猜測與證明的關係

2021-05-02 02:51:23 字數 2203 閱讀 7128

二在有關合情推理的教學和評價方面,廣大數學教育工作者和數學教師通過自己的努力,營造出學生觀察、思考、探索氣氛,也編制出一些可供學生進行這方面探索的問題,同時也成為考察學生能力的試題。例如,如下的一道中考試題就是其中的一例。

老師在黑板上寫出三個算式,52-32=8×2,92-72=8×4,152-32=8×27,王凱接著又寫出了兩個具有同樣規律的算式:112-52=8×12,152-72=8×22,

(1) 請你再寫出兩個(不同於上面算式)具有上述規律的算式;

(2) 用文字寫出反映上述算式的規律;

(3) 證明這個規律的正確性。

在完成這個問題的解答過程中,既包含了對所給的算式的觀察、分析,又要求在此基礎上的對規律的歸納和探索,進一步對規律的表示以及對此規律的數學證明。因此,筆者認為這樣的乙個問題就實現了對學生的歸納、演繹兩個方面能力的考察。

事實上,在已知條件中,五個算式分兩次給出,按照美國數學教育家波利亞的觀點,將前三個算式稱之為啟發式聯想,對這三個算式的觀察與分析,能夠啟發觀察者獲得一定的認識以及初步的規律,但這樣的認識是模糊的;接下來的算式波利亞稱之為支援性聯想,也就是對前面得到的較為模糊的認識的進一步的清晰和認可,這個過程實際上就是獲得了猜測的過程。接下來對第乙個問題的回答,我們可以看成是對前面的猜測進行驗證的過程,換一句話說,是否能夠再舉出符合猜測的例子,抑或是否定猜測的例子,當然本問題是要求舉出正面的例子。對第二個問題的回答,就已經是將猜測形式化了,第三步就是數學的證明。

對於初中學生或者是小學生,通過觀察、發現一定的規律進而獲得猜測是可能做到的,但是要證明這個猜測的正確性有時就是學生們力所不能及得了。

例如,計算21-1=1,22-1=3,23-1=7,24-1=15,25-1=31,…。歸納各計算結果中的個位數字的規律,猜測22006-1的個位數字是( )。

對於初中生來說,對觀察到的結果的猜測是可以做到的,但是證明則不是本階段數學學習所要求得了。那麼,需要我們思考的是,這樣的猜測意義何在?學會進行冪的計算,然後觀察出個位數字的迴圈規律,並利用被自然數n除模的概念推測出結論,僅此而已,對結論的驗證只能是再多計算幾個式子,而證明在初中階段就不在要求之列了。

因此,這樣的問題對學生來說容易形成固定的模式,缺少了一定的挑戰性,歸納的味道也不足。

與之相比,有些為學生提供的探索規律、歸納概括的問題情景還存在著一些其他學科方面的問題。例如,

某公園的側門口有九級台階,小明一步只能上1級台階或2級台階,小明發現當台階數分別為1級、2級、3級、4級、5級、6級、7級……逐漸增加時,上台階不同方法的種數依次為1、2、3、5、8、13、21、……,這就是著名的菲波那契數列,那麼小聰上這九級台階共有種不同的方法。

實際上,這是乙個非常富有探索和推理的問題,但由於出題者僅僅將問題侷限在了對幾個數字的規律的觀察,而將問題的思考價值大打折扣,甚至會誤導學生在獲得結論的簡單盲目,以及將歸納與推理論證的混淆。

三但是筆者發現,在一些教學和評價問題中,也存在著對歸納、模擬與證明之間的關係處理上不妥當的現象。例如,

例如,小王利用計算機設計了乙個計算程式,輸入和輸出的資料如下,

當輸入資料為8時,輸出的資料為 。

再如,觀察分析下列資料,尋找規律:

0,,3,2,,3,……

那麼第10個資料是 。

類似這樣的例子在目前的各種練習冊以及考試的試題中會經常見到。而且通常從問題的表述上我們可以看出,它們的答案似乎是唯一確定的,學生們需要通過觀察、嘗試的方法找出所給出的一組數的特徵,並依此特徵給出答案。

如,第乙個問題,答案是這樣給出的:

,……所以輸入n時,輸出的資料為,所以當n=8時,輸出的資料為。

類似的第二個問題給出的答案是:

因為0=,

,……所以第n個資料應是,當n=10時,所對應的資料是3。

對於中學生來說,這樣的解答似乎是合理的,但事實上,這樣的問題的答案並非是唯一的,而是無窮多個,即我們可以構造出無窮多個類似於上述的,的通項,它們滿足題目給出的前幾項的要求。

例如,我們可以這樣構造乙個多項式y=a5x5+a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0,

並令當x=1,2,3,4,5,8時,y=1/2,2/5,3/10,4/17,5/26,m,

由此我們能夠得到乙個關於an(n=1,2,3,4,5) 的方程組,解這個方程組,我們就得到了乙個多項式函式,它不僅滿足原來題目的要求,按此規律(多項式函式)也能夠使第8項有隨意選擇的餘地,因此,我們的結論是,當給出一列數前幾項的值時,我們可以通過構造多項式函式的方式使其某一項的值為任意的實數,從這個意義上講,我們很多類似的問題的提出就存在數學上的問題了。

處理好猜測與證明的關係 1方程組加

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