单元教学设计_函数y=Asin(ωx+φ)_王萍课件.pdf
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1、年第期材 编者谈教材中学 数学教学参考(上旬)单元教学设计:函数产)王萍(山西省 太原市第五中学)薛红霞(山西省 教 育科学研究院)李龙才(人民教育出版社课程教材研究 所)摘要:函数:)是一个与其他函数地位相同的函数,又是一个教科书正文中典型的数学建模案例,在这样的定位之下给出教学设计,并利用单元设计的方式整体呈现两个课时的内容,以确保数学建模的连贯性和完整性。这个单元设计将课堂延伸,不仅包含课堂上两个课时,还包括了课前、两节课中间及课后的设计,突出了单元教学中思想的一致性、思维的系统性。关键词:函数:);筒车模型;数学建模;单元教学设计文章编号: ()单元教学内容和内容解析单元教学内容建立一
2、般的匀速圆周运动函数 模型;研究参数,对函数;()图像的影响,进一步把握其性质;函数)的简单应用。本单元的知识结构(图):图本单元内容建议用两个课时完成。第一课时,经历对筒车运动的数学建 模过程,提出对函数)的研究思路,分别探究参数对函数)图像的影响;第二课时,继续 探究参数对函数:(?:)图像的影响,并梳理从函数:图像开始,通过图像变换 得到函数()图像的过程和方法,进一步把握 这个函数的性质;会用五点法和图像变 换的方法作函数史)的简图,并能应用函数八如(似史)的图像与性质 解决简单的实际问题。内容解析函数:()具有丰 富的现实背景,是描述 现实生活周期现象的重要的数 学模型,在 解决 实
3、际问题中有着重要的作用。由于正弦函数可以看 作是刻画“单位圆上的点从(,)开始作逆时针方向的单位速度的运动”的数学模型,自然地,函数(:)可看作是刻画“一?般匀速圆周运动”的一个重要的数 学模型,决定圆周运动状态的主要是运动的半径、角速度、起始角这三个要素,核心是研究 质点运动的时间与质点到达的位置之间 的关系。以筒车为背景引人函数)有现实意义,是一个非常典型的函数建模过程。结合筒车的圆周运动研究函数),不仅能联系实际,突出参 数的物理意义,而且能联系函数解析式、函数的图像,并充分揭示它们之间的内在逻辑关系,为提升学生的数学抽象、直观想象和逻辑推理等素养提供重要平台。研究函数:()的性质,关键
4、就是研究参数”的变化 对函数图像的影响。从函数:的图像出发,依次研究 各 参 数对图像的影响,进而从整体上把握从正弦函数的 图像通过变换得材编者谈教材年第期中学数 学教学参考(上旬)到函数)图像的过 程,体现了从特殊到一般的方法。基 于以上分析,确定本单元的教学重点:用函数)模型来刻画一般的匀速圆周运动的建模过程;参数,对函数)图像的影响,以及从正弦曲线到函数)图像的变换过程。换之间的内在联系;能根据函数在一个周期内的零点、最小 值点和最大值点作出函数的简图。()能根据函数)的图像说明其性质,并 能运用函数及其性 质解决一些简单的数学问题和实际问题(限定在具有勻速圆周运动特征的实际问题)。目标
5、和目标解析目标了解函数:)的现实 背景,经历匀速圆周运动的数学建模过程,进一步体会三角函数与现实世界的密切联系,发展数学建模素养;()掌握参数,),;对函数;()图像的影响,理解参数在圆周运动中 的实际 意义,掌 握这个函数的性质,发展学生的数学抽象、逻辑推理与直观想象的素养;()理解从正弦曲线到函数: )图像的变换过程,能用五点(作图)法作出函数(:)的图像;()会运用函数)的图像与性质解决简单的数学问题和实际问题。目标解析达成上述目标的标志是:()能借助筒车这一现实模型,说明函数(:)与现实中的匀速圆周运动之间的内在联系;通过对筒车运动 变化规律的观察分析、抽象概括,获得函数模型),能说出
6、参 数,以及变量:,的物理意义。()借助信息技术呈现质点的匀速圆周运动 变化过程以及质点运动规律的函数表示,能结合实验操作说明参数,;,对函数)图像的影响,并能从图像上任意一点的坐标变化判 断函数图像的变换过程。()能从正弦曲线出发,经过平移变换、横坐标的伸缩变换(周期变换)、纵坐标的伸缩变换(振幅变换)这三种图像变换得到函数)的 图像;能准确解 释函数解析式的变化与相应函数图像的变教学问题诊断分析筒车运动模型的背景比较复杂,综合性强,需要有较强的数学建模能力,这是学生所欠缺的,也是 教学需要加强的。教学中,教师可以借助信息技术呈现筒车运动的现实情境,明确要研究的问题。建模的第一步是将 实际问
7、题抽象为数学问题,即通过几何图形将勻速圆周运动这一物理模型进行数学化,这是学生解决问题过程中的难点所在。因此,本节的教学要设法破解这个难点,教学生学会解决此类问题应该怎样思考。引导学生分析其中的变量和常量,寻找函数关系,从而突破数学建 模这一难点。研究参数,对函数)图像的影响时,参数多,解析式、图像中的各要素之间的关系比较复杂,相互关联比较隐蔽,准确作图也比较困难,这是本单元教学的第二个难点。函数)与其他函数有着等同的地位,是一类新函数,因此本单元的研究要遵循“研究一个数学 对象的基本套路”,这就是本单元教学设计最基本的原则。教学时,需要突出参数的实际意 义,遵循从 特殊到一般、从具体到抽象的
8、过程,同时借助信息技术快速 准确地作图,直观呈现各要素运动变化之间的关联性,突破教学难点。本单元学习的第三个难点是从正弦曲线经过图像变换得到函数图像,由于过程中需要三种 变换综合使用,同时顺序不同会导致每一种变换的方式有所不同,需要学生切实理解好图像变换的本质。教学支持条件分析借助信息技术,可以让学生感受函数八!(的生活情境,为数学抽象提供真实背景;借助技术,可以建立并控制参数的变化,将现实的关系用几何的年第期中学数学教学参考(上旬)方法直观动态地呈现。信息技术不仅使 作图像变 得简单,更为重要的是“参数的变化”引起相关要素的运动变化也有了更直观的呈现,有助于理解其内在的逻辑关系,化解教学中的
9、难点。教学过程设计第一课时函数(;()教学内容经历对筒 车运动的数学建模过程,提出对函数()的研究思路,分别探究参 数,对函数:(:)图像的影响,初步 把握这个函数的性质。教学目标()了解函的现实背景,经历匀速圆周运动的数学建模过程,进一步体会三角 函数与现实世界的密 切联系,发展数学建模素养。()掌握参数各自对函数)图像的影响,理解参数在圆周运动中的实际意义,初步掌握这个函数的性质,发展学生的数学抽象、逻辑 推理、直观想象的数学核心素养。教学重点 与难点用数学的眼光观察世界,感悟是刻画自然 界周期现象的常见的数学模型是本课时的重点,也是难点,可类比前面学习三角函数定义时构建模型的思想和方法来
10、突破;分别 探究参数,对函数图像的影响是本课时的第二个重点和难点,应充分运用从特殊到一般的方法,并通过信息技术的直观操作和教师的问题引领来化解。教 学过程设计(引导语)如图,单位圆上的动点以(,)为起点做逆时针方向勻速圆周运动,旋转角后到达点,那么点的位置(,可以由三角函数;确定。在物理中,人们往往更关注动点尸的位置与运动 时间之间的关系,例如,点的纵坐标与运动时间之间 的关系。如果已知动点以为起点,以单位角速度按逆时针 方向运动,经过时材编者谈教材 间到达点,角与之间有什么关系?点的纵坐标是时间的函数吗?预设的答案:再根据三角函数的定义可得:?。教师:可见,单位圆上的点以为起点,以单位角速度
11、按逆时针方向运动,其运动规律可用三角函数刻画。那么,对于一个一般的圆周运动可以用怎样的数学模型刻画呢?这是我们即将研究的内容。先看一个实际问题。设计意图:承上启下,让学生感受到之前只是研究了一个特殊的问题,需要进一步研究一般的匀速圆周运动,从而明确目标,激发兴 趣。创设情境提出问题,抽象简化建立模型问题:筒车是中国古代 发明的一种灌溉工具,它省时、省力,环保、经济,现代农村至今还在大量使用(图)。明朝科学家徐光启在农政全书中用图示(图)描绘了人们利用筒车的圆周运动进行灌溉的工作原理(用信息技术呈现筒车运动的实际情境)。图图假定 在水流量稳定的情况下,筒车上的每一个盛水筒都作匀速圆周运动。如果将
12、这个筒车抽象 成一个圆,水筒抽象成一个质点,你 能用一个合适的函数模型来刻画盛水 筒距离水面的相对高度与时间的关系吗?预设的师生活 动:这一环节提 前作为预习作业布置给学生。教 师利用多媒 体课堂展示学 生的建模结果,并请学生叙述建模的构想,进而引导学生列出变量与之间的等量关系丨():十)。追问:与盛水筒运动相关的量 有哪些?它们之间有怎样的关系?预设的师生活动:交流的过程中在圆周运动这个视角下进行整体分析角速度、半径、初始位置、圆心角及建系,同时帮助学生抽 象出相应的数学问题。教师:综 合同学们的各种 解法,可以看出这个问材编者谈教材 年第期中学数学教学参考(上旬)题抽象成数学问题 就是:如
13、图,设筒车 半径 为,水车中心距水面的高度为幻筒车转动的角速 度为初始位置所对应的角为求距离水面的相对高 度与时间的关系。教师:因为是常量,所以研究清楚函数()就能把握盛水筒的运动规律,故只需要研究函数的图像与性质,习惯上将它写成:()。(同时,展示课题“函数:()”并板书课题)设计意图:通过 筒车模型引人和建立三角函数的数学模型,体现数学的实际价值,引出这一课时的核心内容。明确研究函数)的思路(引导语)我们从实际问题出发,抽 象转化成一个数学问题,并建立一个新的函数。根据研究指数函数、对数函数等函数的经验,你认为接下来应该研究什么?预设的师生活 动:类比之前函数的研究 方法,接下来我们 应该
14、研究函数的图像与性质。回想一下,我们在“三角恒等变换”一节中,已经纯粹地从形式上研究了 函数的性质,如周期性、单调性,所以接下来主要研究函数的 图像。通过图像可以使我们更好地把握这个函数的性质。显然,这个函数由参数,确定。因此,关键是研究这些参数的变化对函数图像的影响。下面请看问题。问题:从解析式看,函数;:就是函数()在,)时的特殊情形。()能否借助我们熟悉的函数的图像与性质研究参数,对函数)的影响?()函数八丨 (:!:)中含有三个不同的参数,类比以往研究函数的经验,对于含有 多个参 数的函数,你认为应按怎样的思路进行研究?追问:以前做过类 似的研究吗?预设的答案:对二次函数:(?的研究,
15、具体的操作 办法 是控制变量法。具体的研究路径是:先令!,研究对函数:;图像的影响,从特殊到一般进行归纳:令,等;再作出函数:,工等的图像;最 后归纳得出)的 图像特征。类似地,归纳得出且关)的图像特征。接着控制变量,令,研究力对函数:(图像的影响,取,归纳出函数(的图像特征。类似地,研究对函数的 图像的影响,可以采用 与上面类似的办 法。因此,这个研究经历了“特殊一一般一再特殊一一般”的过程。利用上面的思路我们就可以开始这节课的研究。设计意图:挖掘学生已有的经验,帮助学生 梳理初中研究二次函数:()的一般思路和方法,并在此基础上形成本节内容的研究方法。探究参数对函數:(:)图像的影响问题:观
16、察当参数变化 时,对函数:(?)的图像有什么 影响?学生活动:给学 生的思考时间,然后请学生回答大致思路先取特殊值,进行观察,然后猜 想出一般结论。追问:¥的不同值表示什么含义?结合筒车的例子说明。教师:由前面复习中的问题可知,如图,如 果动点。以。为起点,后运动到 点,它的纵坐标:,以(,)描出点,点动就可得到正弦函数的图像。追问:如 果在单位圆上将起点。绕,旋转到,让动点以,为起点,按照与。一样的方式运动到点,需要多长时间?对应的函数)图像上的点的坐标是多少?追问:如上我们 找到了两个函数图像上任意点的变化,那么如何从函数:的图像得到函数:的图像?(此处立意在平移法,但是实际操作中以五点法
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