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​教学研讨|5.1.1变化率问题(2019版新教材)

   概念是反映事物本质属性的思维形式,具有抽象性、概括性的特征,导数是瞬时变化率的数学表达,它高度抽象,为使学生初步理解导数的内涵与思想,应以体现导数本质的典型丰富的变化率问题为载体,以导数概念及其反映的思想方法为指引,引导学生展开观察、分析各实例的属性的数学活动,并挖掘其中蕴含的重要思想方法,进而析出各实例中蕴含的导数的本质属性。教材安排了高台跳水运动员的速度、抛物线的切线的斜率两个实例,借助信息技术工具展现由平均变化率过渡到瞬时变化率的完整过程,得到导数概念的雏形,为抽象概括出导数的概念奠定基础。需要特别指出的是,速度问题、曲线切线的斜率问题也是导数概念产生过程中的两个最为经典的案例




研讨素材一




一、教材分析

教材截图

(考虑到研讨时部分教师未带有2019版课本,这里对教材截个图)

教材分析:  

1.问题1的展开过程分析

问题1的核心是解决“探究”中提出的问题,即“如何描述运动员从起跳到入水的过程中运动的快慢程度”.

(1)从平均速度到瞬时速度

首先把整个运动时间段分成许多小段,用运动员在每段时间内的平均速度可近似地描述他的运动状态.教材分别计算了运动员在时间段0≤t≤0.5,1≤t≤2,t1≤t≤t2内的平均速度,这样就可以近似地认为运动员在这些时间段内按各时间段内的平均速度做匀速直线运动.

接着,教材通过思考栏目提出问题,让学生计算运动员在时间段

内的平均速度,并发现用平均速度近似描述高台跳水运动员在这段时间内的运动状态会出现的问题,在这段时间内,运动员的平均速度为0,但运动员几乎一直处于运动状态,从而引起了认知冲突,要化解这个冲突,就自然地引出了瞬时速度,通过上述过程学生可以初步体会研究瞬时速度的必要性.

(2)细致地探究运动员在t=1s时的瞬时速度,感悟解决问题的思想与方法

教材基于学生已有的认知基础,尤其是基于在研究平均速度时,用平均速度近似地描述运动员的运动状态的过程与方法,首先从联系的角度对求瞬时速度的思想方法进行引导:“瞬时速度与平均速度有什么关系?你能利用这种关系求运动员在t=1s时的瞬时速度吗?”从而启发学生得到解决t=1s时的瞬时速度的思路与方法:“设运动员在t。时刻附近某一时间段内的平均速度是

,可以想象,如果不断缩短这一时间段的长度,那么
将越来越趋近于运动员在t。时刻的瞬时速度”.

接着,利用上述思路展开研究过程,在研究过程中需要注意两点:一是,在t=1s之后或之前,任意取一个时刻1+△t,研究运动员在1与1+△t之间的平均速度

,体现用“运动变化的观点”研究问题的微积分重要思想;二是,从数值和解析式两个维度,观察平均速度
的变化趋势,并注意适当使用信息技术工具,得到运动员在t=1s时的瞬时速度,使学生初步体会极限思想与方法。

(3)求更多时刻的瞬时速度,进一步感受解决问题的思想与方法

在完成求高台跳水运动员在t=1s时的瞬时速度全过程后,教材要求学生模仿解决问题的过程和方法,独立解决运动员在其他时刻的瞬时速度,如t=2s时的瞬时速度,使他们对解决问题的思想和方法以及极限思想有更多的感受,也为学生发现在解决运动员的瞬时速度问题中蕴含的规律进一步奠定基础.

(4)从感性到理性,提升对解决问题的思想与方法的认识

从特殊到一般,利用上述同样的思想方法求运动员在任意时刻t。时的瞬时速度,获得瞬时速度的一般形式化表示,实现从感性具体到理性具体,提升了学生对解决问题的思想与方法的认识.。

通过上述详尽“解剖麻雀”的过程,让学生较为充分地经历由平均速度过渡到瞬时速度的过程,初步体会其中蕴含的导数的内涵和思想,并多次体会其中的极限思想。

2.对问题1的两点说明

第一,应充分引导学生经历解决问题的全过程,并在解决问题的关键点上加强思想方法的引导,主要包括“运动变化的观点”“极限思想与方法”等,只有这样学生对导数的内涵和思想才能有所感悟,进而为抽象概括出导数的概念奠定基础;

第二,在列表计算运动员在1与1+△t之间的平均速度

时,应充分使用计算工具,计算出较多平均速度
的值,以帮助学生观察出平均速度
的变化趋势。

3.问题2的展开过程分析

在问题2中,教材以学生熟知的特殊曲线(拋物线

)为对象,研究其在特殊点P0(1,1)处的切线及其斜率.与解决问题1的过程与方法类似,问题2再次让学生在“运动变化的观点”“极限思想与方法”的引导下,经历由割线斜率过渡到切线斜率的完整过程,进一步体会其中蕴含的导数的内涵和思想,进一步体会极限思想.

(1)拋物线

在点P0(1,1)处的切线

教材首先提出问题:“如果一条直线与一个圆只有一个公共点,那么这条直线与这个圆相切。对于一般的曲线C,如何定义它的切线咜?下面我们以拋物线

为例进行研究”.教学中应引导学生观察直线x=1与抛物线
只相交于一点P0(1,1),并根据直觉,得到直线x=1不是抛物线
在点P0(1,1)处的切线,这样自然地引人研究抛物线
的切线的课题.

接着,教材引导学生类比研究高台跳水运动员的瞬时速度的过程与方法来研究拋物线的切线问题:“与研究瞬时速度类似,为了研究拋物线

在点P0(1,1)处的切线,我们通常在点P0(1,1)的附近任取一点
,考察抛物线
的割线P0P的变化情况.'进而利用图形直观,观察割线P0P的变化趋势,得到割线P0P无限趋近于一个确定的位置,这个确定位置的直线就是抛物线
在点P0(1,1)处的切线.

教学中应注意充分利用信息技术工具,帮助学生从图形上直观观察,当点P无限趋近于点P0时,割线P0P无限趋近于一个确定的位置.

(2)抛物线

在点P0(1,1)处切线的斜率

教材从切线的定义出发,利用抛物线

在点P0(1,1)处的切线P0T的斜率与割线P0P的斜率的内在联系,通过用割线斜率近似表示切线斜率,以及极限的思想方法,从数值解析式两个维度,观察割线斜率的变化趋势,得到切线的斜率。

(3)对问题2教学方式的建议

由于拋物线

在点P0(1,1)处的切线是全新的概念,所以教学中教师应进行适当引导,学生才能开展有效的探究活动.本部分内容的教学宜采用教师引导与学生自主探究相结合的方式进行.

对于拋物线

在点P0(1,1)处切线的斜率,教师可以放手让学生类比研究问题1的过程与方法独立探索解决.

4.对“思考'的说明

本小节的最后设置了一个思考栏目,意在让学生跳出高台跳水运动的实际背景,直接利用函数

的图象,认识平均速度
,瞬时速度v(1)的几何意义,得到平均速度
是抛物线
上连接点(1,h(1)),
的割线的斜率,瞬时速度v(1)是拋物线h(t)在点(1,h(1))处的切线的斜率.这个思考栏目也为后续给出导数的几何意义作了铺垫.

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