基于GeoGebra辅助解析汉诺塔问题(2024年七上新教材第四章,填空压轴第15题),兼谈数学实验的重要性,初一系列53

教育   2024-11-10 12:23   广东  
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下面是2024年七上新教材第四章,填空压轴第15题:

(题目的来源不清楚,显然也是一个陈题)


从题意上看,这是一个“实验”,应该有这样的道具,
让学生真正动手去“玩”一下,
才可能得到相应的递推规律(或者通项规律)!



把这样的试题出现在纸质版,对于学生而言确实有点难度!
当然,解决此题的入手方法,基本上只能从特殊到一般的推理。
如果只有1层,需要多少步?
如果有2层,需要多少步?
如果有3层,需要多少步?
……
这样才能去“合情推理”,猜想它们之间的规律。
问题是,在纸质版上,做这样的实验,只能靠草稿纸和画图了!
但是这种需要多次动画的图,纸张上并不好画!
笔者如下的过程,需要对数字极其的敏感,才能发现它们的通项公式的规律!



显然,这个不是好方法,实际上也停留在“猜想”,而没有进行证明!
如何进行推理和证明呢?
某帮上的解析如下:



这个结果,是对的!
但是推导的过程,并不是寻找递推公式,所以方法也可能是误导的!

更关键的是,如果学生没有经历动手做实验的过程,
学生还是不容易看懂!
可参考:
信息技术 | 基于GeoGebra的数学实验——满足特定方程的点的轨迹探究
《开展数学实验 培养创造才能》,兼谈中小学数学实验教学基本目录
用信息技术深度挖掘课程内容——以数学学科为例
而免费强大的GGB,是一个很好的数学实验的工具。
这个汉诺塔的GGB课件,您可能没有时间去制作,
但是官网上免费的很多,笔者下载了一个官长寿老师制作的,
如下图:


这个课件,官网上经常的连不上,出现错误的提示:


笔者把它转存到了国内的镜像网站:
https://ggb123.cn/classic/NBjVeQpr
您可以打开链接试试看!
这样就可以直接做实验了。
下面是笔者的实验过程:
即正确推理如下:(目的是发现递推公式,才是解决此题的本质所在)

后面的这个推理证明,
如果对于高中学生,则是很常见的一阶递推问题:


许多编程软件都以这个汉诺塔问题作为练习。

但是GGB胜在于形象、可视化!

反思1:关于数学实验和数学思维的培养,著名教育家章建跃讲过:
“关键五,以研究一个数学对象(问题)的一般套路为指引,以数学思维过程的基本框架为线索设计教学过程,通过逻辑连贯的问题串引导学生的数学思维活动,使学生掌握数学思维方式。
思维过程的基本框架是:(1)观察与实验,(2)归纳与演绎,(3)比较与分类,(4)分析与综合,(5)抽象与概括。
强调以这一基本框架为线索进行教学设计,目的是使学习过程完整化,让学生有机会完整经历知识的发生发展过程,促使学生运用观察、实验、猜想、运算、推理、验证、数据分析、直观想象等发现和提出问题、分析问题和解决问题。
当前的课堂教学,思维过程不完整是比较普遍的,就是所谓的“掐头去尾烧中段” ,其实质是思维教学不完整,必然导致学生的思维缺陷。例如,学生普遍害怕应用题,本质上是学生在观察、实验、数据分析、直观想象等方面没有得到应有的训练

这一段讲得真好!

而GGB或者网络画板,可能为我们的同学,提供了免费、方便的在线数学实验平台!

推荐老师和同学们使用!

(说明:网络画板也有这样的资源,如边步兴老师制作的:

https://www.netpad.net.cn/resource_web/course/#/509159

但不是免费的。可以在线操作,但不能保存和编辑——由于版权的问题可以理解。而官网上公开的GGB课件基本上是全免费的。

下面是科大讯飞的星火模型给出的GeoGebra在数学教学上的优势:

GeoGebra是一款结合了几何、代数和微积分的动态数学软件,广泛应用于数学教学中。它通过直观的图形界面和强大的计算功能,为学生提供了一个互动的学习环境。以下是GeoGebra在数学教学中的优势:
  1. 可视化与动态交互
  • GeoGebra能够将抽象的数学概念以直观的图形形式展现出来,帮助学生更好地理解和掌握知识点。
  • 通过动态交互,学生可以实时观察参数变化对图形的影响,从而加深对数学原理的理解。
  • 跨学科整合
    • GeoGebra不仅支持几何和代数的教学,还能进行微积分等高级数学内容的演示和探索,有助于培养学生的综合数学素养。
    • 它还可以与其他学科如物理、化学等相结合,实现跨学科的教学和学习。
  • 个性化学习
    • GeoGebra提供了丰富的工具和选项,允许教师根据学生的学习进度和需求定制教学内容。
    • 学生也可以根据自己的兴趣和能力选择不同的学习路径和挑战。
  • 促进探究式学习
    • GeoGebra鼓励学生主动探索和发现数学规律,而不是被动接受知识。
    • 通过实验和模拟,学生可以亲身体验数学原理的应用和验证过程。
  • 提高教学效率
    • GeoGebra的自动化功能可以减少教师在准备和演示教学内容上的时间成本。
    • 它的易用性和灵活性也使得课堂管理更加高效和便捷。
  • 增强学生的参与度和兴趣
    • 通过GeoGebra的互动性和趣味性,学生可以更加积极地参与到数学学习中来。
    • 它可以帮助学生建立对数学的兴趣和信心,从而激发他们的学习动力。
  • 支持远程和混合式教学
    • GeoGebra可以在多种设备和平台上运行,包括电脑、平板和手机,这使得它非常适合远程和混合式教学模式。
    • 教师可以通过在线平台分享GeoGebra文件,让学生在家中或课堂外继续学习和探索。
    综上所述,GeoGebra在数学教学中具有显著的优势,它不仅提高了教学质量和效率,还促进了学生的主动学习和跨学科思维的发展。


    再次借用章建跃教授的结束语作为结尾:















    GeoGebra与数学深度融合
    1,利用神奇软件GeogGebra探索和讲述初高中数学的各种重要解题模型,形象生动的阐述解题思路,变式研究,编制原理;2,探索GeogGebra和数学课程教学的深度融合;3,研究中高考数学综合题的教与学,教育方法,育人理念,教研体会
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