循周期之律 探自學(xué)之道
——通過培養(yǎng)數(shù)學(xué)“小先生”提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力*

冉春蓮

(西安交通大學(xué)蘇州附屬中學(xué) 215028)

《普通高中數(shù)學(xué)課程標準(2017年版)》指出，要提高學(xué)生從數(shù)學(xué)角度發(fā)現(xiàn)和提出問題的能力、分析和解決問題的能力(簡稱“四能”)[1]．主動探究、自主學(xué)習(xí)有助于提高學(xué)生的“四能”．筆者在所帶班級實行陶行知先生倡導(dǎo)的“小先生”制：以波利亞解題法為指導(dǎo)，鼓勵一部分對數(shù)學(xué)感興趣(不一定是成績拔尖)的學(xué)生在老師和同學(xué)的幫助下收集素材，對學(xué)習(xí)資料進行挖掘和二次加工，以期在提高“小先生”個人水平的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍，培養(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)中注意前后聯(lián)系、凡事尋根究底的好習(xí)慣，在培養(yǎng)學(xué)生獨立探究能力的同時，提升學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)．下面以探索周期性為例介紹筆者的做法．

1 引例

在高一剛開始，筆者就給出波利亞的怎樣解題四步曲，鼓勵小先生們從是什么、為什么、怎么用等方面提高其研究數(shù)學(xué)問題的興趣，盡可能地對教學(xué)內(nèi)容進行拓展、挖掘，并且注意積累總結(jié)出的結(jié)論和未解決的疑問．學(xué)生在集合部分對下面的問題(引例)進行了探索：

(3)還有其他的運算也具有周期性嗎？學(xué)生從“運算”出發(fā)，提出了相反數(shù)、倒數(shù)、負倒數(shù)都在周期性循環(huán)，并指出A中恰好是兩對負倒數(shù)——此時大多數(shù)學(xué)生還未學(xué)習(xí)周期性，但是聯(lián)系初中學(xué)過的循環(huán)小數(shù)，學(xué)生很自然地提出循環(huán)．新知識迅速融入已有的知識框架，學(xué)生感覺頗有收獲，體會到不能忽略任何一個知識點．

2 第一次聯(lián)系

例1已知函數(shù)f(x)對任意的x都滿足f(x)-2f(-x)=2x，則f(x)=．

本題通過解方程組求函數(shù)解析式，其核心在于-(-x)=x，從函數(shù)觀點來看，就是函數(shù)f(x)經(jīng)過若干次迭代之后可得到x，由此聯(lián)想到集合部分的引例，提出

改編題的思路非常清晰，但運算量超出學(xué)生的預(yù)料．大多數(shù)學(xué)生產(chǎn)生了畏難情緒．在教師的鼓勵下，小先生們身先士卒，攻克了運算難關(guān)，既提高了自身水平，也在班級樹立了威望．

在解題反思時，學(xué)生發(fā)現(xiàn)解決這類題有規(guī)律性，包括運算過程可以用換元簡化，所謂“為之，則難者亦易矣”．通過建立與已有知識的聯(lián)系，不僅促進了學(xué)生數(shù)學(xué)運算素養(yǎng)的提升，也讓學(xué)生對抽象函數(shù)問題的解決有了更大的信心．

3 第二次聯(lián)系

例2對f(x)定義域內(nèi)任一自變量的值x，若f(x+a)=-f(x)(a>0)，則T=2a．

證明對f(x)定義域內(nèi)任一自變量的值x，f(x+2a)=-f(x+a)=-(-f(x))=f(x)，故T=2a．

通過例2，學(xué)生可以胸有成竹地給出下列結(jié)論：

此時小先生團體已經(jīng)不需要教師提醒而開始主動探索．他們聯(lián)系前面所學(xué)，總結(jié)歸納發(fā)現(xiàn)這一類問題的本質(zhì)是周期，即函數(shù)迭代的周期性，他們提出了兩個問題：

第一，上述結(jié)論的證明過程都很相似，但這些高度近似“復(fù)制粘貼”的證明過程其實是個驗算性說明，為什么這樣形式的函數(shù)迭代之后有周期？

第二，為什么(3)(5)兩個類型的周期一致，并且周期都是(4)(6)的一半？

學(xué)生討論后的初步結(jié)果是：如果考慮函數(shù)f(x+a)=g(f(x))，(3)(5)中函數(shù)g(x)定義域和值域一致，而(4)(6)中函數(shù)g(x)定義域和值域不一致，且(3)(4)和(5)(6)剛好是互為相反數(shù)的關(guān)系．

事實果真如此嗎？作為教師，筆者并沒有直接指出原因，而是讓學(xué)生在這里作好標記，等待后續(xù)的學(xué)習(xí)并驗證．學(xué)生的歸納總結(jié)和追根究底都顯示出他們的數(shù)學(xué)抽象和邏輯推理素養(yǎng)已有提升，而他們未得到滿足的好奇心使得接下來的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)變得更加積極主動，更樂于探索知識之間的聯(lián)系以及數(shù)學(xué)公式的來龍去脈．

4 第三次聯(lián)系

解析 {an}是周期數(shù)列，本題運算并不輕松，但其特殊的形式給了學(xué)生足夠的聯(lián)想空間——三角函數(shù)中有大量的周期性．

學(xué)生開始思考，如何將數(shù)列與三角結(jié)合解決有關(guān)周期性的問題，如：

至此，學(xué)生長久以來懸而未決的疑問基本解決，并開始嘗試用這個方法盡可能多地探索周期性問題．引例在必修一剛開始提出，在選擇性必修二最終解決，問題解決的核心是周期性．初次出現(xiàn)于集合，在求函數(shù)解析式、函數(shù)周期的判斷、數(shù)列周期性均有應(yīng)用，問題的證明則經(jīng)歷了從數(shù)學(xué)運算進行驗證到結(jié)合三角函數(shù)知識進行證明的過程．在這個過程中，小先生制度漸漸在班級扎根，吸引了學(xué)生靠攏和加入，同時也取得了很多成果．

在上述過程中，學(xué)生不止獲得了基礎(chǔ)知識、基本技能，提升了類比推理、歸納推理等數(shù)學(xué)思想和核心素養(yǎng)，更重要的是有扎根于學(xué)生的數(shù)學(xué)活動經(jīng)驗，讓知識、技能和思想方法有跡可循．

5 結(jié)束語

用本班的一位“小先生”的話總結(jié)本文：“我們對這個問題的研究的片段，很奇妙地和很多時候數(shù)學(xué)發(fā)展的過程非常相似：數(shù)學(xué)并不一定都是先證明后使用，反而可能是發(fā)現(xiàn)—猜想—證明—應(yīng)用—再利用—找到根本原理，最后再建立理論體系．盡管某個結(jié)論不一定會一直記得，但其中互相關(guān)聯(lián)的任何一個環(huán)節(jié)都能讓我很快由此及彼確認結(jié)論，而這個思維過程每次回想起來都會令人感到愉悅，感到進步的快樂．”