直覺證明數(shù)學探究性學習的一種有效方法

1、“直覺+證明”數(shù)學探究性學習的一種有效方法朱成杰數(shù)學工作室學員趙 偉人們認識事物是一個復(fù)雜的過程，需要經(jīng)歷若干階段才能逐漸透 過現(xiàn)象認識事物的本質(zhì)，認識的最初階段只能根據(jù)已有的部分事實及 結(jié)果，運用某種判斷推理的思維方法，對某類現(xiàn)象提出一種推測性看 法，這種推測性看法就是直覺。數(shù)學直覺就是依據(jù)某些已知的事實和 數(shù)學知識，對未知量及其關(guān)系作出的一種似真判斷。直覺思維如同邏輯思維與形象思維一樣，是人類的基本思維形式。同時直覺思維也是數(shù)學思維的重要內(nèi)容之一，如歐氏幾何的建立就充分體現(xiàn)了 “依據(jù)直覺建立理論”的古希臘精神，把幾何學公理看 作是不證自明的事實，是古希臘哲學家、科學家共有的直覺觀念。同 樣

2、，人們正是基于直覺認為歐幾里得的第五公設(shè)敘述冗長，并且在整個幾何原本中僅使用一次，因此懷疑第五公設(shè)可以從其他命題邏 輯地推導(dǎo)出來，但經(jīng)過無數(shù)人的努力都以失敗告終。意大利教士、教 授薩凱里，憑借直覺考慮圖-1中的四邊形abCd, /a=/b=90°,且 AD=BC,對于/C和/D的大小，從邏輯上考慮共有三種假設(shè)可選擇:A型 _ IB（1） /C和/D是直角（直角假設(shè)）；（2） /C和/D是銳角（銳角假設(shè)）；（3） /C和/D是鈍角（鈍角假設(shè)）。在直角假設(shè)下得到的就是歐氏幾何。薩凱里在銳角的假設(shè)下曾經(jīng) 推導(dǎo)出一系列有價值的定理（不同于歐氏幾何的一種全新的幾何定 理），由于薩凱里不敢越“雷

3、池一步”，他失去了發(fā)現(xiàn)新的幾何的機會。年輕的俄國數(shù)學家羅巴切夫斯基則在銳角假設(shè)下大膽地提出了羅氏平行公理，從而創(chuàng)立了羅氏幾何。德國數(shù)學家黎曼則從鈍角假設(shè)出發(fā)建立了黎曼幾何。可見， 沒有大膽的直覺行為就不會產(chǎn)生羅氏幾何和黎曼幾何。同樣， 直覺思維在數(shù)學學習中起著重要的作用。兒童喜歡通過直覺提出問題，并運用已有的知識和判斷對問題提出推測性的看法，教師只要及時引導(dǎo)學生進一步尋求嚴格的邏輯證明，就可以達到進行數(shù)學探究性學習之目的。可見， 培養(yǎng)兒童的直覺思維能力也是數(shù)學教育的一項重要內(nèi)容，以“直覺證明”的形式開展數(shù)學探究性學習，對全面提高學生數(shù)學思維品質(zhì)和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神是極其重要的。一、直覺是開展數(shù)

4、學探究活動的切入點1 、直覺思維符合學生的思維習慣學生的思維想象豐富、自由度大，他們不受各種已有的條款、框框束縛，敢于向?qū)＜?、?quán)威人士、教科書提出質(zhì)疑。具體表現(xiàn)在：一方面，學生對新事物有著強烈的好奇心，喜歡展開無邊無際的想象；另一方面，由于學生的知識結(jié)構(gòu)存在缺陷，只具備初步的邏輯思維能力， 有時他們能模糊地感覺到數(shù)學問題的某種關(guān)系，但又說不清道不明。學生思維的這些特點正好與直覺思維的普遍性、模糊性相適應(yīng)，數(shù)學教學就要抓住這個有利時機，對學生進行直覺思維能力的培養(yǎng)，并根據(jù)不同的學習材料有意識地誘發(fā)其直覺意識，訓(xùn)練其直覺思維的方法， 使學生養(yǎng)成 “直覺證明”的言必有理、言必有據(jù)的思維習慣。2、直覺

5、是開展數(shù)學探究活動的切入點問題是數(shù)學的心臟，是數(shù)學探究活動的切入點，是數(shù)學不斷向前 發(fā)展的原動力。當代認知心理學理論認為：學習是主體主動的意義建構(gòu)，是主體在頭腦里建立和發(fā)展認知結(jié)構(gòu)的過程。直覺思維是在建構(gòu)活動中，主體的數(shù)學認知結(jié)構(gòu)對當前面臨的新知識、新問題進行的預(yù)測性的重組、 整合的過程，它使外部知識與內(nèi)部創(chuàng)造的不平衡達到暫時的平衡。如果數(shù)學探究活動中缺少了直覺，數(shù)學材料就不能形成主體的心理意義，從而造成意義建構(gòu)失敗，所以，直覺是開展數(shù)學探究活動的切入點。直覺是提出問題的原動力。二、培養(yǎng)直覺思維就是培養(yǎng)兒童的創(chuàng)新精神直覺思維和邏輯思維都能獲得新知識，但邏輯思維只能在不超出前提知識的條件下得到一

6、系列結(jié)論，他往往受到傳統(tǒng)思維方式的左右，在遇到需要突破傳統(tǒng)觀念的課題時，就顯得無能為力。而直覺思維具有反常規(guī)的獨創(chuàng)性，具有突破傳統(tǒng)思路的開拓性。直覺思維是一種合情推理。數(shù)學教學必須注重知識的發(fā)生過程，體現(xiàn)學生的主體性，讓學生感受再創(chuàng)造的樂趣，教學中必須滲透“直覺證明”的發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的科學思維。問題一 直角坐標系中，橫、縱坐標都是整數(shù)的點稱為整點，請設(shè)計一種方法，將所有的整點染色，每一整點染成白色、紅色、 黑色，使得： (1)每一種顏色的點出現(xiàn)在無窮多條平行于縱軸的直線上；(2)對于任意的白點A、紅點B、黑點C,總可以找到一個黑點 D,使ABCD為一個平行四邊形，證明你設(shè)計的方法符合上述要

7、求。課堂上氣氛活躍，學生們紛紛議論，動手比劃，認為染黑色的點應(yīng)盡可能地分布廣些，同時要使任意白、黑、紅三點不共線，聯(lián)系平行四邊形具有中心對稱的特點，學生從特殊位置入手，設(shè)計出了多種符合要求的方案：把在X軸正半軸上的整點（包括原點）染成紅色，X 軸負半軸上的整點染成白色，其余各點染成黑色。就能滿足題意。問題二 如圖-2, BP=CQ, A為線段BC外一動點，且/BAP=/是什么三角形？試證明你的結(jié)論ACAQ,問BC很多學生憑借直覺就能猜測 ABC是等腰三角形，AB=AC。在大力培養(yǎng)創(chuàng)新精神的今天，培養(yǎng)學生的直覺思維就顯得尤為重要，因為直覺思維可使得學生智力得到發(fā)展， 尤其是觀察力、想象力、創(chuàng)造性

8、思維能力得到迅速提高。但要注意兩種現(xiàn)象：（1）直覺不可能完全正確，有可能導(dǎo)致錯誤結(jié)論，因此，由直覺導(dǎo)出的結(jié)論要通過邏 輯證明才能進一步肯定其正確性；（2）不能以直覺代替嚴格的邏輯證 明。例如在學習三角形面積公式S=1absinC時，讓學生探索如下問題 2（由著名的蝴蝶定理改編），如圖-3 一個圓內(nèi)有三條弦 AB、CD、EF 交于圓內(nèi)一點O, DE與CF截AB于G、H,如果O平分AB,試問 。點是否平分GH?并證明你的結(jié)論。學生憑借直覺，紛紛猜測點O應(yīng)是線段 GH的中點。老師進一步設(shè)問，能否肯定點 O 就是中點，試對你的猜想加以證明？經(jīng)過15分鐘的分組討論以后，奇跡發(fā)生了，一個小組的同學舉手交流

9、，借助面積公式和相交弦定理，可以這樣推出結(jié)論：設(shè)AFHO的面積為Si ,綃GO的面積為S2, 3HO的面積為S3, 正GO的面積為S,。根據(jù)同一圓中同弧或等弧所對的圓周角相等，又可得出 / FCO=/DEO(=）,/CFO=/EDO（二）,由對頂角相等有/FOH= / GOE(=/ DOG= / COH(=c 1-§ FH FOsin2gOH-c 1 八 -OF sin , S2 DO DG sin21 - DO OGsin , 2_1 -G CH CO sin2；H。CO sinc 1 一一 .,S4EG EOsin21一-OG OEsin ,再 2利用恒等式:SiS2（對于同一三角形的面積位于分子與分母采用不同的表達式）FH FOsinDO GOsinDG DO sinCO HO sinCH CO sin GO OEsin .=1EG EOsin HO FO sinGO2 FH CH 1 至 空衛(wèi)G。根據(jù)相交弦定理，又有:HO2 EG DG HO2 FH CHEG DG AG BG, FH CH AH BH ;這樣:2GOEG DG AG BG (AO GO)(BO GO)HO2 FH CH AH B