新教材——“数轴”的教学与应用

文摘   2024-10-24 20:16   上海  

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“数轴”的引入

学生在小学五年级就学习了数轴,小学中对于数轴的引入源于“数射线”。在学习了整数的分类后,通过向原点的左侧部分延长,因此就可以表示出负数,进而直接给出了“这样的直线就成为数轴”。并给出了数轴的画法,给数轴下了定义:规定了原点、正方向和单位长度的一条直线叫做数轴。

由于原先的“数射线”在数系扩充后,无法表示负数,因此通过反向延长射线成为一条直线后,就可以进一步表示所有整数。

在老教材中,数轴没有单独成章,只是在“分数和除法”和“分数的大小比较”中出现,学生需要学习在数轴上画出分数,此处的注意点如下:①画出数轴;②由分数的分母确定单位长度等分的份数;③由分数的分子确定从0开始自左而右找到对应的分点;④在数轴上标出表示分数的点。如下图所示:

在新教材中,数轴隶属于“1.1有理数的引入”第二节“数轴”中,对于数轴的引入从两个实际问题着手:分别是温度计和“如何在一条直线上表示小海家、小华家和学校的位置”。这个实际操作问题旨在引导学生把一个实际问题抽象成数学直观模型。从画图描述位置,逐步过渡到“用数表示直线上的点”和“用数轴上的点表示数”;再通过与温度计作比较,概括它们的共同点,从而引入数轴概念。

通过这两个实例的引入,旨在初步培养形成模型观念和数形结合的思想。这样的引导方式也对于学生后续学习平面直角坐标系的内容起到举一反三、触类旁通的作用

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“数轴”的应用

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绝对值的几何意义

绝对值的定义如下:数a在数轴上所对应的点到原点的距离叫作数a的绝对值。其中“绝对值”是“距离”这一几何量的代数刻画,需要从几何和代数两个角度理解绝对值。

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有理数减的大小比较

当出现多个有理数需要大小比较时,可以利用数轴进行判断,避免通分或者化为小数的繁琐步骤。需要注意的是,在数轴上表示分数或小数时,需要由分数的分母确定单位长度等分的份数,标在数轴上,并且需要注意的是按照“从小到大”还是“从大到小”的顺序。

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有理数减法的引入

对于有理数的减法,教材的处理方式是将减法转化为加法,但是对于引例

5-(-2)=?,可以借助数轴进行表示,这个算式的几何意义是:求5和-2之间的距离,因此通过将这两个点标在数轴上,即可得到这两个点的距离是7,进而将问题进行化解,更加直观和便于理解。

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具体引例

对于“距离”的刻画,教材和练习册中有三道典型的习题,容易产生混淆和错误,学生在做题时没有注意其“几何意义”,缺少“数形结合”的意识。

问题1:练习册1.2(3)有理数的减法

解法分析:本题相较于教材和其他习题中单纯地“向东走向西走”,计算行走距离或方向而言,思维的含量更高。
首先,本题的阅读量比较大,数据较多,同时需要结合有理数的减法、有理数在数轴上的表示这两个知识点。
本题的第(1)问比较简单,只需要计算乐乐家到超市的距离和方向,即0.6+0.8=1.4km,方向为西,即乐乐向西走了1.4km
本题的第(2)问是将“快乐街”抽象成数轴,将超市、路牌和乐乐家抽象成了数轴上的点。首先需要先算出小海和乐乐的距离:1.4-0.5=0.9km,其次再数轴上标出小海的位置。这里的起始点是乐乐现在的位置,即超市的位置为-0.8,由于两者的距离是0.9,因此结合距离的意义,为“到-0.8距离为0.9的点有两个”,分别在-0.8的两侧,即-0.8-0.9=-1.7,-0.8+0.9=0.1,所以小海在乐乐街的0.1km或-1.7km处

问题2:教材习题1.2练习8

解法分析:本题有两个问题。问题1是求点A和点B的距离。距离是这两数差的绝对值。为了计算方便,一般选择用大数减去小数。
因此点A和点B的距离为:5.2-(-3.1)=8.3
问题2是找一点C,使得点C与点A的距离等于点C与点B的距离。需要分类讨论:若点C在A左侧,则显然AC<BC;若点C在B右侧,则显然BC<AC。这两种情况都不合题意。因此点C在点A和点B中间,由于AB的距离为8.3,因此AC或BC的距离为4.15,但是有很多同学误写了4.15,是将“点表示的数”和“距离”混淆了,有两种计算方法:

除了上述的做法外,我们也可以从“距离”的意义出发,不需要计算AC或BC的距离。不妨设点C表示的数为C,通过列方程求解:

对于本题,我们也可以提出两个变式问题:
问题1:若点C到点B的距离是点C到点A距离的3倍,求点C所对应的数;
问题2:若点C到点A或点B的距离是它到另一个点距离的3倍,求点C所对应的数
解法分析:对于问题1,根据前面的分析,可知C到点A的左侧。可以按照如下的方法得到点C表示的数。

对于问题2,需要分类讨论,即BC=3AC或AC=3BC,除了问题1的这种情况外,还有下面一种情况:

问题3:教材习题1.2练习9

解法分析:对于本题而言,看似是确定点的位置关系。实则是有理数加法法则的应用。
同样需要分类讨论:若点A和点B均为正数,从数的角度看:则C>A+B,从形的角度看,则点c在这两点的右侧;
若点A和点B均为负数,数的角度看:则C<A+B,形的角度看,则点c在这两点的左侧。显然A、B同号是不符合题意的。
若A、B异号,数的角度看:异号相加,和的符号由这两个加数中绝对值较大的那个数决定,并用较大的绝对值减去较小的绝对值,因此这个数的绝对值必然在这两个数之间;从形的角度看,可知点c到原点的距离肯定界于这两数之间,因此c必然在a和b之间。从而得出a和b只要符号相反,即满足一正一负即可
这里会产生的误区是:学生会错误地认为C=0,即A和B互为相反数,这仅是上述情况的一种特例,如-2+1=-1,-1就位于-2和1之间。


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