高一数学指数函数、对数函数和幂函数教学分析案
目标定位:
1.指数函数、对数函数、幂函数是与现实世界的密切联系的函数模型,是体验函数模型运用过程和方法的重要载体.通过学习,进一步体会函数在数学和其他学科中的重要性,初步运用函数思想理解和处理现实生活和社会中的简单问题,利用函数的性质求方程的近似解,体会函数与方程的有机联系.
在学习基本初等函数I及其应用的过程中,要通过对具体数式的分析,使学生体会分数指数幂、对数的概念和意义,掌握有理指数幂、对数的运算性质,了解并掌握指数函数、对数函数、幂函数的概念、图象和性质;知道指数函数、对数函数、幂函数是描述客观世界变化规律的重要数学模型.
通过函数的应用,了解函数与方程之间的关系,体会二分法求一些简单方程的近似解的方法,尽管这个解也许不准确,但可以通过有效的方法控制精确度;通过数据拟合,体会到现代信息技术是数学课程的一个重要部分;会利用函数知识分析问题、解决问题,能准确、清晰、有条理地表述问题以及问题的解决过程,使学生明白函数与方程是研究事物变化的重要工具,逐步形成利用运动、变化的观点观察事物的理性思维能力、辩证思维能力、分析问题和解决问题的能力,以及数学表达、交流的能力,进一步培养学生的创新意识与探究能力、数学建模能力和实践能力.
2.本章具体的教学目标是:
(1)了解指数函数模型的实际背景.
(2)理解有理指数幂的含义,通过具体实例了解实数指数幂的意义,掌握幂的运算.
(3)理解指数函数的概念和意义,能借助计算器或计算机画出具体指数函数的图象,探索并理解指数函数的单调性与特殊点.
(4)在解决简单实际问题的过程中,体会指数函数是一类重要的函数模型.
(5)理解对数的概念及其运算性质,知道用换底公式能将一般对数转化成自然对数或常用对数;通过阅读材料,了解对数的发现历史以及对简化运算的作用.
(6)通过具体实例,直观了解对数函数模型所刻画的数量关系,初步理解对数函数的概念,体会对数函数是一类重要的函数模型;能借助计算器或计算机画出具体对数函数的图象,探索并了解对数函数的单调性与特殊点.
(7)通过实例,了解幂函数的概念;通过y=x,y=x2,y=x3,y=x-1,y=这几个具体函数的图象的变化情况,了解幂函数图象的变化情况.
(8)通过实例,了解函数与方程之间的关系,会利用二分法求一些简单方程的近似解;了解函数模型及其意义,会利用函数知识分析问题、解决问题,能准确、清晰、有条理地表述问题以及问题的解决过程,使学生明白函数与方程是研究事物变化的重要工具.
教材解读:
1.教材在系统阐述函数的概念、图象、性质的基础上,以实际问题为背景,引出了特殊的函数关系——基本初等函数I:从现实问题、相关学科中的具体问题出发,指出了分数指数幂的概念,体会了无理指数幂的意义,进而概括出指数函数;在指数函数的基础上,通过具体情境,引出对数的概念,体会了对数的意义,进而概括出对数函数;结合具体问题,引出了幂函数的概念.在研究基本初等函数I图象的基础上,通过观察,得出函数的性质.从指数、指数函数到对数、对数函数,是一种相似.从指数函数到幂函数,是另一种相似.
在知识的呈现方式上,并没有过度强调理性推导.基本初等函数I的性质都是通过图象直观感知的,自始至终紧扣“图象——性质”这一条主线,从作函数的图象开始,通过对函数图象的观察,得出函数的性质.这一研究方法,在以后的学习中经常用到,有利于激发学生开展学习活动,结合观察、思考、归纳、抽象、概括、运用等方法,对现实世界中蕴涵的一些数学模式进行思考和做出判断,在体现数学理性精神同时,注意适度的形式化.
在知识结构上,一以贯之地围绕核心问题,按照“问题情境——数学活动——意义建构——数学理论——数学应用——回顾反思”的顺序,不断通过对问题串的探究学习,引导学生从不同的角度,用自相似的研究方式,对核心问题进行多重研究.在体现基本初等函数工具性作用时,突出了理性分析和严格的推理过程.求方程的近似解,是函数知识、思想、方法的具体应用,目的是体会函数与方程的有机联系,达到培养创新思维和理性思维的目的.
教学方法与教学建议:
1.基本初等函数I是学生在初中以正比例、反比例、二次函数为载体感知函数的初步知识,体会函数的图象和性质,在高中系统学习以集合理论为基础的函数基本知识后,学习函数的第三个阶段——继续研究特殊类型的函数.在后续的学习中,还会学习离散型函数(数列)、周期性函数(三角函数)等特殊类型的函数,在学习导数及其应用、概率、圆锥曲线、参数方程等知识块时,还要涉及函数知识的再认识,因此,基本初等函数I的知识只是学习函数过程中的一个中间环节.
2.教材中提供的实际问题,既可以作为知识(方法)的背景,又是激发学生探究性思维的问题情境,是新知识的生长点.因此,本章知识体系的构建应以这些实际问题的研究为基础,在分析、解决问题的过程中建立相关的函数模型,感受函数的基本思想.
3.根式、分数指数幂、对数都是具体的对应法则,是学习指数函数、幂函数、对数函数的基础,应讲清、讲透.学生在初中学习了数的开平方、开立方、二次根式、整数指数幂的意义及运算法则.有了这些知识作准备,教科书通过实际问题引出了分数指数幂,说明了扩张指数取值范围的必要性,由此先将平方根与立方根的概念扩充到n次方根,将二次根式扩充到一般根式,进一步探究了分数指数幂及其运算性质,通过一个实例介绍有理指数幂逼近无理指数幂,从而将指数的范围扩充到实数.
4.教学中要充分体现这三种函数不同的函数增长模型,要突出它们的背景和应用,重点研究指数函数、对数函数.
(1)指数函数是高中新引进的第一个基本初等函数,因此,教科书先给出了指数函数的实际背景,然后对指数函数概念的建立、指数函数图象的绘制、指数函数的基本性质的发现与指数函数的初步应用,作了完整的介绍.指数函数是本章的重点内容之一.
(2)教材是以具体问题为背景,是从指数运算与对数运算的互逆关系出发,引进了对数的概念,进而建立了对数函数的概念,为学生发现与论证对数的运算性质、研究对数函数的性质提供了方便.
(3)幂函数是实际问题中常见的一类函数模型,教材从对5个特殊的幂函数的图象观察,归纳出幂函数的基本性质.
5.几个注意点:
(1)指数函数、对数函数、幂函数是形式化的定义,不要过分强调这种形式化,要求学生判断一些函数是不是某类函数,如“y=22x是不是指数函数”等,其实,一个函数是不是指数函数(对数函数),与底数是有关系的,如“y=22x不是以2为底的指数函数,但它是以4为底的指数函数”.
(2)指数函数、对数函数、幂函数的图象是它们性质的直观体现,对了解和掌握函数的性质具有形象、生动的优势,应教会学生画、观察这些函数的图象,有意识通过函数的图象的直观性来寻找解决问题的方法.
(3)关于“反函数”的概念,只要求以具体函数为例进行解释和直观理解,只要说明“对于某个常数a(a>0,a≠1),指数函数y=ax和对数函数y=logax互为反函数”,即“两个底数相同的指数函数与对数函数互为反函数”.对一般的反函数概念不作要求.互为反函数的两个函数的图象间关于直线y=x对称的性质,只通过具体函数来讨论.
(4)幂函数y=xn只限于研究n=-1,1,2,3,时,几个具体函数图象的变化情况和性质.
(5)教材中留有许多思考和旁白,没有做过多的研究,对一些问题的解决过程也没有作详细的阐述,旨在为学生的合理探索留下了空间,为学有余力的学生提供继续发展的平台.在教学过程中,可以根据实际情况,适当地让学生进行探索、交流、合作、比较.通过指数函数、对数函数的相似性研究和整体化处理,达到螺旋式上升的目的.
(6)“二分法”是求方程近似解的一种常见方法,教学时应注意:重在对原理的认识,会用函数的知识、方法结合函数的图象判断方程的解所在的范围,能进行初步的估算,在精度上不要对学生提出要求.
(7)函数模型的教学应立足于用待定系数法确定函数的模型的简单问题,不要在难度、复杂背景上给学生设置障碍.有关数据拟合的问题,在后面学习线性回归时还将涉及,在此不要求学生处理.
(8)教学过程中,应关注函数的背景、应用、整体性、思想性,从内容的结构上按照“指数函数→对数函数→幂函数→函数与方程→函数模型及其应用”的顺序呈现,每一个单元都以函数的概念和图象为主线,按照“问题情景→函数概念→函数表示→函数性质→函数应用”的方式展开,以问题串的形式,逐层展开.函数的特性、主背景贯通全章.
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