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一元二次方程:从历史到课堂|一元二次方程题100道

发布时间:2019-01-23 04:17:54 影响了:

  数学史对于数学教育的价值早在19世纪就已经引起西方数学家、数学史家和数学教育家们的关注,1972年,数学史与数学教学关系网际研究小组(简称HeM)成立,使得数学史与数学教育关系成为数学教育中的一个研究领域,自此,人们对于数学史的作用进行了更为广泛的探讨。
  英国数学史家John Fauvel总结了应用数学史于数学教学的各种理由如下:(1)增加学生的学习动机;(2)改变学生的数学观;(3)因为知道并非只有他们自己有困难,因而会感到安慰;(4)使数学不那么可怕;(5)有助于保持对数学的兴趣;(6)给予数学以人文的一面;(7)有助于解释数学在社会中的作用;(8)有助于发展多元文化进路;(9)历史发展有助于安排课程内容顺序;(10)告诉学生概念如何发展,有助于他们对概念的理解;(11)通过古今方法的对比,确立现代方法的价值;(12)提供探究的机会;(13)过去的发展障碍有助于解释今天学生的学习困难;(14)鼓励优秀生看得更远;(15)提供跨学科合作的机会,因此,正如John Fauvel和flVanMannen所指出的那样,“对于数学史引入数学教学的研究,乃是数学教学研究的重要组成部分。
  HPM成立以来,特别是20世纪80年代以来,许多数学教育家、数学教师对于数学史在数学课堂上的具体运用作了许多探索和尝试,John FauveL总结了数学史的各种用法如下:(1)介绍历史上数学家的故事;(2)运用历史引入新概念;(3)促使学生理解,为他们所学概念提供解答的历史问题;(4)讲授数学史课;(5)利用历史卜的数学教材设计课堂练习和作业;(6)举办历史主题的展览;(7)运用历史上的典型例子来说明方法和技术;(8)探索过去的错误、另类观点以帮助今天的学习者理解并解决困难;(9)借鉴历史设计一个话题的教学方法;(10)基于历史信息进行课程的整体设计。
  国外学者、教师运用数学史于数学教学的一些具体案例,能为我们的教师提供借鉴,给他们一些启发,在有关知识点的教学设计中增加一个历史的视角,本文介绍L.Rad-ford和G.Gu6rette关于一元二次方程的一种教学设计,该设计借鉴了古代巴比伦人的一元二次方程的几何解法。
  大英博物馆藏巴比伦泥版BMl3901上有如下问题:“正方形面积与边长之和为3/4求边长,解法:“置投影(projec-tion)l,半之,得1/2和1/2构成矩形,将1/4与3/4相加,得1,从中减去1/2,即得边长为1/2”(分数为今天的写法)数学史家Hyrup认为,巴比伦人上述解法的依据乃是图1所示的几何图形,将置于正方形一边上的长为l、宽与正方形边长相等的长方形按虚线剪开,剪下的一半置于正方形的另一边,然后补一个边长为1/2的小正方形,即得一大正方形,其面积为3/4+1/4=1,边长为1。减去1/2,即得所求正方形的边长。
  
  类似地,耶鲁大学所藏巴比伦泥版YBC6967上的一个问题相当于说,已知两数乘积为60,它们的差为7,求这两个数,以今天的记数法来表示,解法如下:取7的一半,得3又1/2,自乘,得12又1/4;与60相加,得72;,开方,得8又1/2,记下8有1/2,分别减去和加上8又1/2,得一数为5,另一数为12,所用几何方法如图2所示。
   
  1.几何方法之引入
  先让学生分组合作,用任何方法解下面的问题
  问题1 已知矩形的半周长为20,面积为96求矩形的长和宽,
  在学生完成之后,教师在黑板上用硬纸板介绍几何方法如下(图4):(1)取边长为10的正方形,其面积为100;(2)割去面积为4的正方形(边长为2),余下的面积为96;(3)按虚线剪去小矩形(长为8,宽为2);(4)将小矩形竖直放置在右侧
  
  于是,所求的矩形长为12,宽为8,
  接着,教师让学生用几何方法解类似的问题:“已知矩形的半周长为12,面积为30求矩形的长和宽,”注意,此时应割去的小正方形边长为无理数,让学生书面总结解这类问题的一般步骤。
   
  2.合作讨论与提出问题
  分组讨论解上述问题的步骤、出现矛盾的情形,每组选一名代表向其他组介绍自己所在组的讨论结果,接着,教师让学生自己提出类似问题,分别要求:(1)所求矩形的长和宽为整数;(2)所求矩形的长和宽不能为整数。
  
  3.新的矩形问题
  教师提出新的问题
  问题2矩形的长为10,宽未知,在矩形一边放一正方形。如图5所示已知矩形和正方形面积之和为39,问矩形的宽为多少?
  让学生用解问题l的方法来解本题,若学生不能完成,教师用硬纸板演示新的解法(图5):(1)将原矩形沿竖直方向分割成两半;(2)其中一半粘到正方形的底边;(3)在右下角补一个边长为5的小正方形,于是,整个正方形的面积为39+25=64,从而得边长为8因此。x+5=8,x=3,
  接着,教师让学生解类似的问题,并书面总结解这类问题的一般步骤。
  
  4.合作讨论与提出问题
  
  分组讨论解上述问题的步骤,每组选一名代表向其他组介绍自己所在组的讨论结果,然后,教师让学生自己提出类似问题,分别要求:(1)矩形的长和宽为整数;(2)矩形的长和宽为分数;(3)矩形的长和宽为无理数。
  
  5.求根公式的再发现
  教师提问:根据前面总结的解题步骤,能否找到一般公式,直接求得问题2以及类似问题的解呢?引导学生用字母6表示问题2中矩形的长,c表示矩形和正方形的面积之和,分组讨论矩形宽的计算公式:

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