数学高考与高考解题
陕西师范大学数学系 罗増儒
邮编 710062 电话 029-85308872 Emil :zrluo@snnu.edu.cn
罗增儒(1945—),男,广东惠州人,1962年就读中山大学,毕业后长期当矿山职工和子弟学校教师.现为陕西师范大学数学系教授,课程与教学论(数学)博士生导师,享受国务院的政府特殊津贴,著有《数学解题学引论》、《数学竞赛导论》、《中学数学课例分析》、《怎样解答高考数学题》、《怎样解答中考数学题》、《数学的领悟》、《直觉探索方法》、《零距离数学交流》、《中学数学解题的理论与实践》等书300万字,发表文章300多篇.从1980年开始,几十年如一日研究高考、竞赛的解题与命题,项目《着眼数学素质 服务基础教育——数学高考解题理论的建设》曾获省级优秀教学成果奖,项目《奥林匹克数学学科建设》曾获国家级优秀教学成果奖.
0 数学高考
0.1 数学高考的全程工作
从1977年恢复高考,历史走过了波澜壮阔的30多个春秋,环绕着高考工作的文化积累正在考试学、人才学和数学等维度形成学术成果.我期待着数学高考学的诞生.数学高考的全程工作有4个基本问题:
(1)掌握数学知识问题 —— 怎样复习.(教育学) (2)提高解题能力问题 —— 怎样解题.(数学) (3)运用考试技术问题 —— 怎样答题.(考试学) (4)科学填报志愿问题 —— 怎样选择.(运筹学)
其中,最核心的是解题,搞好复习是为解题积聚力量,运用考试技术是为解题作充分的发挥,分段得分技术是解题策略的运用.解题能力是数学高考的核心竞争力.
0.2 数学高考命题的风格
高考命题一直在“稳中求进,稳中求变、稳中求新”,探索 公平选拔、为素质教育服务的道路,已形成了一些稳定性的风格和值得注意的导向.
(1)在全面考查“基础知识、基本技能、基本方法”的基础上,更突出数学思想方法的考查,突出数学与现实生活的联系.
全面覆盖了中学数学教材中的理科15个、文科13个知识模块,知识点的覆盖面达60%(约涉及70~80个知识点);同时,试卷突出学科的核心内容,集合与函数、立体几何、解析几何、数列、不等式、导数的应用等重点内容在试卷中占有较高的比例,整体结构合理,也达到了必要的考查深度;此外,在模块单一型试题为主体的基础上还会进行知识之间的交叉、渗透和综合.
试卷在全面覆盖基础知识的同时,会注重能力的考查,特别是逻辑思维能力,运算能力和空间想象能力.至于实践能力和创新意识方面则是努力体现.(五个能力)
在数学思想方法方面,七个基本数学思想在试卷中都会涉及,其中,函数与方程的数学思想方法、数形结合的数学思想方法、化归与转化的数学思想方法会体现得较为突出.中学阶段基本数学思想方法主要“有用字母表示数的基本思想方法”,“集合与对应的基本思想方法”,以及
●函数与方程的基本数学思想.(通过函数题,综合题)
●数形结合的基本数学思想.(通过函数题,解析几何综合题,构造图形等) ●分类与整合的基本数学思想.(通过综合题,排列组合题,参数讨论题) ●化归与转化的基本数学思想.(通过综合题) ●特殊与一般的基本数学思想.(通过综合题) ●有限与无限的基本数学思想.(通过极限、微积分函数题) ●或然与必然的基本数学思想.(通过概率、统计题)
主要解题方法(待定系数法、换元法、配方法、反证法、代入法、消元法、数学归纳法)会有不同程度的体现.
(2)在主体上考查中学数学的同时,会体现进一步学习高等数学的需要.特别是一些有挑战性的压轴题,尤其各省独立命题之后,更是“注重理论数学,检测考生后继学习的潜能”(有人看到了高考与竞赛的相互渗透).
(3)新课程理念的渗透.虽然新世纪课程改革刚刚起步(高中教材才开始试用),但其三维目标和十个基本理念会开始渗透(课程改革改到哪里,高考改革也改到哪里).如,命题范围拓展了,出现人文关怀,体现“情感、态度、价值观”课程目标.
(4)在命题技术上,可以看到:
错误!未找到引用源。以教材为依据,又不拘泥于教材. 错误!未找到引用源。在知识交汇处设计命题.
错误!未找到引用源。能力立意.改变了过去的知识立意.
错误!未找到引用源。减少题量,降低难度,增加学生分析思考的时间. 错误!未找到引用源。对三类题型设计了两个从易到难的三个小高潮. 错误!未找到引用源。变小量难题把关为全卷把关.
错误!未找到引用源。试题切入容易深入难(阶梯题). 错误!未找到引用源。避免死记硬背的内容和繁琐的运算(试卷提供难记易忘的公式). 错误!未找到引用源。文理分卷,难度有区别(姐妹题).
0.3 数学高考复习的组织工作
(1)指导思想
(2)高考复课的阶段安排 (3)数学复习题的编拟
(4)数学模拟考试的组织与讲评 (5)数学高考临场的策略
0.4 数学高考的研究工作
(1)高考数学的特征 (2)数学高考解题的特点 (3)数学高考选择题的求解 (4)数学高考填空题的求解 (5)数学高考解答题的求解
(6)数学高考解题的错误分析(解对了也会有策略性错误) (7)高考数学命题的研究 (8)数学高考试卷的构成 (9)数学高考的题型
(10)数学高考设问的研究
(11)数学高考难度的研究 (12)数学高考赋分的研究 (13)??
0.5 高考临场的基本建议
(1)保持内紧外松的临战状态.
(2)使用适应高考的答题策略. (3)运用应对选拔的考试技术. 高考答题的技术 ●提前进入角色. ●迅速摸清“题情”. ●执行“三个循环”.
●做到“四先四后”. ●答题“一慢一快”.
●立足中下题目,力争高上水平. ●立足一次成功,重视复查环节. ●内紧外松.
0.6高考填报志愿. ●升学优先. ●就业优先. ●专业优先. ●成本优先.
●地区优先. ●几项兼顾. ●家长决定.
1 解答高考数学题的必要基础 1-1 明确解题过程
1-1-1 数学解题的一般程序 (波利亚:《怎样解题》)
?弄清题意
主要是弄清条件是什么?结论是什么?各有几个?如何建立条件与结论之间的逻辑联系? 例1 已知三个方程
x2?mx?4?0, x?2?m?1?x?16?0,
2x2?2mx?3m?10?0中至少有一个方程有实根,求实数m的取值范围.
解法1 若正面求解,三个方程至少有一个方程有实根,将出现7种可能,情况复杂,但其反面则只有一种情况:三个方程都没有实根,问题变得极为简单.有
??1?m2?4?4??m?4??m?4??0,?2? ??2?4?m?1??4?16?4?m?5??m?3??0,
?2??4m?4?3m?10??4?m?5??m?2??0,3????4?m?4,?即 ??3?m?5,
??2?m?5,?得 ?2?m?4.
再求补集,得三个方程至少有一个方程有实根时实数m的取值范围为
(??,?2]?[4,??).
评析 这个解法思路是可行的,答案是正确的,但由“7种可能,情况复杂”,得出“正面求解,情况复杂”却是认识的封闭和逻辑的混乱.“三个方程至少有一个方程有实根时实数m的取值范围”就是三个集合
A1??m:?1?m2?4?4?0?, A2?m:?2?4?m?1??4?16?0,
?2?A3??m:?3?4m2?4?3m?10??0?,的并集,其求解并不比解法1复杂.
解法2 “三个方程至少有一个方程有实根”就是第一个方程有实根、或第二个方程有实根、或第三个方程有实根,得
?1?m2?4?4?0?m2?或4?m , ① 4?或 ?2?4?m?1??4?16?0?m??3或m?5, ② 或 ?3?4m?4?3m?10??0?m??2或m?5, ③
2求①、②、③的并集,可得三个方程至少有一个方程有实根时实数m的取值范围为
(??,?2]?[4,??).
评析 由上面的两个解法可以看到
(1)问题表征影响解题方向与解题长度.将“三个方程至少有一个方程有实根”表征为7种可能:某个方程有实根3种可能、某两个方程有实根3种可能、三个方程都有实根1种可能,接下来还有7种情况的合并,书写量确实较大;解法1只看到这一思路“情况复杂”,没有看透复杂的原因,其提出的“反面求解”思路虽然可行,但未必就比“正面求解”的解法2平坦;所以,我们从这三个思路中看到了问题表征对解题方向与解题长度的影响.
(2)知识影响解题.其实,由集合运算的性质A1?A2?A3?A1?A2?A3知,解法1与解法2是等价的,解法1的作者要是调动起了这一知识,就不至于对“正面求解”一概得出消极的结论.
(3)反思有助于理解. 如果对列举“7种可能”的思路作反思就会看到,这种先分后合的步骤,其实已使得后4种情况的书写成为简单重复或多余回路;同样,如果对解法1作反思,也有机会发现“反面求解”其实有“正面求解”的等价思路.
例2 满足条件{1,2}?M?{1,2,3}的所有集合M的个数是
(A)1
(B)2 (C)3 (D)4
审题:M是{1,2,3}的子集,3?M,得
(1)正面:{1,2,3}中含有3的子集个数. (2)反面:{1,2,3}中不含3的子集个数.
?拟定计划
探索解题思路的发现过程,波利亚的建议是分两步走: ●努力在已知与未知之间找出直接的联系(模式识别等); ●如果找不出直接的联系,就对原来的问题作出某些必要的变更或修改,引进辅助问题,为此,波利亚又进一步建议:看着未知数,回到定义去,重新表述问题,考虑相关问题,分解或重新组合,特殊化,一般化,类比等,积极诱发念头,努力变化问题.这实际上是阐述和应用解题策略,并进行资源的提取与分配,基础是“过去的经验和已有的知识”.
?实现计划,
是思路打通之后具体实施信息资源的逻辑配置. ?回顾
“回顾”是最容易被忽视的阶段.波利亚解题表中的“回顾”并不完全是常规解题中的“检验”(正确性的保证,解题的必要步骤),主要是有分析地领会所得的解法,它包含着把“问题及其解法”(认知)作为对象进行自觉反思的元认知意图.
●在内容上,弄清用到了哪些知识?哪些方法?
●在组织上,弄清先用 哪些知识(方法)?后用 哪些知识(方法)?哪个与哪个作了配合?组成一个怎样的逻辑结构?(临场可能就来不及回顾了)
1-1-2 数学解题的信息过程
(1)有用捕捉.即通过观察从理解题意中捕捉有用的信息,主要是弄清条件是什么?结论是什么?各有几个?如何建立条件与结论之间的逻辑联系?捕捉有用的符号信息和形象信息.知识经验是有用捕捉的基础.
(2)有关提取.即在“有用捕捉”的刺激下,通过联想而从解题者头脑中提取出解题依据与解题方法.良好的认知构结和机智的策略选择是连续提取、不断捕捉的基础.
(3)有效组合.将上述两组信息资源,加工配置成一个和谐的逻辑结构.逻辑思维能力是有效组合的基础.其基本要求应能说服自己、说服朋友、说服论敌.
图1
例3 [1993.(23)]设f?x??4?2xx?1x
4-2x+1(x≥0),则f?1?x?= .
①
解说 从题目中可得两个信息:
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