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类比分数的知识学分式

2012-02-25 14:37阅读:
“运算”是代数研究的重点内容之一:选定一个“算子”即运算对象,然后制定对它的“算法”,最后寻找有助于简便运算的“算律”。
小学的自然数、分数、小数,初中的单项式、多项式、分式乃至方程其实都是算子,搞清它们的意义、基本性质之后,立刻转向研究它们的算法和算律(解方程其实就是方程的“运算”)。
算子、算法的扩充又有规矩(“固本原则”):新算子要包容旧算子(如整数是特殊分数)、新算法要包容旧算法(如整数与小数的算法一致)——这固本原则源于化归化基本思想方法(化新为旧)。
通览《分式》一章,所运用的数学思想就是化归:分式不过是加了点新东西的分数,分式算法不过比分数算法稍微繁一点;只要熟悉分数及其算法,就可类推出分式及其算法——但要注意类推过程中的逻辑严谨性。
从叶澜提倡的结构化教学方法角度看,上述类推意味着:小学“学结构”(分数的知识结构、解决分数问题的方法结构),初中“用结构”(自主运用分数的知识和方法结构探究并解决分式问题)。
一、分数的意义与性质-→分式的意义与性质
我们可以先问学生:“什么叫分数呀?对分数有哪些规定呀?”然后由少到多地把数字改为字母,再问:“可以把它们称为什么呀?该对它作哪些规定呀?”最后让大家反思、小结、化归:由于任何字母不过代表某个数,因此分式在意义上不过就是分数(但不是确定的某个分数,而是分数的某一“类”),而且同样不能让分母为零。
再让学生自己回顾分数的基本性质,并据此类推出分式的基本性质:同样的,分子与分母同乘(除)一个非零多项式,所得分式与原分式相等。
二、分数算法-→分式算法
本节不再谈教法,只介绍算法的类推。
分式算法都可从分数算法类推出来,教材正是这样做的:
乘、除法法则,第29页说“分式……乘法和除法……与分数的乘、除法类似”;乘方法则,第32页以(4/3)n为例类推;同底幂除法法则,第36-37页以230/220为例类推;加、减法法则
,第45页、47页分别说同(异)分母分式加减与同(异)分母分数加减“类似”。
至于分式方程解法,虽不是类推而得,但还是贯彻了化归化思想:将其化归为学过的一元一次方程。
三、可否插入演绎法推出某些运算法则?
类推即“类比推理”,属于“合情推理”,优点是直观、快捷,缺点是不严谨、没有必然性;严谨而有必然性的推理是演绎推理。既然数学是培养演绎推理能力的最好学科,那么可否也用用演绎法来推出某些运算法则呢?比如:
既然分数乘方法则可从乘方定义和分数乘法法则演绎推出,那分式乘方法则也可从乘方定义和分式乘法法则演绎推出,即(x/y)n=(x/y)(x/y)……(x/y)=xx……x/yy……y=xn/yn;同理,同底幂除法法则也可从分式乘方定义演绎推出,即am/an=an· am-n/an= am-n(m>n)。
四、注意:a0=1和a-n=1/an是“规定”而不是演绎推出的
几年前,我发现连几位中学骨干教师都认为a0=1是演绎推出的:因为am=am,所以am/am=1,而根据同底幂除法法则,am/am= am-m= a0,所以a0=1。
其实错了:同底幂除法法则am/an= am-n的前提条件是m、n都是正整数且m>n,所以am/am= am-m=a0的推理过程没有依据。
请仔细读读教材第38页的说法,并特别注意我标成的黑体字:“如果想把公式①推广到m=n的情形,那么就会有am/am= am-m=a0。这启发我们规定a0=1(a≠0)。”
同样的,教材第39页说:“如果想把公式①推广到m<n的情形,那么就会有a-n=a0-n= a0/an=1/an。这启发我们规定a-n= 1/an(a≠0,n是正整数)。”
为何要强调它们是规定的?原因有二:第一,教师的逻辑思维应该很严谨,不能没规矩地乱“推”;第二,这种“规定”做法正体现了公理化思想(源于逻辑化基本思想),在任何数学公理体系中,总有一些概念和原理是人为规定的“原始概念”、“原始命题”,它们是演绎推出一系列定理、公式的基石——但它们本身并不能用任何东西演绎推出。
那么是否可以乱规定?不可!这些规定必须遵守一个原则即“固本原则”,它必须不违反已知的数学事实、必须保护已有数学体系的一贯性。所以教材才说“这启发”——什么启发,就是已有数学事实、已有数学知识体系给出的启发。

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