數(shù)學(xué)4(必修)的內(nèi)容包括三角函數(shù)、平面向量、三角恒等變換。
三角函數(shù)是描述周期現(xiàn)象的重要數(shù)學(xué)模型,在數(shù)學(xué)和其他領(lǐng)域中具有重要的作用。這是學(xué)生在高中階段學(xué)習(xí)的最后一個基本初等函數(shù)。向量是近代數(shù)學(xué)中重要和基本的數(shù)學(xué)概念之一,它是溝通代數(shù)、幾何與三角函數(shù)的一種工具,有著極其豐富的實(shí)際背景,在數(shù)學(xué)和物理中都有廣泛的應(yīng)用。三角恒等變換在數(shù)學(xué)中有一定的應(yīng)用。
全書共需36課時,具體分配如下:
第一章 三角函數(shù) 16課時
第二章 平面向量 12課時
第三章 三角恒等變換 8課時
一、本模塊的地位作用
通過本模塊的學(xué)習(xí),學(xué)生將在如下一些方面得到提高。
1.加深對數(shù)學(xué)與實(shí)踐關(guān)系的認(rèn)識。
三角函數(shù)、向量都是刻畫現(xiàn)實(shí)世界某些現(xiàn)象的重要數(shù)學(xué)模型。周期變化現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)中大量存在,如音樂的旋律、波浪、晝夜的交替、潮汐、鐘擺的運(yùn)動、交流電等,這些現(xiàn)象都可以用三角函數(shù)來描述。實(shí)際上,三角函數(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展與解決具有周期性變化規(guī)律的問題的需要密切相關(guān)。力、速度、位移等也是實(shí)際生活中所常見的,它們是向量的實(shí)際背景,也是向量描述的對象。因此,三角函數(shù)、向量的學(xué)習(xí)能使學(xué)生加深認(rèn)識數(shù)學(xué)與實(shí)踐的緊密聯(lián)系,通過用三角函數(shù)、向量解決實(shí)際問題的實(shí)踐體會數(shù)學(xué)的作用和價(jià)值,學(xué)習(xí)用數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)看待和處理日常生活以及其他學(xué)科的問題的方法。
2.認(rèn)識數(shù)學(xué)內(nèi)容的聯(lián)系性,學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)研究的方法。
三角函數(shù)與數(shù)學(xué)1中的函數(shù)概念有著特殊與一般的關(guān)系,三角函數(shù)的研究以一般函數(shù)概念及其研究方法為指導(dǎo),同時三角函數(shù)的學(xué)習(xí)可以加深對函數(shù)概念的理解。三角函數(shù)及其性質(zhì)與圓及其性質(zhì)有著直接的聯(lián)系,三角函數(shù)的研究很好地體現(xiàn)了數(shù)形結(jié)合思想。在三角函數(shù)的研究中,借助單位圓進(jìn)行幾何直觀是非常重要的手段,而且這也是使學(xué)生學(xué)會數(shù)形結(jié)合地思考和解決問題的好機(jī)會。
向量既是代數(shù)的對象,又是幾何的對象,它是溝通代數(shù)、幾何及三角函數(shù)的橋梁。向量是處理數(shù)學(xué)及現(xiàn)實(shí)問題的有效工具。在本模塊中,在向量之后安排三角恒等變換,讓學(xué)生經(jīng)歷用向量工具推導(dǎo)兩角差的余弦公式的過程,其目的就是為了讓學(xué)生體會向量的這種作用,并進(jìn)而使學(xué)生體會向量與三角函數(shù)的聯(lián)系、數(shù)與形的聯(lián)系等。
總之,通過本模塊的學(xué)習(xí),學(xué)生可以從三角函數(shù)及其性質(zhì)與圓及其性質(zhì)的聯(lián)系、向量與代數(shù)、幾何以及三角函數(shù)的聯(lián)系、和(差)公式及倍角公式之間的聯(lián)系等,體會不同數(shù)學(xué)知識在內(nèi)容與方法上的聯(lián)系性,學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的基本方法。
3.發(fā)展運(yùn)算能力和推理能力。
作為代數(shù)對象,向量可以進(jìn)行運(yùn)算。學(xué)生已經(jīng)熟悉數(shù)與式的運(yùn)算,這里又將運(yùn)算發(fā)展到向量運(yùn)算,這是運(yùn)算的一次飛躍。事實(shí)上,向量運(yùn)算的思想和方法具有很強(qiáng)的遷移能力,例如矩陣運(yùn)算就是向量運(yùn)算的推廣。
與代數(shù)恒等變換一樣,三角恒等變換也是“只變其形不變其質(zhì)”的,變換的目的在于揭示那些形式不同但實(shí)質(zhì)相同的三角函數(shù)式的內(nèi)在聯(lián)系,通過簡化三角函數(shù)式的表現(xiàn)形式而認(rèn)識其本質(zhì)。在三角恒等變換中,學(xué)生可以通過探求和(差)角公式、倍角公式,以及運(yùn)用這些公式推導(dǎo)和差化積、積化和差、半角公式等的實(shí)踐,學(xué)習(xí)怎樣預(yù)測變換目標(biāo),選擇變換,設(shè)計(jì)變換途徑等。
由上所述可知,通過本模塊的學(xué)習(xí),學(xué)生可以體會數(shù)學(xué)運(yùn)算的意義,學(xué)習(xí)運(yùn)算、推理的基本思想,他們的運(yùn)算能力和推理能力將得到提高。
二、編寫中考慮的幾個問題
三角函數(shù)與三角恒等變換是高中數(shù)學(xué)課程的傳統(tǒng)內(nèi)容,平面向量是1996年進(jìn)入高中數(shù)學(xué)課程的內(nèi)容,因此,本模塊的內(nèi)容屬于“傳統(tǒng)內(nèi)容”。與以往的教科書相比較,本書在內(nèi)容、要求以及處理方法上都有新的變化。
1.以基本概念為主干內(nèi)容貫穿本書,削枝強(qiáng)干,建立合理的教材體系。
“標(biāo)準(zhǔn)”設(shè)定的本模塊課程學(xué)習(xí)目標(biāo)是:
。1)通過實(shí)例,學(xué)習(xí)三角函數(shù)及其基本性質(zhì),體會三角函數(shù)在解決具有周期變化規(guī)律的問題中的作用;
。2)了解向量豐富的實(shí)際背景,理解平面向量及其運(yùn)算的意義,能用向量語言和方法表述和解決數(shù)學(xué)和物理中的一些問題,發(fā)展運(yùn)算能力和解決實(shí)際問題的能力;
。3)運(yùn)用向量的方法推導(dǎo)基本的三角恒等變換公式,由此出發(fā)導(dǎo)出其他的三角恒等變換公式,并運(yùn)用這些公式進(jìn)行簡單的三角恒等變換。
根據(jù)上述學(xué)習(xí)目標(biāo),我們在編寫教科書過程中,特別注意突出主干內(nèi)容,強(qiáng)調(diào)模型思想、數(shù)形結(jié)合思想。
“三角函數(shù)”一章,突出了三角函數(shù)作為描述周期變化的數(shù)學(xué)模型這一本質(zhì)。即通過現(xiàn)實(shí)世界的周期現(xiàn)象,在學(xué)生感受引入三角函數(shù)必要性的基礎(chǔ)上,引出三角函數(shù)概念,研究三角函數(shù)的基本性質(zhì),并用三角函數(shù)的基礎(chǔ)知識解決一些實(shí)際問題。
與傳統(tǒng)的處理方法不同,這里把三角恒等變換從三角函數(shù)中獨(dú)立出來,其目的也是為了在三角函數(shù)一章中突出“函數(shù)作為描述客觀世界變化規(guī)律的數(shù)學(xué)模型”這條主線。
“平面向量”一章,突出強(qiáng)調(diào)了向量的工具特性,充分利用向量的物理背景與幾何背景建立向量及其運(yùn)算的概念,并在這個過程中強(qiáng)調(diào)用向量解決實(shí)際問題及幾何問題。其中,特別強(qiáng)調(diào)了用向量解決幾何問題的基本思想——“三步曲”,從而比較好地體現(xiàn)了數(shù)形結(jié)合思想。另外,作為一個應(yīng)用,用向量方法推導(dǎo)了兩角差的余弦公式。
為了實(shí)現(xiàn)削枝強(qiáng)干的目標(biāo),教科書除了將三角恒等變換獨(dú)立成章外,還在具體內(nèi)容上進(jìn)行了處理。在三角函數(shù)部分刪減了任意角的余切、正割、余割,已知三角函數(shù)值求角以及符號等內(nèi)容,任意角、弧度制概念,同角三角函數(shù)的基本關(guān)系式,周期函數(shù)與最小正周期,三角函數(shù)的奇偶性等內(nèi)容都降低了要求。三角恒等變換中,兩角和與差的正余弦、正切公式,二倍角的正余弦、正切公式由原來的掌握減弱為能從兩角差的余弦公式導(dǎo)出。積化和差、和差化積、半角公式都作為三角恒等變換基本訓(xùn)練的例題,不要求用積化和差、和差化積、半角公式作復(fù)雜的恒等變形。平面向量部分將平面兩點(diǎn)間的距離公式,線段定比分點(diǎn)及中點(diǎn)坐標(biāo)公式,平移公式等內(nèi)容作為平面向量的應(yīng)用,也降低了要求。
根據(jù)上述考慮,本模塊先安排三角函數(shù),再安排平面向量,然后再把三角恒等變換作為平面向量的一個應(yīng)用,安排在第3章,緊接著再安排解三角形的內(nèi)容(放在數(shù)學(xué)5的第1章)。這樣的教材體系的合理性在于:
(1)以已有的集合與函數(shù)、指數(shù)函數(shù)與對數(shù)函數(shù)的知識為基礎(chǔ),三角函數(shù)置于其上位概念(即函數(shù))之下,使三角函數(shù)的學(xué)習(xí)有一個好的“先行組織者”,找到一個有力的“固著點(diǎn)”。三角函數(shù)的學(xué)習(xí)是一種“逐漸分化”式的學(xué)習(xí)。
。2)三角函數(shù)的學(xué)習(xí)為平面向量的學(xué)習(xí)作了必要的準(zhǔn)備,因?yàn)槠矫嫦蛄康哪承﹥?nèi)容(向量的數(shù)量積)需要用到鈍角的三角函數(shù)。
。3)將三角恒等變換安排在平面向量之后,使學(xué)生能夠切實(shí)感受到平面向量的威力(用向量為工具推導(dǎo)三角變換公式非常簡捷,而用其他方法都比較繁瑣)。另外,由于三角恒等變換與“函數(shù)”討論的主題關(guān)系較遠(yuǎn),作為平面向量的一個應(yīng)用而獨(dú)立成章,對三角函數(shù)的系統(tǒng)性沒有破壞。
。4)將解三角形的內(nèi)容安排在平面向量之后,可以使正弦定理、余弦定理的證明獲得更多途徑,能更好地體現(xiàn)向量的工具性作用。
2.強(qiáng)調(diào)聯(lián)系、類比等思想方法的應(yīng)用,強(qiáng)調(diào)教科書的思想性,加強(qiáng)思維能力的培養(yǎng)。
在討論三角函數(shù)及其性質(zhì)時,經(jīng)常提醒學(xué)生注意用數(shù)學(xué)1中獲得的一般函數(shù)概念及其思想方法作指導(dǎo)。例如,教科書中有這樣的話:
“遇到一個新的函數(shù),非常自然的是畫出它的圖象,觀察圖象的形狀,看看有沒有特殊點(diǎn),并借助圖象研究一下它的性質(zhì),如:單調(diào)性、奇偶性、最大值、最小值等。特別的,三角函數(shù)具有‘周而復(fù)始’的特性到底應(yīng)當(dāng)如何描述?”
這段話實(shí)際上是提示學(xué)生,在思考三角函數(shù)性質(zhì)到底研究的是哪些問題以及應(yīng)當(dāng)如何研究時,應(yīng)當(dāng)與自己在數(shù)學(xué)1中建立的關(guān)于函數(shù)性質(zhì)的已有經(jīng)驗(yàn)聯(lián)系起來,顯然,這對學(xué)生把握三角函數(shù)基本性質(zhì)的討論方向是非常有用的。
向量的討論特別注意了與數(shù)的類比,包括向量的線性運(yùn)算(加、減、數(shù)乘)及運(yùn)算律與數(shù)的加減及其運(yùn)算律的類比,平面向量的坐標(biāo)表示與數(shù)軸上的點(diǎn)表示數(shù)的類比,關(guān)于向量數(shù)量積的運(yùn)算律與數(shù)的乘法運(yùn)算律的類比,等等。這種類比對于學(xué)生學(xué)習(xí)如何提出問題(應(yīng)當(dāng)研究那些問題),怎樣尋找解決問題的突破口,研究問題的過程中應(yīng)當(dāng)注意哪些問題等等,都是非常有好處的,通過這樣的過程,學(xué)生的思維能力一定可以得到大的提高。
下面以用向量表示幾何元素(點(diǎn)、直線、平面)為例,對本書體現(xiàn)的“思想性”作一個說明。
用向量表示幾何元素是容易的,并且很直接。選一個定點(diǎn),那么,任何一個點(diǎn)都可以用一個向量來表示。對于一條直線l,如果我們的興趣只在于它的方向,那么用一個與l平行的(非0)向量a就行了;如果想確定該直線的位置,則還要在l上任選一點(diǎn)。這樣,一個點(diǎn)A,一個向量a就在原則上確定了直線l。這是對直線l的一種定性刻畫。如果想具體地表示l上的每一個點(diǎn),我們需要實(shí)數(shù)k和向量a的乘法ka。這時,l上的任意一點(diǎn)X都可以通過點(diǎn)A和某個ka來表示(如圖1)。希望在“實(shí)際”上控制直線l,可以看作是引入ka的一個原因。
現(xiàn)在來看平面。兩條相交直線確定一個平面P,因而一個定點(diǎn),兩個不平行的(非0)向量a,b便在“原則”上確定了平面P。這是對平面的一種定性刻畫。但在討論幾何問題時,常常涉及平面P上的某一點(diǎn)X,為了具體地表示它,我們需要引入向量的加法a+b。這時,平面P上的點(diǎn)X就可以表示為k1a+k2b(以及定點(diǎn)A),而成為可操縱的對象了(如圖2)。在解決幾何問題時,這種表示能發(fā)揮很重要的作用。雖然向量的加法、數(shù)乘向量有非常堅(jiān)實(shí)的物理背景,但當(dāng)我們舍棄了這種背景而只從純粹數(shù)學(xué)的角度來看問題的話,上述考慮可使我們看到引進(jìn)相應(yīng)的向量運(yùn)算的理由,這可以使我們更容易接受并喜愛向量運(yùn)算。
這樣,一個定點(diǎn),一個向量a以及數(shù)乘向量ka便給出直線l的“坐標(biāo)系”;而一個定點(diǎn),兩個不共線向量a,b,以及數(shù)乘向量和向量加法這兩個運(yùn)算,就給出了平面P的一個“坐標(biāo)系”。類似的,空間的一個“坐標(biāo)系”可以由一個定點(diǎn),三個不共面的向量,以及數(shù)乘向量和向量加法這兩個運(yùn)算來給出。在這樣的“坐標(biāo)系”中,幾何元素及其關(guān)系不但可以得到定性刻畫,而且還能定量地表示。另外,我們可以根據(jù)面臨問題的具體條件,根據(jù)解決問題的需要(自由地)選擇“坐標(biāo)系”,并且還可以在同一個平面上選擇多個“坐標(biāo)系”。
3.加強(qiáng)幾何直觀,強(qiáng)調(diào)數(shù)形結(jié)合思想。
本書的內(nèi)容為加強(qiáng)幾何直觀,引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)結(jié)合的思想方法研究數(shù)學(xué)問題提供了很好的條件,同時,幾何直觀對學(xué)生理解三角函數(shù)、向量等概念也發(fā)揮了重要作用。三角函數(shù)一章,特別強(qiáng)調(diào)了單位圓的直觀作用,借助單位圓直觀地認(rèn)識任意角、任意角的三角函數(shù),理解三角函數(shù)的周期性、誘導(dǎo)公式、同角三角函數(shù)關(guān)系式以及三角函數(shù)的圖象,借助三角函數(shù)的圖象理解三角函數(shù)在一個周期上的單調(diào)性、最大和最小值、圖象與x軸的交點(diǎn)等性質(zhì);平面向量一章,強(qiáng)調(diào)向量概念的幾何背景,強(qiáng)調(diào)理解向量運(yùn)算(加、減、數(shù)乘、數(shù)量積)及其性質(zhì)的幾何意義。
這里我們特別說明一下用單位圓上點(diǎn)的坐標(biāo)定義正弦函數(shù)、余弦函數(shù)的意義。這樣來定義三角函數(shù),除了考慮到使學(xué)生在三角函數(shù)學(xué)習(xí)之初就能感受到單位圓的重要性,為后續(xù)借助單位圓的直觀討論三角函數(shù)的圖象與性質(zhì)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)外,主要還是為了這樣的定義能夠更好地反映三角函數(shù)的本質(zhì)。
事實(shí)上,任意角的三角函數(shù)可以有不同的定義方法。過去習(xí)慣于用角的終邊上點(diǎn)的坐標(biāo)及它到原點(diǎn)的距離的“比值”來定義,這種定義的一個基本理由是可以反映從銳角三角函數(shù)到任意角三角函數(shù)的推廣,有利于引導(dǎo)學(xué)生從自己已有認(rèn)知基礎(chǔ)出發(fā)學(xué)習(xí)三角函數(shù)。但它對準(zhǔn)確把握三角函數(shù)的本質(zhì)也有一定的不利影響,因?yàn)殇J角三角函數(shù)與解三角形是直接相關(guān)的,而任意角的三角函數(shù)與解三角形卻沒有任何關(guān)系,它是一個最基本的、最有表現(xiàn)力的周期函數(shù),這才是三角函數(shù)最本質(zhì)的地方。
本章利用單位圓上點(diǎn)的坐標(biāo)定義任意角的正弦函數(shù)、余弦函數(shù)。這樣定義的好處就是直接用(弧度制下)任意角的集合到區(qū)間[-1,1]上的映射來定義,去掉了“求比值”這一中間過程,有利于學(xué)生理解任意角的三角函數(shù)中自變量與函數(shù)值之間的對應(yīng)關(guān)系。
事實(shí)上,在弧度制(用半徑來度量角)下,角度和長度的單位是統(tǒng)一的,這樣,我們可以用下述方式來描述這兩個函數(shù)的對應(yīng)關(guān)系:
把實(shí)數(shù)軸想象為一條柔軟的細(xì)線,原點(diǎn)固定在單位點(diǎn)A(1,0),數(shù)軸的正半軸逆時針纏繞在單位圓上,負(fù)半軸順時針纏繞在單位圓上,那么數(shù)軸上的任意一個實(shí)數(shù)(點(diǎn))t被纏繞到單位圓上的點(diǎn)P(cost,sint),也即是正弦函數(shù)把R中的實(shí)數(shù)t對應(yīng)到區(qū)間[-1,1]上的實(shí)數(shù)y,y= sint;余弦函數(shù)把R中的實(shí)數(shù)t對應(yīng)到區(qū)間[-1,1]上的實(shí)數(shù)x,x= cost。
上述定義可以很容易地讓我們看到三角函數(shù)的“周而復(fù)始”的變化規(guī)律。因此,我們認(rèn)為這樣的定義可以更好地反映三角函數(shù)的本質(zhì),也正是三角函數(shù)的這種形式?jīng)Q定了它們在數(shù)學(xué)(特別是應(yīng)用數(shù)學(xué))中的重要性。事實(shí)上,后續(xù)的內(nèi)容,特別是在微積分中,最常用的是弧度制以及弧度制下的三角函數(shù)。
4.改進(jìn)呈現(xiàn)方式,用恰時恰點(diǎn)的問題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。
編寫像三角函數(shù)、向量這些在以往高中課程中已經(jīng)出現(xiàn)的內(nèi)容,我們主要考慮的是通過改進(jìn)呈現(xiàn)方式,提供直觀感知、觀察發(fā)現(xiàn)、歸納類比、空間想象、抽象概括、符號表示、運(yùn)算求解、數(shù)據(jù)處理、演繹證明、反思與建構(gòu)等思維活動的載體,達(dá)到體現(xiàn)數(shù)學(xué)教育新理念,促使學(xué)生采取積極主動、勇于探索的學(xué)習(xí)方式進(jìn)行學(xué)習(xí),引導(dǎo)教師改進(jìn)教學(xué)方式,提高教學(xué)質(zhì)量,使學(xué)生打好數(shù)學(xué)基礎(chǔ),提高數(shù)學(xué)思維能力。
在改進(jìn)呈現(xiàn)方式這個問題上我們是這樣考慮的:在保證內(nèi)容體系的合理性、科學(xué)性的前提下,加強(qiáng)教材的問題性和思想性,在知識的發(fā)生發(fā)展過程中,利用“觀察”“思考”“探究”等欄目,提出恰時恰點(diǎn)的問題,把數(shù)學(xué)概念的概括過程和數(shù)學(xué)思想方法的形成過程設(shè)計(jì)成為一系列的問題,啟發(fā)學(xué)生的積極主動思維。這樣,可以使學(xué)生感到概念的發(fā)展和數(shù)學(xué)思想方法的形成是自然的,不是強(qiáng)加于人的。
例如,三角函數(shù)的誘導(dǎo)公式是通過這樣兩個問題情景引出的:
思考:我們利用單位圓定義了三角函數(shù),而圓具有很好的對稱性。能否利用圓的這種對稱性來研究三角函數(shù)的性質(zhì)呢?例如,能否從單位圓關(guān)于x軸、y軸、直線y=x的軸對稱性以及關(guān)于原點(diǎn)O的中心對稱性等出發(fā),獲得一些三角函數(shù)的性質(zhì)呢?
探究:給定一個角α。
終邊與角α的終邊關(guān)于原點(diǎn)對稱的角與α有什么關(guān)系?它們的三角函數(shù)之間有什么關(guān)系?
終邊與角α的終邊關(guān)于x軸或y軸對稱的角與α有什么關(guān)系?它們的三角函數(shù)之間有什么關(guān)系?
終邊與角α的終邊關(guān)于直線y=x對稱的角與α有什么關(guān)系?它們的三角函數(shù)之間有什么關(guān)系?
其中,“思考”中的問題是上位的,它對利用單位圓的性質(zhì)討論三角函數(shù)的性質(zhì)具有一般思想方法的引導(dǎo)作用;“探究”中的問題比較具體,可以直接引起學(xué)生對誘導(dǎo)公式的探究活動。設(shè)計(jì)這樣的問題系列,就是希望學(xué)生在問題的引導(dǎo)下,開展積極主動的思維活動,自己獨(dú)立推導(dǎo)出三角函數(shù)的誘導(dǎo)公式,相信有這樣的問題引導(dǎo),是可以做到這一點(diǎn)的。另外,這樣的做法對于學(xué)生思考“應(yīng)當(dāng)從哪些方面來研究三角函數(shù)”,即應(yīng)當(dāng)如何提出問題,也是有啟發(fā)的。
又如,在向量的運(yùn)算及運(yùn)算律的內(nèi)容中,提出了“數(shù)能進(jìn)行運(yùn)算,因?yàn)橛辛诉\(yùn)算而使數(shù)的威力無窮。與數(shù)的運(yùn)算類比,向量是否也能進(jìn)行運(yùn)算呢?”“數(shù)的運(yùn)算和運(yùn)算律緊密聯(lián)系,運(yùn)算律可以有效地簡化運(yùn)算。類似的,向量的加法是否也有運(yùn)算律呢?”“我們知道,減去一個數(shù)等于加上這個數(shù)的相反數(shù)。向量的減法是否也有類似的法則?”……來引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。
5.使用信息技術(shù)的考慮。
本模塊中,比較適合用信息技術(shù)的內(nèi)容是三角函數(shù)及其性質(zhì)的研究!皹(biāo)準(zhǔn)”中明確提出了“借助計(jì)算器或計(jì)算機(jī)畫出 的圖象,觀察參數(shù)A,對函數(shù)圖象變化的影響”的要求,在“說明與建議”中提出“應(yīng)鼓勵學(xué)生使用計(jì)算器和計(jì)算機(jī)探索和解決問題。例如,求三角函數(shù)值,求解測量問題,分析中參數(shù)變化對函數(shù)的影響等”。根據(jù)“標(biāo)準(zhǔn)”的要求和建議,本模塊對使用信息技術(shù)問題作了如下處理:
。1)用計(jì)算器進(jìn)行角度制與弧度制的互換;
。2)用計(jì)算器求三角函數(shù)的值;
。3)用計(jì)算器的sin-1、cos-1、tan-1鍵求角;
。4)討論的圖象時,在邊空中提示,“可以用‘五點(diǎn)法’作圖,有條件的也可以用計(jì)算器或計(jì)算機(jī)作圖。在計(jì)算機(jī)的幫助下,A,對函數(shù)的圖象變化的影響能直觀地得到反映”;
(5)在用三角函數(shù)模型解決問題的過程中,提倡使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行函數(shù)擬合等。
相應(yīng)的,在角的兩種度量制的互換、求三角函數(shù)值、做函數(shù)圖象等方面都降低了要求,這樣做可以為學(xué)生借助信息技術(shù)探索數(shù)學(xué)規(guī)律,從事一些富有探索性和創(chuàng)造性的數(shù)學(xué)活動提供時間和空間。因?yàn)橛辛诵畔⒓夹g(shù),教科書中引進(jìn)了一些計(jì)算量大、需要根據(jù)數(shù)據(jù)選擇和修正函數(shù)模型才能解決的問題。
三、使用本書的幾個建議
1.充分利用三角函數(shù)、向量與學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系創(chuàng)設(shè)問題情景。
三角函數(shù)是描述周期現(xiàn)象的重要數(shù)學(xué)模型,向量也有豐富的物理與幾何背景。
在學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)中,像日出日落,月圓月缺,春夏秋冬,24節(jié)氣,時針旋轉(zhuǎn)……都是日常經(jīng)驗(yàn),對于這些周期變化現(xiàn)象及出現(xiàn)的原因,學(xué)生在地理課中都接觸過、學(xué)習(xí)過;單擺,圓周運(yùn)動,彈簧振子……是學(xué)生在物理中學(xué)習(xí)過的,這些都是認(rèn)識周期現(xiàn)象的變化規(guī)律,體會三角函數(shù)模型的意義的很好載體,教學(xué)中可以充分利用它們來創(chuàng)設(shè)三角函數(shù)的學(xué)習(xí)情境。
在學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和已有知識中,力、速度、加速度以及幾何中的有向線段等概念都是向量概念的原型,向量的運(yùn)算的物理背景有力的合成、力的分解、運(yùn)動做功等。教學(xué)中可利用這些背景創(chuàng)設(shè)情境,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識向量是物理、數(shù)學(xué)中的有力工具。
2.充分利用相關(guān)知識的聯(lián)系性,引導(dǎo)學(xué)生用類比的方法進(jìn)行學(xué)習(xí),加強(qiáng)教學(xué)的“思想性”。
三角函數(shù)與《數(shù)學(xué)1》的函數(shù)概念是一般與特殊的關(guān)系,教學(xué)中應(yīng)當(dāng)注意發(fā)揮學(xué)生頭腦中函數(shù)概念及在指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)的學(xué)習(xí)中建立的經(jīng)驗(yàn)的指導(dǎo)作用。通過聯(lián)系和類比,使學(xué)生明確三角函數(shù)與已有函數(shù)概念的共通性,同時認(rèn)識三角函數(shù)的特殊性——描述周期現(xiàn)象的最有力的數(shù)學(xué)模型,從而明確需要研究的問題及其研究方法。
與學(xué)生熟悉的數(shù)量一樣,向量也是一個量,不過這個量有些特別,它既有大小又有方向。因?yàn)橛写笮。韵蛄靠梢赃\(yùn)算;因?yàn)橛蟹较颍韵蛄靠梢杂脕砜坍孅c(diǎn)、直線、平面等幾何元素,也是研究幾何問題的有力工具——幾何中的向量法。因此,向量及其方法有非常強(qiáng)有力的類比對象——數(shù)量、解析法。教學(xué)中應(yīng)當(dāng)通過與數(shù)及其運(yùn)算律的類比,讓學(xué)生明確平面向量中研究的基本問題及其研究方法,為向量的學(xué)習(xí)提供一個有力的知識、方法的認(rèn)知固著點(diǎn)。
3.充分發(fā)揮幾何直觀的作用,注重?cái)?shù)形結(jié)合思想方法的運(yùn)用。
在三角函數(shù)的教學(xué)中,要充分發(fā)揮單位圓的作用,并且要注意逐漸使學(xué)生形成用單位圓討論三角函數(shù)問題的意識和習(xí)慣,引導(dǎo)學(xué)生自主地用單位圓探索三角函數(shù)的有關(guān)性質(zhì),提高分析和解決問題的能力。向量的教學(xué)中,應(yīng)當(dāng)充分關(guān)注到向量既是代數(shù)的對象,又是幾何的對象的特點(diǎn),利用向量的物理背景與幾何背景,加強(qiáng)幾何直觀,引導(dǎo)學(xué)生在代數(shù)、幾何和三角函數(shù)的聯(lián)系中學(xué)習(xí)向量知識。
4.把握教學(xué)要求,不搞復(fù)雜的、技巧性強(qiáng)的三角變換訓(xùn)練。
弧度是學(xué)生比較難接受的概念,教學(xué)中應(yīng)使學(xué)生體會弧度也是一種度量角的單位(圓周的1/2π所對的圓心角或周角的1/2π),隨著后續(xù)課程的學(xué)習(xí),他們將會逐步理解這一概念,在此不必深究。
在三角恒等變換的教學(xué)中,兩角差的余弦公式的推導(dǎo)思路的獲得是一個難點(diǎn)。為此,“標(biāo)準(zhǔn)”明確提出利用向量的數(shù)量積推導(dǎo)兩角差的余弦公式,并由此公式推導(dǎo)出兩角和的余弦、兩角和與差的正弦、正切公式,二倍角的正弦、余弦、正切公式,教學(xué)中應(yīng)當(dāng)把握這種要求,不要因?yàn)橛闷渌椒ㄍ茖?dǎo)兩角差的余弦公式有較好的思維教育價(jià)值而作過多擴(kuò)展(對于學(xué)有余力的學(xué)生,可以作為課外學(xué)習(xí)素材)。另外,教學(xué)中應(yīng)鼓勵學(xué)生通過獨(dú)立探索和討論交流,推導(dǎo)積化和差、和差化積、半角公式,以此作為三角恒等變換的基本訓(xùn)練,不要進(jìn)行復(fù)雜的、技巧性強(qiáng)的三角恒等變換訓(xùn)練。
另外,在三角函數(shù)中被刪減的內(nèi)容(如任意角的余切、正割、余割,三角函數(shù)的奇偶性,已知三角函數(shù)求角,反三角函數(shù)符號等)以及降低要求的內(nèi)容(如任意角概念,弧度制概念,同角三角函數(shù)的基本關(guān)系式,誘導(dǎo)公式等)都不要隨意補(bǔ)充或提高要求。
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