù)學建模思想”,是本章滲透的主要數(shù)學思想.二分法是本章介紹的主要數(shù)學方法.

  2.在初中一元二次方程和一元二次函數(shù)學習的基礎上,教科書通過比較一元二次方程的根與對應的一元二次函數(shù)的圖象和x軸的交點的橫坐標之間的關系,給出了函數(shù)的零點的概念,并揭示了方程的根與對應的函數(shù)的零點之間的關系.然后,通過探究介紹了判斷一個函數(shù)在某個給定區(qū)間存在零點的方法和二分法.并且,教科書在 “用二分法求函數(shù)零點的步驟”中滲透了算法的思想,為學生后續(xù)學習算法內(nèi)容埋下伏筆.

  3.教科書運用選自投資方案和制定獎勵方案兩個問題,引出函數(shù)模型增長情況比較的問題,接著運用信息技術從數(shù)值和圖象兩個角度比較了指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)的增長情況的差異,說明了不同函數(shù)類型增長的含義.

  4.函數(shù)基本模型的應用是本章的重點內(nèi)容之一.教科書分別以行程問題、人口增長問題、商品定價問題、未成年人的生長發(fā)育問題為例,在豐富的實際背景中對不同的變量關系進行了研究,分別介紹了分段函數(shù)、指數(shù)型函數(shù)、二次函數(shù)的應用,在這個過程中滲透了擬合的基本思想.

  三、編寫中考慮的幾個問題

  1.問題取材廣、立意新,以利于增強學生的應用意識

  函數(shù)模型的應用主要圍繞具體問題展開研究,問題的取材與設計是這部分內(nèi)容的關鍵.教科書注意結合不同學生的實際,選擇大多數(shù)學生熟悉的背景,在例題、練習、習題和復習參考題中,針對不同的函數(shù)模型,為學生設計了素材廣泛、內(nèi)容新穎的問題,以利于開闊學生的視野,讓學生從中體會函數(shù)模型應用的廣泛性和重要性.在問題的立意上,教科書從函數(shù)模型的特點出發(fā),從不同的側面提出能激發(fā)興趣的問題.例如行程問題是學生接觸較多的,但要說明速度與時間關系圖中的部分面積的實際含義,對學生來說卻是新穎的;以往學生主要是建立路程、速度、時間的關系式,對建立汽車里程表讀數(shù)與時間的分段函數(shù),卻具有新的挑戰(zhàn)性.又如人口問題涉及我國的基本國策,教科書的例題要求根據(jù)過去一段時間的人口數(shù)據(jù),對何時能達到我國現(xiàn)在的人口數(shù)量進行預測,學生就容易對預測的結果進行評價,這對激發(fā)學生興趣有好處.又如桶裝水的定價問題,將學生置入一個現(xiàn)實環(huán)境中,讓他們以一個經(jīng)營者的身份對身邊簡單的經(jīng)營問題進行決策,這有利于學生自覺地將所學的知識用于解決實際的問題.再如建立身高與體重的函數(shù)模型,由于學生會急于了解自己的身高與體重是否正常,所以能激起他們探求這個函數(shù)模型的欲望,將這一問題的解決過程變?yōu)橹鲃拥奶角筮^程.通過設計一系列這樣的問題,將有利于增強學生的應用意識.

  2.以函數(shù)模型的應用為主線,多視點寬角度地研究問題

  本章除了函數(shù)模型的應用之外,還要介紹函數(shù)與方程的一些關系,以及幾種函數(shù)模型在增長上的差異.教科書在處理上,以函數(shù)模型的應用這一主要內(nèi)容為主線,以幾個重要的函數(shù)模型為對象或工具,將各部分內(nèi)容緊密結合起來,使之成為一個整體.首先依托二次函數(shù)模型,通過研究幾個具體的二次函數(shù)及其相對應的方程,得到方程的根與函數(shù)的零點的關系,然后將此結果化歸為一般的結論.在此基礎上,進一步利用其他函數(shù)模型,研究其對應方程的解,將二分法融入函數(shù)模型的應用之中.對不同函數(shù)模型在增長差異上的研究,教科書依然圍繞函數(shù)模型的應用這一核心,結合具體實例展開討論,讓學生在應用函數(shù)模型的過程中,體驗到指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)等函數(shù)模型在描述客觀世界變化規(guī)律時各自的特點.有了這些鋪墊,再來具體研究函數(shù)模型的應用,在內(nèi)容上層次分明,系統(tǒng)性強,而學生學習的目的也很明確.全章起于函數(shù)模型,終于函數(shù)模型,函數(shù)模型的應用貫穿始終,使看似零散的內(nèi)容渾然一體,從不同的方面對典型的問題,多視點寬角度地進行了研究.

  3.滲透數(shù)學思想方法,關注數(shù)學文化

  本章不僅重視數(shù)學與實際的聯(lián)系,而且還重視數(shù)學思想方法的滲透.本章所涉及的數(shù)學思想方法主要包括:由實際問題抽象為函數(shù)模型這一過程中蘊涵的符號化、模型化的思想;研究函數(shù)與方程關系的過程中蘊涵的函數(shù)與方程的思想;用二分法求方程近似解的過程中解法的程序框圖所蘊涵的算法思想.為體現(xiàn)函數(shù)建模思想在解決問題中的作用,教科書結合具體問題,從運用函數(shù)模型、比較常見函數(shù)模型的特點、介紹典型的函數(shù)模型、建立函數(shù)模型等多個側面全面地作了體現(xiàn).為滲透函數(shù)與方程的思想,教科書一方面對函數(shù)的零點與方程的根進行專門研究,另一方面又在求方程的近似解和函數(shù)模型的應用中注意函數(shù)與方程的聯(lián)系.算法思想雖然是數(shù)學模塊3的內(nèi)容,但考慮到學生學習的螺旋上升、循序漸進的特點,所以在用二分法求方程的近似解時,教科書給出了解法的程序框圖,滲透了算法的思想,同時也為選修系列1中框圖的學習奠定了基礎.

  通過教科書來傳承古今中外先進的數(shù)學文化,介紹數(shù)學的發(fā)展,反映數(shù)學的作用,體現(xiàn)科學的進步,使學生逐步認識數(shù)學的科學價值和人文價值,提高科學文化素養(yǎng),這是本套教科書的一個特色.本章在“閱讀與思考”欄目專門介紹了方程求解在中外歷史上的發(fā)展情況,這不僅給學生認識方程的解提供了更廣闊的空間,同時還讓學生了解到古今中外不少數(shù)學家在方程求解中所取得的成就,特別是可以了解我國古代數(shù)學家對數(shù)學發(fā)展與人類文明的貢獻.本章還在函數(shù)模型的應用實例和實習作業(yè)中,結合教學內(nèi)容不失時機地介紹了馬爾薩斯人口模型和牛頓冷卻模型,將數(shù)學成果的介紹與學生的學習、實踐融為一體,學生通過本章的學習不僅在數(shù)學知識和能力方面可以得到提高,而且還能夠感受到數(shù)學文化的熏陶.

  4.重視信息技術應用

  如何運用信息技術是本章教科書考慮的一個重要問題.信息技術的廣泛應用正在對數(shù)學課程內(nèi)容、數(shù)學教學、數(shù)學學習等方面產(chǎn)生深刻的影響,信息技術工具的使用能為學生的數(shù)學學習和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學習工具.要讓學生較為全面地體會函數(shù)模型的思想,特別是運用函數(shù)模型研究廣泛的社會實際,就會遇到數(shù)據(jù)、圖象等方面處理上的困難.在以往,由于缺乏信息技術的支持,使得象求方程近似解這樣一些更具普遍性的問題的解決寸步難行,象二分法這樣一些重要的數(shù)學方法難以在教科書中呈現(xiàn),函數(shù)的應用問題也常常局限在一些狹小的范圍內(nèi),并且研究的問題陳舊,題目人為編造的痕跡明顯,不能有效地激發(fā)起學生的學習興趣,更不利于學生分析問題解決問題能力的培養(yǎng).在本章中,教科書自始至終都充分運用計算器、計算機、數(shù)據(jù)采集器和傳感器等信息技術工具,并在兩個不同地方設置了“信息技術應用”欄目,不僅使處理復雜的數(shù)據(jù)和圖象成為可能,還使學生運用信息技術解決本章問題更加得心應手.例如,利用信息技術工具,就可以在不同的范圍觀察到指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)和冪函數(shù)的增長差異.這樣,就使學生有機會接觸到一些過去難以接觸到的數(shù)學知識和思想方法,也使教科書在問題的選擇上更具廣泛性,并更接近真實.學生在學習中,自然會感到耳目一新、親切自然,并在利用信息技術解決問題的過程中,提高對數(shù)學學習的興趣,加強對數(shù)學知識的認識,經(jīng)歷更多的數(shù)學建模的過程,增加應用函數(shù)模型的機會.

  5.重視分析、解決問題能力的培養(yǎng)

  比較指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)以及冪函數(shù)間的增長差異,結合實例體會直線上升、指數(shù)爆炸、對數(shù)增長等不同函數(shù)類型增長的含義,是本章的一個重要內(nèi)容.但由于指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)和冪函數(shù)的增長變化復雜,這就使得學生在研究過程中可能遇到困難.為了解決這一難點,教科書分三個步驟,創(chuàng)設問題情景,并通過恰點恰時而又層層遞進的問題串,讓學生在不斷的觀察、思考和探究的過程中,弄清幾個函數(shù)間的增長差異,并培養(yǎng)分析問題解決問題的能力.第一步,教科書先創(chuàng)設了一個選擇投資方案的問題情景,在解決問題的過程中給出了解析式、數(shù)表和圖象三種表示,然后提出了三個思考問題,讓學生一方面從中體會直線上升和指數(shù)爆炸,另一方面也學會如何選擇恰當?shù)谋硎拘问綄栴}進行分析.第二步,教科書又創(chuàng)設了一個選擇公司獎勵模型的問題情景,讓學生在觀察和探究的過程中,體會到對數(shù)增長模型的特點.第三步,教科書提出了三種函數(shù)存在怎樣的增長差異的問題.先讓學生從不同角度觀察指數(shù)函數(shù)和冪函數(shù)的增長圖象,從中體會二者的差異;再通過兩個探究問題,讓學生對冪函數(shù)和對數(shù)函數(shù)的增長差異,以及三種函數(shù)的衰減情況進行自主探究.這樣的安排可以引導學生積極地開展觀察、思考和探究活動,對分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)將有積極的推動.

  四、對教學的幾個建議

  1.注意由淺入深、循序漸進地建立函數(shù)與方程的關系

  對函數(shù)與方程的關系有一個逐步認識的過程,教材遵循了由淺入深、循序漸進的原則.分三步來展開這部分的內(nèi)容.第一步,從學生認為較簡單的一元二次方程與相應的二次函數(shù)入手,由具體到一般,建立一元二次方程的根與相應的二次函數(shù)的零點的聯(lián)系,然后將其推廣到一般方程與相應的函數(shù)的情形.第二步,在用二分法求方程近似解的過程中,通過函數(shù)圖象和性質(zhì)研究方程的解,體現(xiàn)函數(shù)與方程的關系.第三步,在函數(shù)模型的應用過程中,通過建立函數(shù)模型以及模型的求解,更全面地體現(xiàn)函數(shù)與方程的關系逐步建立起函數(shù)與方程的聯(lián)系.

  2.注意函數(shù)與實際問題的聯(lián)系,體現(xiàn)數(shù)學建模的思想

  我們生活在一個充滿變化的多彩世界,其中存在大量問題可以通過體現(xiàn)變量關系的函數(shù)模型得到解決,這就為函數(shù)的應用的教學提供了大量的實際背景.在本章中,實際問題情境貫穿于教科書的始終,無論是對幾種不同增長的函數(shù)模型的研究,還是對函數(shù)模型的應用舉例的學習,都是在解決實際問題的過程中進行的,全章大多數(shù)內(nèi)容都是圍繞實際問題的討論而展開的,反映了函數(shù)與現(xiàn)實之間的關系,能提高學生對函數(shù)是解決現(xiàn)實問題的一種重要數(shù)學模型的認識.

  利用函數(shù)模型解決實際問題是數(shù)學應用的一個重要方面.教材一方面注意讓學生認識常見函數(shù)模型的特點,另一方面還注意選擇貼近學生生活實際的各種問題,引導學生用已學過的函數(shù)模型分析和解決它們,使函數(shù)的學習與實際問題緊密聯(lián)系,并在解決問題的過程中將數(shù)學模型的思想逐步細化,從更高的層面上認識函數(shù)與實際問題的關系.

  3.注意以函數(shù)模型的應用為主線,帶動相關知識的展開

  本章除了函數(shù)模型的應用之外,還要介紹函數(shù)的零點與方程的根的關系,用二分法求方程的近似解,以及幾種不同增長的函數(shù)模型.教科書在處理上,以函數(shù)模型的應用這一內(nèi)容為主線,以幾個重要的函數(shù)模型為對象或工具,將各部分內(nèi)容緊密結合起來,使之成為一個系統(tǒng)的整體.教學中應當注意貫徹教科書的這個意圖,是學生經(jīng)歷函數(shù)模型應用的完整過程。

  4.恰當使用信息技術

  本章的教學中應當充分使用信息技術。實際上,本章的一些內(nèi)容,因為涉及大數(shù)字運算、大量的數(shù)據(jù)處理、超越方程求解以及復雜的函數(shù)作圖,因此如果沒有信息技術的支持,教學是不容易展開的。因此,教學中應當加強信息技術的使用力度。


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