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高中数学教学中的故事

2017-01-02  发布者:胡丽斌  浏览数( -)

        教学是一个师生交流的过程。交流的载体是多种多样的,在高中数学教学过程中,抽象的逻辑分析与严谨的计算法则之外,如果能给学生讲一点数学是如何源自生产生活实际的话,相信对学生是会有吸引力的。顾建民老师分享的《高中数学教学中的故事》在这个方面给了我们一个很好的示范。





高中数学教学中的故事

数学源于生活,应用于生活,在高中数学教学中,就有很多生活中的问题转变来的数学问题,如果教师能利用好这些问题,既能使学生掌握知识,又能提高学生学习数学的兴趣,同时使学生明确数学的用处和伟大。

在高中数学实际应用问题的教学中,为了加强学生把生活问题建立成数学模型的能力,我引出了这样一个故事:

沿着俄国和波兰的边界,有一条长长的布格河。这条河流经俄国的古城康尼斯堡——它就是今天俄罗斯西北边界城市加里宁格勒。

布格河横贯康尼斯堡城区,它有两条支流,一条称新河,另一条叫旧河,两河在城中心会合后,成为一条主流,叫做大河。在新旧两河与大河之间,夹着一块岛形地带,这里是城市的繁华地区。全城分为北、东、南、岛四个区,各区之间共有七座桥梁联系着。

人们长期生活在河畔、岛上,来往于七桥之间。有人提出这样一个问题:能不能一次走遍所有的七座桥,而每座桥只准经过一次?问题提出后,很多人对此很感兴趣,纷纷进行试验,但在相当长的时间里,始终未能解决。最后,人们只好把这个问题向俄国科学院院士欧拉提出,请他帮助解决。

公元1737年,欧拉接到了“七桥问题”,当时他三十岁。他心里想:先试试看吧。他从中间的岛区出发,经过一号桥到达北区,又从二号桥回到岛区,过四号桥进入东区,再经五号桥到达南区,然后过六号桥回到岛区。现在,只剩下三号和七号两座桥没有通过了。显然,从岛区要过三号桥,只有先过一号、二号或四号桥,但这三座桥都走过了。这种走法宣告失败。欧拉又换了一种走法,还是不行。欧拉连试了好几种走法都不行,这问题可真不简单!他算了一下,走法很多,共有7×6×5×4×3×2×1=5040(种)。

好家伙,这样一种方法,一种方法试下去,要试到哪一天,才能得出答案呢?他想:不能这样呆笨地试下去,得想别的方法。

聪明的欧拉终于想出一个巧妙的办法。他用A代表岛区、B、C、D分别代表北、东、西三区,并用曲线弧或直线段表示七座桥,这样一来,七座桥的问题,就转变为数学分支“图论”中的一个一笔画问题,即能不能一笔头不重复地画出上面的这个图形。

欧拉集中精力研究了这个图形,发现中间每经过一点,总有画到那一点的一条线和从那一点画出来的一条线。这就是说,除起点和终点以外,经过中间各点的线必然是偶数。像上面这个图,因为是一个封闭的曲线,因此,经过所有点的线都必须是偶数才行。而这个图中,经过A点的线有五条,经过B、C、D三点的线都是三条,没有一个是偶数,从而说明,无论从那一点出发,最后总有一条线没有画到,也就是有一座桥没有走到。欧拉终于证明了,要想一次不重复地走完七座桥,那是不可能的。天才的欧拉只用了一步证明,就概括了5040种不同的走法,从这里我们可以看到,数学的威力多么大!

这个故事看起来简单,讲起来也不会耗费太多时间,但却可以通过这个实际问题,使学生理解生活和数学之间的转化,对于建立高中数学模型起到不可低估的作用。

在进行指数函数的教学中,为了帮助学生研究指数函数的单调性,图象变化趋势,我引出了这样的故事:

传说西塔发明了国际象棋而使国王十分高兴,他决定要重赏西塔,西塔说:“我不要你的重赏 ,陛下,只要你在我的棋盘上赏一些麦子就行了。在棋盘的第1个格子里放1粒,在第2个格子里放2粒,在第3个格子里放4粒,在第4个格子里放8粒,依此类推,以后每一个格子里放的麦粒数都是前一个格子里放的麦粒数的2倍,直到放满第64个格子就行了”。区区小数,几粒麦子,这有何难,“来人”,国王令人如数付给西塔。

计数麦粒的工作开始了,第一格内放1粒,第二格内放2粒第三格内放2’粒,…还没有到第二十格,一袋麦子已经空了。一袋又一袋的麦子被扛到国王面前来。但是,麦粒数一格接一格飞快增长着,国王很快就看出,即便拿出全国的粮食,也兑现不了他对西塔的诺言。

原来,所需麦粒总数为: =18446744073709551615

这些麦子究竟有多少?打个比方,如果造一个仓库来放这些麦子,仓库高4公尺,宽10公尺,那么仓库的长度就等于地球到太阳的距离的两倍。而要生产这么多的麦子,全世界要两千年。尽管国家非常富有,但要这样多的麦子他是怎么也拿不出来的。这么一来,国王就欠了西塔好大一笔债。

通过这样一个故事,可以很生动地使学生认识到指数函数先慢后快的变化趋势,这样得出的结论,不说一辈子忘不掉,至少高中这三年可以牢记。

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