从“2024中考数学”看核心素养:类比推理

文摘   2024-07-18 16:10   上海  

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《义务教育数学课程标准(2022年版)》中指出:“无论是代数问题,还是几何问题,论证的路径大体是一致的,都是基于特殊情况成立的结论,通过归纳(更多用于代数问题)或类比(更多用于几何问题)推断一般情况下类似结论成立。在推断的过程中,研究对象与研究结论在本质上没有发生变化,因此,这样的推断具有传递性,是有逻辑的。对于推断得到的结论,还需要经过数学证明(包括数学计算)的验证,数学证明方法包括三段论、反证法、数学归纳法等,这些方法都具有传递性,是有逻辑的.”

类比推理是指一类事物所具有的某种属性,可以推测与其类似的事物也具有这种属性的一种推理方法.著名数学家波利亚认为“类比就是一种形似”.类比法是一种从特殊到特殊的推理方法,其结论具有或然性,是否正确需要经过严格的证明或者实践检验.类比推理思想在初中数学的新知学习应用中还是比较广泛的:例如,我们可以将学习全等三角形的性质定理的思想方法类比迁移到相似三角形性质定理的学习中,再比如,我们可以将分数的运算法则类比迁移到分式的运算法则中等等


01


基于数学模型进行类比推理

思路点拨:2024甘肃第26题是根据借助数学模型进行类比推理,从而得出新背景下的推论。对于此类问题,其解决路径如下:
①根据已知的模型或给出的相关方法进行数学猜测;
②利用类比推理思想对于先前的猜测进行进一步论证。一般而言,是沿用模型中的辅助线的添线方法进行后续证明;
③运用严谨的数学语言进行演绎推理。
本题问题解决的整体思维路径如下,即本题实际上就是运用了“一线三直角”基本图形,对于第(2)、(3)问中BE、AD、DF之间的数量关系,可以先寻找BE、DE和BD的数量关系,再借助勾股定理进行线段的转化。本题可以在八年级学习完勾股定理后进行综合练习。

本题的第(1)问可以采用如下的思维导图进行解决:

本题的第(2)问中出现了和第(1)相同的图形背景,唯一缺少的就是垂直条件,因此通过作垂线构造全等三角形,从而实现线段的转化。

本题的第(3)问和第(2)问相仿,只是点的位置发生了变化,对于此类问题而言,尽管点的位置发生了变化,但是问题解决的路径还是不变的。


02


基于从特殊到一般的类比推理

思路点拨:2024扬州第28题呈现的是从“特殊到一般”的研究过程,可以通过特殊情况得出线段间的数量关系,继而归纳推广到一般情况。
本题的第(1)问利用等边三角形的性质、直径所对的圆周角是直角以及垂径定理可以进行解决,继而得到AD-BD=CD。

本题的第(2)问保留△ABC为等边三角形的条件,改变了点D的位置。通过归纳猜想,可以尝试证明AD-BD=CD。对于证明线段的和差关系,往往可以采取延长线段或截取相等线段的方式进行证明。因此第(2)问可以延长BD至点E使DE=CD,连接CE,构造全等三角形,从而实现线段的转化。

本题的第(3)问在(2)的前提下应该涉及到分类讨论,即C、D在AB同侧和AB异侧,沿用(2)的方法进行辅助线的添加、全等三角形的构造,实现线段转化。相较于第(2)小题,还需要利用等腰三角形的三线合一和锐角三角比的性质表示线段长度。


03


基于解题方法的类比推理

2024连云港第26题是基于图形的变化进行展开的。问题1和问题2利用旋转和平移运动进行展开,呈现了利用图形变化可以优化问题解决的过程。

问题3沿用了问题问题2的结论和问题1旋转的方法,通过发现点D在以P为圆心,DP为半径的圆上运动,当圆P与AD相切时,∠DAP最大。

问题4根据AC+CD和“BC+CE”是定值,因此先通过对称作出对称点,再根据问题2的添线方式进行转化,要求线段和的最小值,只需要这三点共线即可求得。

04


教学和学习建议

对于以上问题而言,这种类比是根据两个被比较对象的表面形式或结构上的相似所进行的类比.如探索特殊背景下角或线段的数量关系,若借助“发现(构造)全等三角形”的路径,则类比到一般背景下需借助“发现(构造)相似三角形”助力问题解决.借助类比推理,可以发现此类问题情境的解决策略和方法是相通的,但是结论可能会有所不同。


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