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原创 2017-05-10 高邮赞化 段广猛 广猛文摘 广猛文摘
不定期分享一些本人原创文章、说题短文或者专家系列讲座，主要对象针对初中学生，尤其是初三学生，对于解题研究展开系列探究！ 全国大咖，云集学堂，特级正高，齐聚一堂，首先真心地感谢各位嘉宾的到来，谢谢！我是来自江苏省扬州市高邮市赞化学校的段广猛，小地方，小老师！本人不才，今天借着草根学堂平台这个好机会，更多的是抱着学习的态度来的，望各位大咖、各位老师能指教一二！ 今天的讲座选题大多来自本人平时的教学，因而有些题目可能比较眼熟！另外，鄙人准备的东西较多，估计要放“连续剧”了，今天的第一集能讲多少就讲多少，我会尽可能慢地等待大家的思考与交流！ 一点说明：下面的讲座内容，因为基本上都来源于本人发布于微信公众号上的文章，因为有的文字表达针对的对象可能会是学生等，比如出现一些“同学们”等字眼，请海涵！另外，还有可能会提及本人的相关作品名称，有兴趣的可以去公众号查阅，谢谢！   直奔主题，今天我要讲的话题是《思想决定高度——论初中生几种常见的数学解题策略与方法》，共分三个板块： 板块一：抓不变量，以不变应万变的解题策略（主要以等腰、相似、平四等最基本的问题入手）； 板块二：转化与化归思想之“斜化直”策略（主要以所谓“改斜归正”大法及三角形面积问题之“宽高公式”等问题入手）； 板块三：轨迹思想（主要以一些“轨迹直线、圆”及所谓“瓜豆原理”等问题入手）！ 引子：于特谈整体法与因果法 先以偶像于新华大师讲题为引，引出吾所谓“思想决定高度”之说法，以此抬升本次讲座的质量！于特谈“利用几何图形的确定性分析与因果分析法解题”： 题1：如图1，在△AOB中，∠AOB=90°，AO=3，BO=6，将△AOB绕顶点O逆时针旋转到△处，此时线段与BO的交点E恰为BO的中点，求线段的长度.  于特布道：考虑图形的确定性，这是在很大范围里的思考方法；只要教师坚持训练，往往也是学生最容易想到的思考方法. 无论是这题，还是接下来的题2，都可以思考利用图形的确定性来寻找到有效的解题思路； 对于这个图形，聚焦思考△A'OE，如图1-1所示，你就会发现，OA'长已知，∠A'大小确定，OE也已知，因此△A'EO可解，从而解出A'E长，由此即可求出B'E.  现在的问题是，长期以来，由于极大多数教师自身不具备这种思考方法，因此学生也缺少这种思考方法. 题2：如图2，抛物线y=ax(x-6)（a<>  于特布道：考虑图形的确定性，两种解答问题的方法都会极其自然地浮出水面； 既然点B的横、纵坐标相等，那不用说，肯定要连结OB辅助线再作进一步思考，如图2-1所示；  在这种情况下，第一种思考方法是：△AOB中，∠B的大小确定，∠AOB的大小也确定，OA长已知，△AOB满足“AAS”，说明此时△AOB已经确定，一定可解，从而问题解决； 不清楚大家能够理解这种思考方法吗？数学解题，往往先“大势感知”，而后再“具体操作”，教师在对学生讲解时，一定要讲解出这样的味道！ 什么叫尊重人的认知规律？先“大势感知”，而后再“具体操作”，这种讲解，就是尊重人的认知规律！打一个简单比方，对于一个三角形来说，如果已知“边角边”了，那么你说，这个三角形的形状乃至大小确定了没有？当然确定了！ 这种感知过程与“SAS的全等判定定理”有何相关呢？是有相关，但感知在前，定理在后！即使不学那个定理，这个感知与认可的过程，学生也是具备的. 事实上，我在教学“三角形全等判定定理”时，往往就是先从感知，即体会图形的确定与变化过程，感知提出可能的判定方法，然后再逐个进行教学，并体会不同判定方法之间的逻辑关系.也正因为具备了这种思考方法，从未学习过“勾股定理”的学生虽然不知道“勾股定理”结论，但他却会很自然地提出问题，即对于一个直角三角形来说，如果两条直角边已知，那么斜边必可求，由此，学生独立地提出了一个非常有价值的问题！ 然而在我们的实际教学中，可悲的是什么呢？可悲的是，这里没有“提出问题”的过程，往往要么是教师直接告知学生的结论，然后证明这个结论；要么就是通过“伪探究”的情境，假装经历了发现勾股定理的过程！哎，至少我个人的体会，这是让人痛心疾首的！ 从大道理讲，学生的创新意识从何而来？我想，学生首先要学会提出问题，感知问题的存在过程！ 再讲这道题的第2种思考方法：其实下面这种思考方法也是极其自然的，对于高手来说，依据这样的过程，可以口算，当然这其中也有令当下教学一线苦恼的地方. 有两种初中生应该具备的思考问题的方法，我粗略地归纳并命名为“整体法”与“因果法”：对于利用几何性质巧妙构图而解决问题的方法，我称之为“整体法”；对于顺藤摸瓜，依据图形的确定性，逐步破解的解决问题的方法，我称之“因果法”. 个人认为，如果教师长期一直坚持将“整体法”与“因果法”并举教学的话，那么对于学生来说，这种想法也是极其自然并且作用极大的。 如图2-1，考虑点O处的几个角，你会发现，∠AOB的大小是确定的（45°），∠BOD的大小也是确定的（正切值为1/4），因此理论上，∠AOD的大小必可求； 当然我们教师会急急忙忙地说，这里想得通，但做不下去.但我要说的是，你做不下去，不代表就没有解法.事实上，这本身就是一个非常值得研究、也非常有趣的专题.教师要有这样的钻研精神：既然问题是合理的，我为什么不想方设法去解决呢？ 事实上，这里无论采用“矩形大法”或者其他如“一线三等角”的方法，都可以求解出来.而对于我来说，这里的解答可以做到口算.因为45°是一个神奇的特殊角，蕴含许多神奇特殊的性质.  有人看到这样的情境，往往就会产生反感情绪，认为这涉及到高中知识.我想，这样的情绪是要不得的.作为一名教师，你对数学知识没有好奇心，没有欣赏的情感，又如何培养学生的探究习惯与学习数学兴趣呢？其实上述结论的证明几乎是显然的，图2-2给出了“无字证明”.  另外，对数学有兴趣的人，你就会发现，刚刚这个小结论，非常有意思.意思在什么地方呢？  如此一想，对于tan∠DOB=1/4而言，那么另一个分数自然就是tan∠DOA=3/5了！ 在图2-1中，既然∠DOA的正切值为3/5，那么∠BAO的正切值是多少呢？当然是5/3了. 再回归到前面对三角形确定性的感知过程：在△AOB中，∠AOB的大小已知，∠BAO的大小也已知，OA长是已知的，因此△AOB满足“ASA”，即这个三角形是确定的，从而这个三角形一定可解. 具体如何解呢？请记住“哪里有比例，哪里就有巧设”！给大家看一个图形，如图2-3所示，下面就什么也不要解释了.  所以我想说：感受图形的确定性，解三角形的知识功底以及比例巧设的意识，……，这些都是一名数学教师重要的基本功，也应该是传授给学生的重要解题思想方法与策略. 【导师卜特】江苏卜以楼：“思维的自然性与思维的内存是成正关联的！” 上面是于新华大师在群里给教师普及的一些重要的解题思想与策略，其中至少有两点让人“余味无穷”，一是“确定性思想”，二是“因果分析法”！本人斗胆在前期的一篇作品中将之取名为“基于确定性思想的因果关系分析法”，并且在平时的一线教学中也确实经常给学生提及，收效还是比较显著的！这些最基本的解题思想与策略应该是我们平时教学中应该渗透的重点与难点，这是有效避开学生就题论题而成为“解题工具”的重要方式与方法，思想决定高度，只有真正教会学生或者学生真正学会每道题目的数学思想方法，真正解到题目中去了，我想我们的解题教学才是真正好的教学了，以求真正做到“解一题、会一类、通一片”！ “确定性”与“构造法”补充资料 首先，提出一个小建议：对下面的补充材料暂时不要起抵触心理，有老师可能第一反应就是高中的知识，是的，知识与结论可能是高中的，但我想说方法是初中的，用初中搞定知识解决高中的内容，为什么不可以呢？当然，若是教给学生确实要考虑教授的对象，得考虑学生的接受能力，本人在课堂上也确实没有提及过这些内容，只针对部分优等学生一起玩了玩下面的方法！教学上，各位老师都是我的前辈，我就是个小菜鸟！后面会引出几个本人教学实际中学生遇到的相关题目，大家会有所收获的！ 有的时候，在一些综合计算题中，学生若用“确地性思想”去分析问题时，就很有可能会碰到这么一个简单但又不知如何下手的问题，即有两个确定的角，想要去求这两个角之和或之差的三角函数值！ 基本类型一（已知两角的三角函数值，求这两个角之和的三角函数值）： 值得一提的是，这里的“斜置”边长其实都不需要计算的； 我这里算出来，大家可以看的更清楚，“斜”边全部提供比例，这也是一种极其重要的重要的“斜化直”思想； 当然大家最好思考一个问题，这里如何设边长，注意这里的“直边长”都是整数！ “哪里有分母，哪里有巧设”！“哪里有比例，哪里有巧设”！ 基本类型二（已知两角的三角函数值，求这两个角之差的三角函数值）： 【活跃】湖北刘光杰：“背靠背，改方向！” 这个问题可以经过如下巧妙的处理：tanα=tan[（α+β）-β]，这样问题变为了基本类型情形二，下略； 此外，我们还可能遇到这样的情境，已知一个锐角的三角函数值，求其半角或者二倍角的锐角三角函数值，前者可简称为“由倍到半”的过程，后者可简称为“由半到倍”的过程！这个专题在本人作品《用“倍半角”模型解题事半功倍》中已详细介绍过，有兴趣的同学可拿来再复习巩固下！ 在《用“倍半角”模型解题事半功倍》一文中，我们就知道“由倍到半”的过程极其简单，既然如此简单，也没必要去探究其他的处理通法了！这儿我想表达的是“目标决定方向”，既然已经有一个简单的不能再简单的通解通法能处理相关问题了，那去探究其他解法反而是多此一举，可能还会将问题搞得更复杂，没这个必要去耗时耗力不讨好！ 但是“由半到倍”相对而言麻烦些，还有设元，勾股计算，其实也不是太麻烦，详见上述作品！其实我们今天介绍的“矩形大法”也可以搞定这个稍显复杂的“由半到倍”的过程，而且计算简洁，直接口算，无需设元，且去瞅瞅： 我想说这里的构造方法高中学生会吗？应该不会吧，这个方法还是初中的方法啊！只不过用初中的方法解决了高中的公式或问题而已，为什么要排斥呢？！再说，我们数学探究的情怀哪去了，难道真的仅仅是为了那一张“中考卷”在学数学嘛？做数学、学数学得有接受美、审视美、欣赏美的情怀与态度！至少在我看来，这里的构造真的很美！ 上午监考，下午阅卷，晚上讲座！说来也巧，今天学生的模拟试卷上有几道题跟我今天讲的主题有些关联，现摘录一道出来，大家可以先思考下！ 有一道网格求三角函数题，本人思考后，觉得非常有趣，大家可以想一想： 引题1（网格求三角函数）：如图所示的方格纸中，每个小正方形的边长为1，其中有三个格点A、B、C，则sin∠ABC= . 借助“确定性思想”，很明显∠ABC是确定的，既然是确定的，一定是可解的，下面看我如何玩转“网格题”； 解法一（从边的角度看“确定性”，等面积法）： 方格里有两个东西肯定可求，一是格点多边形的面积（矩形框图大法）；二是任意两格点之间的距离； 这就自然引出了此类方格中求三角函数的通解通法如下： 第一步：连接AC，求△ABC的面积； 第二步：作高线，构造直角三角形求三角函数值； 解法二（直接法，利用网格构造直角三角形，结合相似比求三角函数值）： 第一步：如图，在网格中找到点D，连接AD交BC于点G，则易知AD⊥BC，构造出Rt△ABG，只要求出AG即可； 如下图所示构图： 解法四（平移思想，矩形大法，本质上做到了“两格点问题”转化为“三格点问题”）： 在解法二中，锁定Rt△ABG去计算sin∠ABC的值，这里点G不是格点，导致了计算的繁琐，笔者突发奇想，能不能通过平移等手段，将之转化为三格点问题，于是有了下面的趣法： 值得一提的是，这里最终的网格不画出来也已经解决了原问题，也就是通过另外的矩形构造大法解决了问题； 但我的初衷是想把原来的“两格点问题”转化为“三格点问题”，这里通过巧妙的处理最终真的实现了这个转化，趣味性十足； 并且在还原网格的过程中，我体会到了原来“巧设”技巧放在网格中处理其实目的就是将非格点问题转化为了格点问题，真是越来越有趣了！ 简析：（1）利用二次函数顶点公式易知m=-1，故二次函数的解析式为y＝-x^2＋2x＋3，且点A、B的坐标分别为（-1，0）、（3，0），不再详述； （2）点P（0，t）（t<> 第一步：画出符合题意的草图，如图2所示； 第二步：分析草图2会发现隐藏着一个等腰Rt△PQE，“见等腰直角三角形，造K字型全等”，如图3所示，注意这里的PF=QR=-t>0，再利用“平移公式”得点E的坐标为（-t，t+5）； 第三步：“有点即代入”，将点E的坐标代入抛物线得t+5＝-（-t）^2＋2（-t）＋3，解得t=-1或-2，又因为t<> （3）这是一个有关角的存在性问题，可以采用“抓不变量”的审题策略结合“确定性思想”去认真读读题目、理解题意：与∠DAE相关的三个点A、D、E都是确定的，因此∠DAE也是一个确定的角，“既然是确定的，一定是可解的”，∠DAE的三角函数值一定可求；这样与其相等的∠MCB的大小也是随之确定的，而与∠MCB相关的两个点C、B都是确定的点，现在需要寻找的就是第三个点M，它也一定是确定的，肯定可解； 用这些“确定性思想”去分析问题，结合“不变的背景（或框架）”去寻找符合题意的目标，这种最基本也是最自然的分析方式值得同学们用心学习并加以运用； 回到本问的解答中，主要分以下几步，看我如何“庖丁解牛”： 第一步：如图4所示，什么事也不干，就先按题目要求连接AD、AE，然后去认真分析∠DAE，想办法求出其三角函数值，解出此角； 相不相信，∠DAE所在的△DAE会是一个特殊的三角形，很有可能是直角三角形额，如图5那样； 做数学题就是需要大胆而心细，大胆地去猜，但又不是毫无依据地瞎猜；细心地去推理证明刚刚的猜想，“瞎想与遐想”有时候真的很重要，这是一种重要的数学感性意识； 第二步：验证△DAE是个直角三角形，进而得到∠DAE的三角函数值，如tan∠DAE； 多数同学第一反应都会用勾股定理去验证△DAE是个直角三角形，这不失为一种好方法，但三个边长均属于“斜”边长，计算稍显麻烦，下面笔者采用另一种解法去验证△DAE是个直角三角形，而且顺带求出tan∠DAE； 前文我们有提过“见直角三角形，造K字型相似”，这里我们变通为“证直角三角形，造K字型相似”，如图6所示，依托于△DAE的各顶点作“水平—竖直辅助线”得Rt△DGE及Rt△EHA，若能证明这两个确定的直角三角形相似，则就能通过导角得到∠DEA为直角； 事实上，这两个直角三角形都是等腰直角三角形，可以通过普适地“相似法”导角得直角∠DEA，也可以抓住这里的“特殊性”，即∠DEG=∠AEH=45°轻松得到∠DEA为直角，且无论是通过相似还是通过求边都可导出tan∠DAE=1/3； 有趣的是，这里是通过构造“K字型”相似来证明直角三角形，另外有时候若需要证明等腰直角三角形的话，也可以通过构造“K字型全等”辅助线来完成，是一种重要的思路方法； 第三步：确定tan∠DAE=1/3后，与之相等的∠MCB的大小也就随之确定了，接下来就要依托确定的边CB先画出符合题意的∠MCB，很明显符合条件的点M有两个，如图7所示，这里存在两种情况，希望同学们一下子就要想到，这样的几何直观极其重要； 接下来就是分别去求找到的点M了，目标既然已经确定，那就要坚定方向，矢志不渝地去集中全力去思考，下面看笔者如何“玩转任意角”独步天下，这一点其实在本人作品《广猛说题系列之由一道月考题谈通性通法与特事特办、由玩转45度到玩转任意角》中曾重点提及过，有兴趣的同学可拿来温故一下； 第四步：前面已经得到tan∠M1CB=1/3，如图8所示，依托这个确定的∠M1CB，过已知点B作BN⊥CM1交CM1于点N，构造出Rt△BCN； 值得一提的是，这里将已知点B作成直角顶点，值得同学们关注，这样构造才能真正实现口算，是构造直角三角形这一步的精髓所在； 第五步：造出确定的Rt△BCN后，“见直角三角形，造K字型相似”再次发挥用武之地，如图9所示，易知Rt△BCG∽Rt△NBH，且其相似比为3，这里tan∠M1CB=1/3提供的就是所需相似比，从而得N（2，-1）； 然后利用点C、N两点坐标求出直线CM1的解析式，再与抛物线联立解方程组求交点坐标，即可求出所要寻找的第一个点M1的坐标，不再详述； 有趣的是，这里的直角三角形不是已知、也不是所求，而是依托于题目中已经确定的某个角构造出来的，笔者称这个过程为“玩转任意（确定）角”，瞧，很有趣吧！ 第六步：Once again（再来一遍）！如图10所示，先依托确定的∠M2CB，过已知点B作BN⊥CM2交CM2于点N，构造出Rt△BCN； “见直角三角形，造K字型相似”，如图10，易知Rt△BCO∽Rt△NBG，且其相似比为3，这里tan∠M2CB=1/3提供的就是所需相似比，从而得N（4，1）； 然后利用点C、N两点坐标求出直线CM2的解析式，再与抛物线联立解方程组求交点坐标，即可求出所要寻找的第二个点M2的坐标，不再详述； “玩转任意（确定）角”独步天下也并非浪得虚名啊！ 至此本题已经得到完美解答，笔者通过直角三角形，包括已知直角三角形、证明直角三角形甚至于先构造出直角三角形，让“K字型”基本图形遍地生花，也期盼在同学们心里结满了果！另，同学们若练成“玩转任意（确定）角”之功夫，就可以独步天下、笑傲江湖啦！ 对于最后一问，笔者不甘就此停笔，继续反思后，又寻到一种通解通法，而且正符合一些解题高手数学探究情怀的味口，现介绍如下，基础不够扎实的同学“慎读”： 如图11所示，由前面的分析tan∠BCM=1/3知∠BCM是确定的，又易知∠BCO=45°也是确定的，从而这两个角的和∠OCN2与差∠OCN1也是确定的，既然是确定的，肯定是可解的，只要能求出tan∠OCN2与tan∠OCN1的值即可轻松求出相应的CM的解析式，从而解决问题； 问题就在于怎么求tan∠OCN2与tan∠OCN1的值呢？这正是上面我摘录的两个基本类型所能解决的拿手好戏啊，下面笔者另起炉灶处理解决； 【传说】义乌刘俊勇：“矩形大法+增量巧设！” 【传说】江苏于新华：“但一线教师通常喜欢根据抛物线的解析式设点的坐标，那样的解法往往显得不够简洁！” 【传说】江阴顾维明：“能用几何手段解决的，就不要用代数手段，这也是函数的本质，数形结合！” 两角和与差的构造，有趣吧！这里我们用初中人人都能看懂的构造法，解决了高中学生所能掌握的公式，仁者见仁智者见智，好与不好在于学生，对于能接受的学生并且能运用于平时的解题中，这肯定是大好事，因为有的时候，我们用最自然的“确定性思想”思考问题时，很容易遇到这些“障碍”，掌握了今天的构造法，你就可以轻松扫除障碍，掌握不了还可以去寻找其他方法，多一种工具、多一种方法，何乐而不为！ 为了满足大家的探究“胃口”，下面再提供一种由两角和的构造法结合对称性进而得到两角差的构造之法，增加构造的趣味性与数学味： 一切尽在图18与图19中，这也是传说中的“无字证明”！只要最后将目光锁定在Rt△CHN’中，tan∠HCN’=1/3即为所要构造的两个角之差，不再详述！ 【吐槽】安徽蚌埠陈耀忠：“我觉得学习段老师，不仅是学习解题方法，更重要的是从中学习治学的态度，研究的精神，从中找到数学研究的基本思路——将问题转化为熟悉的对象再处理！” 思想决定高度！平时的教学我也经常给学生说这句话，站在怎样的思想高度去审视问题，就会有怎样的认知！站得高才能望的远！ 数学解题思想方法有很多，本次讲座主要涉及四种常见的解题策略：确定性思想、抓不变量、转化之斜化直思想、轨迹思想.这四种解题思想方法与策略，如果学生能够熟练掌握并应用之，初中阶段很多所谓难题将不再那么神秘！作为教师，平时教学，也一定不能就题论题，讲解题目应该讲到题目中去，说到题目中的思想方法深处！每道题目都有自己的“灵魂”，如何引导学生抓住题目的“灵魂”，即思想方法等，是我们教师应该一直要反思的问题！ 最后一句话送给大家：思想的方向与深度，决定人生的高度！思想决定高度，学识决定厚度！ 感谢大家的莅临指导，小段祝各位生活愉快！ （第一集完！后续敬请期待！） 敬请各位朋友关注本人公众号，若能帮忙宣传，则不胜感激，旨在服务于更多的学子还有更多喜欢钻研的同仁们！ 点赞是一种美德，打赏是一种认可
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