基于數學史的等差數列前n項和教學設計

基于數學史的等差數列前n項和教學設計

黃媛隆廣慶韋永良【Summary】在數學教學中，教師適當地融入數學史，不僅能夠為枯燥乏味的數學增添色彩，提高學生學習數學的興趣，更能夠提高學生對本節(jié)課所學習內容的理解程度。本教學設計運用“高斯求和”、“泰姬陵的傳說”等歷史故事，將等差數列與數學史相結合起來，這可以提高學生的數學素養(yǎng)，加深學生對等差數列的前n項和的理解?！綤ey】數學史

等差數列

教學設計G633.6A1992-7711（2020）27-172-02從知識發(fā)生需要的基礎上來看，學生已經學習了等差數列的概念，已經具備有一定的知識基礎。關于等差數列的前n項和教學，以“泰姬陵”問題作為直觀的情境引入，以“高斯求和”問題作為抽象的情境引入，兩者在推導“等差數列前n項和”的公式時，都采用了等差數列首尾相加的辦法。一、知識回顧，開拓創(chuàng)新首先，先帶領同學們回顧等差數列的公式是什么，這個時候可以請同學們起來回答，教師結合學生的回答可以知道學生對上節(jié)課的掌握程度。課前回顧等差數列的公式會讓本節(jié)課的學習更加順暢，也達到了課前鞏固的效果，更為本節(jié)課的導學和學習打下基礎。二、創(chuàng)設情境，以趣啟思《高斯的故事》師：兩百多年以前，一位10歲的小孩算了一道很難的題目，他就是著名的數學家高斯，老師出了這樣一道題：計算1+2+3+…+100=？這件事讓三年級的學生做，可難倒大家了，不料，高斯小朋友就把他寫好的答案交上去了。原來，高斯把這100個數一邊取一個，配起對來，1和100，2和99，…，而像這樣組合共50組，每一對相加都等于101，因而答案就是101×50=5050.師：同學們能夠看出數學小天才高斯的計算方法嗎？生：可以，高斯用的是首尾相加法。師：如果將高斯的計算方法運用到等差數列的求和，我們會得出什么樣的結論呢？此時眾生帶著疑惑，跟老師進入本節(jié)課的學習。設計意圖：此環(huán)節(jié)由學生討論其算法的奇妙之處，教師在適當的時候引導學生得出相應結論，并且我們把這種方法叫做首尾配對法，它能夠將加法問題轉化為乘法運算，從而迅速準確得到了結果。三、探究新知，得出公式問題1：如右圖所示，這個21層的三角形一共有多少顆寶石？生：借鑒高斯的算法，把1與21配對，20與2配對，…，剩下一個11，即1+2+...+21=（1+21）+（2+20）+...+（10+12）+11=10×12+11=131.師：我們發(fā)現借鑒高斯的這種“首尾配對”的算法對偶數項的數列很好用，但對于奇數項的數列就不方便，奇數個數相加時，首尾兩兩配對，會發(fā)現有一項沒有組合。同學們是否有簡單的方法呢？可不可以避開對項數奇偶性的討論？生：因為這個圖形是三角形的形狀，所以我們在旁邊放一個一樣的三角形，這樣就能夠使得每層都有22個寶石，一共有21層。則寶石的總數是131×2的一半，131（如右圖）師：非常棒，這種方法很奇妙，不需要考慮項數的奇偶性就可以求和。可以用公式表示為：S21=1+2+...+21，S21=21+20+...+1兩式對齊相加，得：2S21=（1+21）+（2+20）+...+（26+26）=（1+21）×26∴2S21=

這種求和方法在等差數列中叫做倒序相加法。問題2：等差數列前n項和還可以用別的形式表示嗎？生：等差數列的通項公式：an=a1+（n-1）d，得到Sn=na1+

d.（2）四、典例展示，學以致用例1：在等差數列an中，（1）a1=

，an=-

，Sn=-5，求n和d.（2）a1=4，S8=172，求a8=和d.（師生共同推導）例2：古代有這樣的一個問題：今將20斗小麥分給10人，從第二人開始，每個人比前一個人降

斗，問分的最多的人分到多少？師：你能將這個問題變成數列的問題嗎？生：我可以，12為公差d，20為前n項和Sn，10為項數n，求首項a1.師：這位同學分析得很好，那其他同學有沒有別的看法呢？生：老師，我覺得公差d應為-

.師：很好，那有沒有同學可以在黑板上展示自己的算法呢？生（板演）：因為Sn=na1+

d，所以10a1+

×（-

）=20，所以a1=

.設計意圖：該題目主要為了考察學生對文字解讀的水平，會不會把問題轉化成數學問題來解答，也考察了學生在解題時對等差數列公式的選取。例3：已知一個等差數列{an}，a1到a10的和為211，a11到a20的和為811，求a21到a30的和。學生獨立完成后交流。生1：第21項到第30項的和為811+（811-211）=1411.師（追問）：那么第31項到第40項的和又是多少？生2：1411+（1411-811）=2011師：觀察這些數211，811，1411，2011，你能發(fā)現了什么？生：這四個數成等差數列。師：這是不是巧合呢？眾生均表示否定。師：能否用什么方法來證明你發(fā)現的規(guī)律呢？師生共同合作完成如下證明：已知等差數列{an}中，Sn=a1+a2+...+an-1+an，S2n-Sn=an+1+an+2+...+a2n-1+a2n，S3n-S2n=a2n+1+a2n+2+...+a3n-1+a3n，∴（S2n-Sn）-Sn=n2d，（S3n-S2n）-（S2n-Sn）=n2d∴（S2n-Sn）-Sn=（S3n-S2n）-（S2n-Sn）∴Sn，S2n-n，S3n-2n成等差數列。總結結論：在等差數列中，Sn，S2n-n，S3n-n這樣的數列也叫做等差數列。五、感悟例題、再生問題問題6：觀察例3的結果，有什么發(fā)現嗎？（1）從例題結果出發(fā)，引導學生觀察：211，811，1411是什么數列？（2）如果等差數列{an}的前n項和為Sn，那么S10，S20-10，S30-20，......是否成等差數列？六、課堂小結（主要由學生完成）從知識、方法、思想和應用層面來回顧。七、教學反思1.等差數列的前n項和的教學過程中，主要難在公式的推導過程，本節(jié)課的教學利用了數學史的故事引入，引導學生去思考，激發(fā)學生學習數學的興趣，能夠讓死板的數學課堂變得出彩;其次，在推導公式的過程中，結合了上節(jié)課學習的等差數列的性質，不僅能夠讓學生學習新的內容，還鞏固了舊知識。2.本教案的不足之處是在設計過程中，沒有真正結合實際教學，只給出了理想中的教學情境，真正運用到課堂中，可能還需要根據不同的學情、不同的班級進行修改?！綬eference】[1]張弟.基于數學核心素養(yǎng)發(fā)展觀的教學設計——以“等差數列的前n項和”為例[J].數學學習與研究，2018（24）：78.[2]翟陽琴.將數學史融入高中數學課堂——以“等差數列的前n項和（1）”為例[J].數學