浅论数学运算能力的培养

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  运算能力是思维能力和运算技能的结合,是高考数学考查的五大能力之一.对比2014年的福建卷和全国新课标卷可以发现:全国新课标卷对运算能力的要求更高(会根据法则、公式进行正确运算、变形和处理数据;能根据问题的条件寻找与设计合理、简捷的运算途径;能根据要求对数据进行估计和近似计算).在教学中,如何培养运算能力呢?
  一、培养学生联想构造,巧妙计算
  运算的合理性是运算能力的核心,试题一般都有多种解法,解法有繁有简.要通过对试题进行分析和联想、根据问题的不同条件和特点,灵活运用公式、法则及有关运算律,通过观察、分析、比较,运用化归、构造或类比等方法寻求最佳解题策略,从而得到合理的运算途径.
  例1:一个四面体的所有棱长都为,四个顶点在同一球面上,则此球的表面积为( )
  A.3π B.4π C.3π D.6π
  解析:如果考生在考试时想直接求解,就会因为图形难画、计算量大而放弃.如果能由正四面体联想到正方体,将题设中的四面体可以看成是棱长为1的正方体的面对角线构成的,突破寻找球心和半径的障碍,易知球的直径就是正方体的对角线长,球的表面积为3π,得到更合理的运算途径,减少运算量,使解题快速、准确.
  二、培养学生数形结合,简捷运算
  运算的简捷性是指运算过程中所选择的运算路径短、运算步骤少、运算时间省.想在考试中节省运算时间,必须在运算过程中灵活运用概念,恰当选择公式,合理利用数形结合思想,有效增强解题过程的直观性,减少运算量.
  例2:求函数f(x)=的值域.
  解析:此题部分学生会觉得无从下手,或通过整理成x的二次方程,由判别式法求值域,但这样计算量很大.
  若能观察式子特征,引入代换,对原函数进行化简处理,继而由数想形,借助直线斜率的几何意义进行解题,就会使得问题轻松地获得解答,使运算更具简捷性.
  设y=,则函数化为:(x-2) y=1f(x)=,(y≥0)
  由数想形,从而原问题转化为:
  求半圆弧(x-2) y=1,(y≥0)上的点P与定点A(-1,-3)的连线的斜率的取值范围.
  如图示,易求得函数的值域是[,].
  三、培养学生大胆取舍,活用估算
  对运算能力的考查,除了要求考生能够根据题设条件精确计算外,还考查能否根据需要对所给出的数据进行估计和近似计算.如果能够充分利用题设的要求进行合理估算,就能弥补因知识的缺漏而造成的不足,同时也将大大降低运算量.
  例3:设P是双曲线-=1右支上一点,F是该双曲线的右焦点,Q是PF的中点,O为坐标原点,且|OQ|=4,则点P到该双曲线右准线的距离d为( ).
  A. B. C.2 D.6
  解析:本题常规解法是:根据题设,运用双曲线的第一定义及三角形中位线,先求出PF的长,再运用双曲线的第二定义求出点P到该双曲线右准线的距离,在定义不够熟悉和计算不熟练的情况下,就会对结果无所适从.
  如果能根据题设中|OQ|=|OF|=4这个条件判断出:点P的横坐标必落在双曲线的右顶点A和右焦点F之间,则d小于右焦点F到右准线的距离,且d大于右顶点A到右准线的距离,即  四、培养学生把握核心,合理运算
  运算的合理性表现在运算要符合算理,运算过程的每一步变形都要有依据,在考试中运算的步骤越多,越繁琐,出错的可能性就越大,因而,我们要根据问题的不同条件和特点,合理选择运算途径,尽可能减少出错的机会.对一些经常使用的计算方法、计算公式一定要熟练掌握.
  例4:已知a b=1,b c=2,c a=2,则ab bc ca的最小值为( ).
  A.- B.- C.-- D.
  解析:本题考查不等式的知识.通过所给的三个方程构成的方程组,可以解出a=b=±,c=±,要求ab bc ca的最小值,需要对a、b、c的取值进行选择,取a、b同号且与c异号即可.所以ab bc ca的最小值为-.
  本题的解答是对各种解题套路和技巧的一种反对,是考纲中“注意通性通法,淡化特殊技巧”的具体体现.解题过程中一定要选取合理的途径,不要陷入固定模式,更不能思维定势.本题的求解中容易出现以下几种错误的思路:应用均值不等式、柯西不等式和引入辅助角进行计算,都会因没有注意到其中的“=”成立的条件,而造成错解中的最小值是取不到的.因而在解题时要具体问题具体分析,要注意题目的条件和所应用的公式、定理成立的条件,不能照抄照搬.
  五、培养学生注重算理,精打细算
  面对直接计算较复杂的试题,要注意算理,小心地选取运算路径,合理地选择运算方法,甚至对试题中看起来不是很重要的参量都要精打细算,从中得到启发,找到运算目标,保证运算的准确性.
  例5:已知cos(α )=,≤α<,求cos(2α )的值.
  解析:解本题时,很多考生试图从解方程组的角度求出sinα、cosα再求出sin2α、cos2α,代入cos(2α )的展开式进行求解,而这种解法的运算量非常大.
  也有部分考生发现了如下关系:2α =α(α ),但同样遇到求sinα、cosα的障碍,不利于运算,也不符合算理,为此还要进一步细化.
  再分析可以发现:2α =(2α )-,这个关系虽然看起来较繁,但sin2α、cos2α容易求得(构造二倍角).
  sin2α=-cos(2α )=-2cos(α ) 1=,
  cos2α=sin(2α )=2sin(α )cos(α )=-.
  故cos(2α )=cos2αcos-sin2αsin=(cos2α-sin2α)=-.
  本题的解法是三角函数题型中典型的“配凑角法”,解题的关键在于合理地寻找已知角和所求角之间的关系,还要注意后续解题过程的简捷性.
  高考对运算能力的考查是多角度、多层次的,重视对算理的考查,试题需要根据不同情况灵活处理.因此强调学生一定要注意运算的方法,能避免计算就避免,不能避免计算的一定要注意运算的合理性、熟练性、简捷性和准确性.只有这样才能使学生运算能力得到培养,才能在运算量较大的高考中提高得分率.
  参考文献:
  [1]2015年普通高等学校招生全国统一考试大纲.
  [2]韩保席.优化高考试题计算量的方法[J].求学,2005(5).
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