指导学生研究杨辉三角的实践及其教育价值
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杨辉三角融入二项式定理的教学实践及反思杨辉三角是一种非常有趣和有用的数学工具,可以用来解决许多与组合数学相关的问题。
二项式定理是数学中的一个重要定理,描述了一个二项式的幂次展开结果。
在教学实践中,我将杨辉三角融入二项式定理的教学中,以帮助学生更好地理解和应用这两个概念。
在教学过程中,我会让学生先通过手工绘制杨辉三角来观察其规律。
然后,我会引导学生发现杨辉三角中的数值与二项式系数之间存在的关系。
我会给学生一些实际的例子,让他们通过观察杨辉三角并推导出相应的二项式展开结果。
我们可以通过杨辉三角来推导出(a+b)^3的展开式。
学生可以观察到,展开式中的系数恰好是杨辉三角中的数值。
我会在教学中涉及到杨辉三角和二项式定理的实际应用。
我会给学生一些排列组合的问题,让他们利用杨辉三角来解决。
通过实际问题,学生能够更深入地理解和应用杨辉三角和二项式定理。
我会鼓励学生自己思考和探索解决问题的方法,同时及时给予他们指导和反馈。
在教学过程中,我还会使用一些互动的教学方法,如小组讨论、游戏和实际操作等。
这些方法可以激发学生的学习兴趣,增强他们的参与度。
我可以让学生分成小组,每个小组负责绘制一个杨辉三角,并与其他小组交流和比较结果。
这不仅能够培养学生的团队合作能力,还可以加深他们对杨辉三角和二项式定理的理解。
在实施这一教学计划的过程中,我也会留意学生的学习状况并及时调整教学策略。
如果发现学生对杨辉三角和二项式定理的理解不够深入,我会加大对实例的演示和解释,以帮助学生更好地掌握这些概念。
如果发现学生对杨辉三角和二项式定理的应用能力较弱,我会针对性地进行练习和辅导,以提高学生的解题能力。
《杨辉三角》教学设计一、教材分析:(1)教材内容:《杨辉三角》是全日制普通高级中学教科书人教现行人教B版选修2-3第1章第3节第2课时,本节内容是继二项式定理后对二项式系数的深入研究,是依现行教材开发的一节研究性学习内容。
本节课主要是总结杨辉三角的四个基本性质及利用杨辉三角性质解决二项式系数的有关问题。
杨辉三角的基本性质主要是二项展开式的二项式系数即组合数的性质,因此它也是研究杨辉三角其他规律的基础。
(2)地位与作用:本节课是在学生学习了计数原理、组合及组合数的性质的基础上,又具体学习了二项式定理、二项式系数等概念的基础上进行的。
这对巩固二项式定理,建立相关知识之间的联系,进一步认识组合数、进行组合数的计算和变形都有重要的作用,对后续学习也具有重要地位。
通过本节课的教学进一步提高学生的观察归纳演绎能力,进一步了解到二项式系数的性质的来龙去脉,感受体验数学美。
二、学情分析:1. 本班同学学习成绩比较突出,无论在观察问题还是分析问题上已经具备了更为理性的思考,对发现的规律能够尝试总结归纳。
同时学生已掌握了组合及组合数的性质,这是突破本节课难点的基础。
2. 我校实行“1121”教学模式,在“先学后教”的原则下,以学案为载体,进行授课。
班里设有合作学习小组,即小组内拥有稳定的成员,持续了一年多的相互支持、鼓励和帮助,小组内部及小组之间有了一定的解决问题的能力,但对于本节课的难点,学生还需要在老师的指导下共同完成。
三、目标分析:1、知识与技能目标:了解有关杨辉三角形的简史,熟悉杨辉三角的数字排列特点,从中发现二项式系数的主要性质,掌握这些性质;并灵活运用二项式系数的性质解决相关问题。
2、过程与方法目标:通过小组讨论,培养学生发现问题、探究知识、建构知识的研究型学习习惯及合作化学习的团队精神.3、情感、态度价值观目标:(1)培养学生善于交流,乐于合作的团队精神;(2)在研究的过程中,培养学生不怕挫折,永不满足的意志品质,追求新知的科学态度;(3)通过了解我国古代的数学成就,培养学生的爱国主义精神,激发学生探索、研究数学的热情。
杨辉三角融入二项式定理的教学实践及反思【摘要】本文通过介绍杨辉三角和二项式定理的基本原理,探讨了二者之间的联系,并结合教学实践展示了如何将杨辉三角融入二项式定理的教学中。
具体操作包括利用杨辉三角展示二项式系数的规律,引导学生理解二项式定理的概念,并通过实例演示二者之间的对应关系。
在教学实践中,学生表现出良好的学习效果,对二项式定理和杨辉三角有了更深入的理解。
反思部分分析了教学中遇到的困难和不足,并提出了改进的建议。
将杨辉三角融入二项式定理的教学能够激发学生的学习兴趣,提高他们的数学能力,有助于培养学生的逻辑思维和数学推理能力。
在未来的教学中,可以进一步探索更多的教学方法,促进学生对数学知识的深入理解和应用。
【关键词】杨辉三角, 二项式定理, 教学实践, 学习效果, 反思, 展望1. 引言1.1 引言杨辉三角和二项式定理是高中数学中重要且常见的概念,它们在代数学习中扮演着重要的角色。
杨辉三角最早起源于中国古代数学家杨辉的工作,它是一种数学图形,数字按照一定的规律排列在三角形中,具有一些特殊的性质和规律。
而二项式定理则是代数学中的一个重要定理,描述了如何展开一个形如(a+b)^n的表达式。
本文将探讨杨辉三角和二项式定理之间的联系,以及如何将杨辉三角融入到二项式定理的教学中。
我们将首先介绍杨辉三角的基本原理,然后简要回顾二项式定理的基本概念,接着深入探讨杨辉三角和二项式定理之间的联系。
在教学实践中,我们将分享一些具体操作和案例,探讨学生学习效果及教学过程中的反思。
通过本文的研究与实践,我们希望能够更好地理解和运用杨辉三角和二项式定理,帮助学生更好地掌握代数知识,提高他们的数学能力和解决问题的能力。
我们也将对教学实践中的一些挑战和改进方向进行探讨,以期能够进一步完善教学方法,提高教学质量和效果。
2. 正文2.1 杨辉三角的基本原理杨辉三角是中国古代数学的杰出成就之一,它由中国数学家杨辉在13世纪提出。
杨辉三角是一个由数字构成的三角形,每一行的数字是通过上一行相邻两个数字相加而得到的。
【教学设计】一、教学目标 (一)知识与技能1. 了解“杨辉三角”及其历史2. 认识“杨辉三角”中行、列数字的特点及其组合数性质、二项式系数之间的联系。
(二)过程与方法提高学生的归纳推理能力,树立由特殊到一般的数学思想。
(三)情感、态度与价值观利用“杨辉三角”的历史对学生进行爱国主义教育,激励学生的民族自豪感和为国富民强而奋斗学习的热情,提高学生的数学应用意识,培养学生学习数学的兴趣。
教学重点:引导学生探讨“杨辉三角”中蕴含的数字规律。
教学难点:二项式系数的最大值及其应用。
二、教学过程 1. 新课引入 (1) 二项式定理:)N ()(222110+---∈++++++=+n b C b a C b a C b a C a C b a nn n r r n r n n n n n n n n①二项式系数:___________;②通项:___________.(2)计算(a+b)n展开式的二项式系数并填入下表n 二项式系数123456(3)杨辉三角的历史【设计意图】从学生已有的关于二项式定理的知识及二项式系数的运算出发,让学生通过填表的形式发现二项式系数具有一定的规律。
同时也让学生发现,这样的表格不利于发现二项式系数的其它性质,由此引发思考:如何对表格进一步整理,得到更方便观察二项式系数的数字规律的表格,由此可以自然引出“杨辉三角”。
通过对杨辉的介绍,让学生了解中国古代数学的伟大成就,增强学生的爱国情感。
2.课堂探究探究1:各行数有什么规律?性质1:①______________________________②______________________________探究2:上下两行的数之间有什么关系?性质2:____________________________________________________________________________探究3:各行数的增减性与最大值有什么规律?性质3:二项式系数的增减性与最大值①当n为偶数时,_____________________________;②当n为奇数时,_____________________________.探究4:各行数的和是多少?性质4:二项式系数的和:__________________.【设计意图】通过引导学生从不同的角度观察“杨辉三角”,采用多种方式(独立思考、合作交流)得出“杨辉三角”中数字的规律,使各组可以一起分享讨论成果。
指导学生研究杨辉三角的实践及其教育价值浙江省宁波市北仑中学安凤吉 315800杨辉三角是现行高中数学教材中少见的数学历史材料之一,它不仅记载了一些中外数学家们一段美好而又动听的故事,而且还科学地揭示了二项展开式的二项式系数的构成规律,更具有许多奇妙的性质.因此,杨辉三角是不可多得的集思想性、科学性、知识性、趣味性于一体的珍贵的历史材料.为了充分发挥杨辉三角的教育功能,笔者指导了学生对杨辉三角的研究,现将研究的过程、成果及体会分述如下.1.实践过程利用二项式定理第二课时的小结时间(约10分钟),向学生简介杨辉三角,并发给每人一份研究提纲,指导、布置研究任务.1.1杨辉三角简介杨辉三角因最早出现在我国宋朝数学家杨辉1261年所著的《详解九章算法》的附录中而被称为“杨辉三角”.其实,在11世纪中叶,我国北宋数学家贾宪就著就了《皇帝九章算法细草》一书,可惜这部书早已失传了.但该书部分内容(包括杨辉三角)因被收入《详解九章算法》一书而幸存.西方把杨辉三角称为“帕斯卡三角”,这是因为“帕斯卡三角”在西方最早出现在法国数学家帕斯卡1665年出版的《算术三角》的著作中,这要比贾宪晚400年左右.1.2杨辉三角的研究提纲(1)阅读《高中代数(下册)》第248页至第249页.(2)如图1-1,一个儿童从A处进入图中的曲经,请计算这个儿童分别到达B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、O处的最短路线的条数,并把它填入图1-2的相应的圆圈内.你从中发现有什么规律?按照你计算的结果和发现的规律对照杨辉三角,写出杨辉三角的前8行.(图1-1)(图1-2)(3)请参考《高中代数(下册)》第248页的图,研究杨辉三角中的数字与组合数是否有关系?有怎样的关系?(4)在杨辉三角中,如图2,一些直线连接的数字分别构成了一些数列,请研究这些数列的性质.例如,杨辉三角是一个“等腰三角形”,左腰上的数字构成了常数列1,1,1,…,1…;平行于左腰的直线上的数字依次构成等差数列1,2,3,4,…;二阶等差数列(其一阶差分数列是等差数列)1,3,6,10,…;三阶等差数列(其二阶差分数列是等差数列)1,4,10,20,…;……(5)从“形”上研究杨辉三角的性质,例如奇数的分布,偶数的分布,3的倍数的分布等等.(6)研究杨辉三角其它方面的性质.(7)参考文献(略).1.3研究活动的具体要求(1)自愿为原则,每班组成10个研究小组,每组4至5人,并推选一名组长,负责组织本组的研究及研究成果的整理,写成一篇小论文.(2)对于研究的成果,要进行严格的证明,如果是摘录的结论,请注明出处.(3)三周后进行交流,各研究小组分别委派一名代表宣读论文.(4)评选出优秀研究成果(不超过研究成果总数的三分之一).2.研究成果(如图3)(图2 ) (图3)2.1杨辉三角的数字构成规律是,每行两相邻数字的和等于它们共同对应的下行的数字(如图中),这条性质可由m n m n m n C C C 11+-=+得证.2.2横行(如1—4—6—4—1)与首末两端“等距离”的两个数字相等,这条性质就是二项式系数的性质1.2.3第n 行(如1—4—6—4—1)的所有数字之和为21-n ,这条性质可由组合数的性质1112111012------=++++n n n n n n C C C C 得证. 2.4当n 为奇数时,第n 行有奇数项,中间一项最大;当n 为偶数时,第n行有偶数项,中间两项相等且最大.这条性质就是二项式系数的性质2.2.5第n 行的平方和等于1)1(2--n n C (如12+42+62+42+12=70=4815)15(2C C =--),这条性质可由恒等式1)1(2211221211201)()()()(-------=++++n n n n n n n C C C C C 得证. 2.6平行于杨辉三角的腰的直线(包括腰所在的直线)上各个数字之和等于末项的下一行偏向中央的第一项(如图3中1+2+3+4+5+6=21,1+3 +6+10+15=35),可由恒等式1121++++++=++++m n m m n m m m m m m m C C C C C得证.2.7第2n (-∈Z n )行所有各项都是奇数.证明:第2n 行各项为k nC 12-(k =0,1,2……,12-n ), (1)当k =0,1时,kn C 12-=1,12-n 均为奇数; (2)假设当k =m -1(m ≥2)时命题正确,即112--m n C 为奇数,则 m n C 12-=m m n -2112--m n C ……①,若m 为奇数,由①知mn C 12-=奇数奇数奇数⨯,假设m nC 12-是偶数,则有偶数=奇数奇数奇数⨯,即有偶数⨯奇数=奇数⨯奇数,矛盾,故m n C 12-必为奇数;若m 为偶数,可设m =2p 1m ,其中1m 为正奇数,N p ∈,n p <.①可化为m n C 12-=112m m p n --112--m n C ,同理可证mn C 12-仍为奇数.因而当k =m 时,命题也正确.由(1)、(2)可知第2n 行所有各项都是奇数.2.8中轴线(1,2,6,20……所在的直线)上的各项或平行于中轴的直线上的各项构成的数列,都有这样的性质:每一项与前一项的比构成的新数列的极限均为4.证明:原数列的通项为211kn n C +--(它是杨辉三角中的第n 行,且与中轴线的距离为k 的直线上的数),当k =0时,⎭⎬⎫⎩⎨⎧--211n n C 是中轴线上的数列 (n =1,3,5,…,2m -1,…);当k =1时,⎭⎬⎫⎩⎨⎧-21n n C(n =2,4,6,…,2m ,…)是平行于中轴线且与其相邻(即距离为1)的直线上的数列;当k =2时,⎭⎬⎫⎩⎨⎧+-211n n C(n =3,5,7,…,2m -1,…)是平行于中轴线且与中轴线距离为2的直线上的数列….因为211k n n C +--的前一项是233kn n C +--,故211kn n C +--÷233k n n C +--=])1][()1[()2)(1(4k n k n n n --+---,故有∞→n lim (211k n n C +--÷233k n n C +--) =∞→n lim ])1][()1[()2)(1(4k n k n n n --+---=4. 2.9把每一行各项从左至右分别乘以m 0,m 1,…m r ,…(m C ∈,m ≠-1),再把它们加起来所得到的和数列是公比为(1+m )的等比数列.证明:第n 行各项为11211101,,,,-----n n n n n C C C C ,由题设新数列的通项为n a =11112211101)1(-------+=++++n n n n n n n m m C m C m C C ,故有n a ÷1-n a =(1+m ),得证.2.10英国的《SMP 英国中学数学教科书》中,把帕斯卡三角(即杨辉三角)改写成如图4的形式,并将每一条斜线上的数字分别相加,得到数列1,1,3,5,8,13,21,…,此数列是著名的斐波那契数列.2.11在杨辉三角中(如图3),以第n 行(包括该行)为底边,以第一行的“1”为顶点的三角形是等边三角形.我们称之为边长为n 的杨辉三角.2.12在边长为16的杨辉三角中,把偶数“聚集区”(图5中“0”代表偶数,“1”代表奇数,可称为杨辉三角的0-1三角)看作是“倒等边三角形”,只有一个偶数的“聚集区”,也可看作是一个边长为1的“倒等边三角形”.把这些“倒等边三角形”从杨辉三角中“挖去”,剩余部分就是有趣的西尔平斯基衬垫(如图6).西尔平斯基衬垫是由波兰数学家西尔平斯基(Sierpinski )于1915年发现的,故而得名.使用Gbasic 语言编程:运行结果如图5:(图5)(图6)通过民主评议,同学们一致认为2.7、2.8、2.12是我们依靠自己的聪明才智,并做了很多具有开拓性的工作获得的,因而无可争议地被评为优秀成果.2.10虽然不是学生自己的研究成果,但是,多数同学认为2.10也来之不易,是一个小组的同学费尽周折获得的,并且还有很强的趣味性;另外,“拿来主义”也是学习的一种方法.因此,2.10也被评为优秀成果.3.教育价值3.1德育价值3.1.1培养爱国主义思想的教育价值杨辉三角“是数学史上的重大发现,它在数学的许多领域都有及其重要的应用”[1],这一重大发现比西方要早四百年左右,是我国数学家对数学发展的重要贡献之一.通过向学生介绍杨辉三角的来龙去脉,展示了我国悠久的历史、灿烂的文化和我国古代数学发展的成就,显示了我们中华民族的勤劳和智慧.改革开放的今天,是我国历史上经济发展和社会进步的最好时期,中华古老文化的底蕴与中华民族的聪明才智,必将化作21世纪的民主、富强、文明的社会主义现代化强国,屹立在世界的东方.这是一次生动的爱国主义思想教育,极大地激发了学生实现为社会主义现代化强国而刻苦学习的热情.3.1.2培养献身科学精神的价值通过杨辉三角的介绍和查阅大量的资料,学生还获得了许多科学知识和鲜为人知的关于科学和科学家的故事,从而引起了学生对科学的极大兴趣和热爱.在研究的过程中,学生也体会到了在科学研究中遇到挫折时的困惑和取得成功的喜悦.这些都会使学生萌发和树立爱科学、学科学、用科学、献身科学的思想.而从事科学研究首先要有科学的态度,还要有脚踏实地、知难而上的实干精神,通过这项研究,也有利于磨练学生的意志,培养学生一丝不苟的科学态度、坚忍不拔的毅力和刻苦钻研的精神.3.1.3培养合作意识和精神的价值和平与发展是当今世界的主流,而和平与发展需要合作,没有合作就没有和平,就没有发展.一个人不谋求并善于与他人合作,就很难融入现代社会,就没有发展的空间,甚至难以生存.我国已经进入了独生子女时代,学校教育要重视培养学生与他人合作的意识和精神.这项研究活动是在自愿的基础上组成研究小组,以研究小组为单位,组员之间既有分工又有合作,研究成果是集体智慧的结晶,使学生体会到了合作的快乐和合作的重要性,从而引导学生广泛交流,主动寻求合作,互相帮助共同进步.3.2智育价值3.2.1开发智力培养能力的价值这是一个研究性学习的学习过程.虽然有研究提纲,但也仅限于研究的方向,具有高度的开放性,需要学生自己提出问题,并想方设法解决问题.因此,这是一个锻炼和提高问题解决能力的好机会.有了研究的方向,学生首先对杨辉三角进行观察、分析,通过感性认识进行归纳、抽象、概括提出问题,有利于培养学生思维的灵活性和思维的广阔性;对所提出的问题进行计算、演绎、推理、分析和判断得出结论,然后加以论证或否定,有利于培养学生思维的深刻性和思维的批判性.在这个过程中,学生的思维能力、运算能力、空间想象能力都得到了锻炼和提高,有利于形成和提高分析问题和解决问题的能力,起到了开发智力培养能力的作用.3.2.2培养数学应用的意识和能力的价值使学生学会从事社会主义现代化建设事业或进一步学习所必须的数学知识,培养学生数学应用的意识和能力,是中学数学的教学目的之一.通过对杨辉三角的研究,不仅使学生所学的知识得以巩固和加强,还使学生感到自己的所学有了用武之地,提高了学生学习数学的兴趣以及数学应用的意识和能力.特别是有一组的同学,使用Gbasic 语言编程,运用计算机这一现代化手段,打印出了杨辉三角、杨辉三角的0-1三角和西尔平斯基衬垫,这一“开拓性”的工作,使学生受到了巨大的鼓舞.3.2.3培养科学研究的意识和能力的价值现代教育需要培养创新型的人才,而培养学生科学研究的意识和能力,是培养创新精神的重要方面;现代社会的发展需要人才的知识结构不断更新,因此,学习将伴随人们的终身,学校教育肩负着培养学生终身学习能力的重任,要使学生掌握与现代社会发展相适应的学习方法.指导学生对杨辉三角的研究,使学生了解了科学研究和研究性学习的过程和方法,为进一步培养和提高自学能力、科学研究能力奠定了基础.3.3美育价值杨辉三角中的数字都关于中轴线对称;边长为n2的杨辉三角的0-1三角,关于“三条高线”都对称;西尔平斯基衬垫也具有上述性质; 体现了数学的对称美.杨辉三角的0-1三角还可由下面的作出:先由三个边长为2的杨辉三角(如图7-1),方法拼成边长为4的杨辉。
杨辉三角融入二项式定理的教学实践及反思杨辉三角形是数学中一种非常有趣且富有规律性的图形,与二项式定理有着密切的关系。
在教学过程中,我将杨辉三角形融入到二项式定理的教学中,通过实践教学,使学生更好地理解和掌握这两个概念。
在教学中,我首先向学生介绍了杨辉三角形的构造方法。
我告诉学生,杨辉三角形是由每个数等于它上方两数之和构成的,顶端的1是起始数。
我让学生自己动手构造一个杨辉三角形,并让他们观察这个图形的规律。
通过实际操作,学生对杨辉三角形的构造规律有了更深刻的理解。
接下来,我向学生介绍了二项式定理的概念。
我告诉他们,二项式定理是用来展开(a+b)^n的公式,其中a和b是任意实数,n是正整数。
我给学生讲解了二项式的展开规律,并给出了具体的数值例子,帮助学生更好地理解这个概念。
然后,我将杨辉三角形与二项式定理结合起来,告诉学生杨辉三角形每一行的数值实际上就是(a+b)^n展开式中的系数。
通过这种方式,学生能够更直观地理解二项式定理的应用。
为了加深学生的理解,我设计了一些练习题供学生完成。
题目包括两部分,一部分是要求学生根据杨辉三角形的规律,写出二项式展开式中的系数,另一部分是给了一个二项式展开式,要求学生根据系数反推出杨辉三角形的对应行。
通过这些练习,学生既能够运用杨辉三角形构造规律来解题,也能够通过反推的方式加深对二项式展开的理解。
在实施教学的过程中,我发现学生对于杨辉三角形的构造规律理解较快,但是对于如何将杨辉三角形与二项式定理联系起来,以及如何应用二项式定理解题还存在一定的困惑。
这让我意识到,在教学中需要更加注重对于二项式定理的引导和解释。
我在后续的课堂上针对这一问题进行了针对性的讲解和练习,以帮助学生更好地掌握这个概念。
将杨辉三角形融入到二项式定理的教学中是一种有效的教学方法。
通过实践教学,学生能够更好地理解和掌握杨辉三角形和二项式定理的基本概念,并且能够灵活运用这些概念解决问题。
通过对教学过程的反思和调整,我也不断提高了自己的教学水平,为学生提供更优质的教学内容和方法。
杨辉三角融入二项式定理的教学实践及反思1. 引言1.1 介绍杨辉三角和二项式定理的概念杨辉三角是中国古代数学家杨辉创制的一种数字图形,它是通过不断累加上一行两个数字得到下一行中间的数字,形成一个三角形状的数字图案。
杨辉三角的特点是每个数字等于它上方两个数字之和。
这个数学工具不仅可以用来展示数字规律,还可以用来解决各种数学问题。
而二项式定理是代数学中的一个基本定理,它描述了两个数之和的幂被展开成一系列的多项式的规律。
简而言之,二项式定理即为幂的展开公式。
利用二项式定理,我们可以简单地计算高次幂的展开式,也可以帮助解决各种代数问题。
杨辉三角和二项式定理之间有着密切的联系。
在杨辉三角中,每行的数字可以视为二项式系数,而每一行之间的关系可以通过二项式定理来解释。
结合杨辉三角和二项式定理可以帮助学生更好地理解数学规律,提高他们的数学思维能力。
在教学实践中融入二项式定理,可以帮助学生更加直观地理解抽象的代数概念,激发他们对数学的兴趣和学习动力。
1.2 阐述融入二项式定理的重要性融入二项式定理是杨辉三角教学中至关重要的环节。
二项式定理是高中数学重要的概念之一,它可以帮助学生理解和运用数学知识,提高他们的数学思维能力和解题技巧。
将二项式定理融入杨辉三角教学中,可以更好地帮助学生理解数学概念,从而更深入地掌握知识点。
通过将杨辉三角和二项式定理进行结合教学,可以帮助学生建立起数学知识之间的联系,深化他们对数学概念的理解。
这种教学方法也可以激发学生对数学的兴趣,提高他们学习数学的积极性。
融入二项式定理对于杨辉三角教学的重要性不言而喻,它可以有效提升教学效果,让学生在学习过程中获得更多的知识和启发。
2. 正文2.1 教学实践一:引导学生观察杨辉三角的规律杨辉三角是数学中一种十分有趣且具有规律性的数列图形,它展示了组合数学中的一些重要概念。
在教学实践一中,我们要引导学生通过观察杨辉三角的结构和特点来理解其中的规律。
让学生观察杨辉三角的每一行数字是如何生成的。
杨辉三角融入二项式定理的教学实践及反思一、教学实践在教学中,为了帮助学生更好地理解和应用二项式定理,我选择将杨辉三角和二项式定理进行融合教学。
下面是我在教学过程中的一些实践。
1.引入杨辉三角为了引起学生的兴趣,我首先给学生展示了杨辉三角的特点和规律。
通过给学生一个具体的杨辉三角,让学生观察并找出其中的规律,然后引导学生自己写出杨辉三角。
2.杨辉三角与二项式系数在学生理解了杨辉三角的生成规律之后,我通过让学生观察杨辉三角中的数值与二项式系数之间的联系,引导学生发现杨辉三角和二项式系数之间的关系。
然后,我给学生一个任务,让他们根据杨辉三角中的数值,写出对应的二项式系数。
3.证明杨辉三角与二项式定理的联系为了让学生更加深入地理解杨辉三角和二项式定理之间的联系,我设计了一道证明题目。
在学生掌握杨辉三角和二项式定理的基本概念之后,我让他们利用杨辉三角和二项式定理的定义进行证明。
通过这样的练习,学生不仅能够加深对杨辉三角和二项式定理的理解,还可以培养他们的逻辑思维能力和证明能力。
4.应用二项式定理解决实际问题在学生掌握了杨辉三角和二项式定理的基本知识之后,我设计了一些实际问题,让学生应用二项式定理解决问题。
通过解决实际问题,学生能够更好地理解和应用二项式定理,同时也增强了他们解决实际问题的能力。
二、反思通过以上的实践,我发现杨辉三角与二项式定理的融合教学对学生的学习效果有一定的提升。
学生通过观察和探索杨辉三角的规律,能够更好地理解和记忆二项式系数的计算方法,并且能够更好地应用二项式定理解决实际问题。
也存在一些问题需要改进。
在引入杨辉三角和二项式定理的时候,我没有给学生提供足够的背景知识和应用情境,导致有些学生对杨辉三角和二项式定理的意义和实际应用不够理解。
在应用二项式定理解决实际问题的练习中,我没有给学生足够的引导和提示,导致有些学生在解题过程中出现了困惑和迷茫。
杨辉三角融入二项式定理的教学实践在某种程度上提高了学生的学习效果。
指导学生研究杨辉三角的实践及其教育价值浙江省宁波市北仑中学安凤吉 315800杨辉三角是现行高中数学教材中少见的数学历史材料之一,它不仅记载了一些中外数学家们一段美好而又动听的故事,而且还科学地揭示了二项展开式的二项式系数的构成规律,更具有许多奇妙的性质.因此,杨辉三角是不可多得的集思想性、科学性、知识性、趣味性于一体的珍贵的历史材料.为了充分发挥杨辉三角的教育功能,笔者指导了学生对杨辉三角的研究,现将研究的过程、成果及体会分述如下.1.实践过程利用二项式定理第二课时的小结时间(约10分钟),向学生简介杨辉三角,并发给每人一份研究提纲,指导、布置研究任务.1.1杨辉三角简介杨辉三角因最早出现在我国宋朝数学家杨辉1261年所著的《详解九章算法》的附录中而被称为“杨辉三角”.其实,在11世纪中叶,我国北宋数学家贾宪就著就了《皇帝九章算法细草》一书,可惜这部书早已失传了.但该书部分内容(包括杨辉三角)因被收入《详解九章算法》一书而幸存.西方把杨辉三角称为“帕斯卡三角”,这是因为“帕斯卡三角”在西方最早出现在法国数学家帕斯卡1665年出版的《算术三角》的著作中,这要比贾宪晚400年左右.1.2杨辉三角的研究提纲(1)阅读《高中代数(下册)》第248页至第249页.(2)如图1-1,一个儿童从A处进入图中的曲经,请计算这个儿童分别到达B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、O处的最短路线的条数,并把它填入图1-2的相应的圆圈内.你从中发现有什么规律?按照你计算的结果和发现的规律对照杨辉三角,写出杨辉三角的前8行.(图1-1)(图1-2)(3)请参考《高中代数(下册)》第248页的图,研究杨辉三角中的数字与组合数是否有关系?有怎样的关系?(4)在杨辉三角中,如图2,一些直线连接的数字分别构成了一些数列,请研究这些数列的性质.例如,杨辉三角是一个“等腰三角形”,左腰上的数字构成了常数列1,1,1,…,1…;平行于左腰的直线上的数字依次构成等差数列1,2,3,4,…;二阶等差数列(其一阶差分数列是等差数列)1,3,6,10,…;三阶等差数列(其二阶差分数列是等差数列)1,4,10,20,…;……(5)从“形”上研究杨辉三角的性质,例如奇数的分布,偶数的分布,3的倍数的分布等等.(6)研究杨辉三角其它方面的性质.(7)参考文献(略).1.3研究活动的具体要求(1)自愿为原则,每班组成10个研究小组,每组4至5人,并推选一名组长,负责组织本组的研究及研究成果的整理,写成一篇小论文.(2)对于研究的成果,要进行严格的证明,如果是摘录的结论,请注明出处.(3)三周后进行交流,各研究小组分别委派一名代表宣读论文.(4)评选出优秀研究成果(不超过研究成果总数的三分之一).2.研究成果(如图3)(图2 ) (图3)2.1杨辉三角的数字构成规律是,每行两相邻数字的和等于它们共同对应的下行的数字(如图中),这条性质可由m n m n m n C C C 11+-=+得证.2.2横行(如1—4—6—4—1)与首末两端“等距离”的两个数字相等,这条性质就是二项式系数的性质1.2.3第n 行(如1—4—6—4—1)的所有数字之和为21-n ,这条性质可由组合数的性质1112111012------=++++n n n n n n C C C C 得证. 2.4当n 为奇数时,第n 行有奇数项,中间一项最大;当n 为偶数时,第n行有偶数项,中间两项相等且最大.这条性质就是二项式系数的性质2.2.5第n 行的平方和等于1)1(2--n n C (如12+42+62+42+12=70=4815)15(2C C =--),这条性质可由恒等式1)1(2211221211201)()()()(-------=++++n n n n n n n C C C C C 得证. 2.6平行于杨辉三角的腰的直线(包括腰所在的直线)上各个数字之和等于末项的下一行偏向中央的第一项(如图3中1+2+3+4+5+6=21,1+3 +6+10+15=35),可由恒等式1121++++++=++++m n m m n m m m m m m m C C C C C得证.2.7第2n (-∈Z n )行所有各项都是奇数.证明:第2n 行各项为k nC 12-(k =0,1,2……,12-n ), (1)当k =0,1时,kn C 12-=1,12-n 均为奇数; (2)假设当k =m -1(m ≥2)时命题正确,即112--m n C 为奇数,则 m n C 12-=m m n -2112--m n C ……①,若m 为奇数,由①知mn C 12-=奇数奇数奇数⨯,假设m nC 12-是偶数,则有偶数=奇数奇数奇数⨯,即有偶数⨯奇数=奇数⨯奇数,矛盾,故m n C 12-必为奇数;若m 为偶数,可设m =2p 1m ,其中1m 为正奇数,N p ∈,n p <.①可化为m n C 12-=112m m p n --112--m n C ,同理可证mn C 12-仍为奇数.因而当k =m 时,命题也正确.由(1)、(2)可知第2n 行所有各项都是奇数.2.8中轴线(1,2,6,20……所在的直线)上的各项或平行于中轴的直线上的各项构成的数列,都有这样的性质:每一项与前一项的比构成的新数列的极限均为4.证明:原数列的通项为211kn n C +--(它是杨辉三角中的第n 行,且与中轴线的距离为k 的直线上的数),当k =0时,⎭⎬⎫⎩⎨⎧--211n n C 是中轴线上的数列 (n =1,3,5,…,2m -1,…);当k =1时,⎭⎬⎫⎩⎨⎧-21n n C(n =2,4,6,…,2m ,…)是平行于中轴线且与其相邻(即距离为1)的直线上的数列;当k =2时,⎭⎬⎫⎩⎨⎧+-211n n C(n =3,5,7,…,2m -1,…)是平行于中轴线且与中轴线距离为2的直线上的数列….因为211k n n C +--的前一项是233kn n C +--,故211kn n C +--÷233k n n C +--=])1][()1[()2)(1(4k n k n n n --+---,故有∞→n lim (211k n n C +--÷233k n n C +--) =∞→n lim ])1][()1[()2)(1(4k n k n n n --+---=4. 2.9把每一行各项从左至右分别乘以m 0,m 1,…m r ,…(m C ∈,m ≠-1),再把它们加起来所得到的和数列是公比为(1+m )的等比数列.证明:第n 行各项为11211101,,,,-----n n n n n C C C C ,由题设新数列的通项为n a =11112211101)1(-------+=++++n n n n n n n m m C m C m C C ,故有n a ÷1-n a =(1+m ),得证.2.10英国的《SMP 英国中学数学教科书》中,把帕斯卡三角(即杨辉三角)改写成如图4的形式,并将每一条斜线上的数字分别相加,得到数列1,1,3,5,8,13,21,…,此数列是著名的斐波那契数列.2.11在杨辉三角中(如图3),以第n 行(包括该行)为底边,以第一行的“1”为顶点的三角形是等边三角形.我们称之为边长为n 的杨辉三角.2.12在边长为16的杨辉三角中,把偶数“聚集区”(图5中“0”代表偶数,“1”代表奇数,可称为杨辉三角的0-1三角)看作是“倒等边三角形”,只有一个偶数的“聚集区”,也可看作是一个边长为1的“倒等边三角形”.把这些“倒等边三角形”从杨辉三角中“挖去”,剩余部分就是有趣的西尔平斯基衬垫(如图6).西尔平斯基衬垫是由波兰数学家西尔平斯基(Sierpinski )于1915年发现的,故而得名.使用Gbasic 语言编程:运行结果如图5:(图5)(图6)通过民主评议,同学们一致认为2.7、2.8、2.12是我们依靠自己的聪明才智,并做了很多具有开拓性的工作获得的,因而无可争议地被评为优秀成果.2.10虽然不是学生自己的研究成果,但是,多数同学认为2.10也来之不易,是一个小组的同学费尽周折获得的,并且还有很强的趣味性;另外,“拿来主义”也是学习的一种方法.因此,2.10也被评为优秀成果.3.教育价值3.1德育价值3.1.1培养爱国主义思想的教育价值杨辉三角“是数学史上的重大发现,它在数学的许多领域都有及其重要的应用”[1],这一重大发现比西方要早四百年左右,是我国数学家对数学发展的重要贡献之一.通过向学生介绍杨辉三角的来龙去脉,展示了我国悠久的历史、灿烂的文化和我国古代数学发展的成就,显示了我们中华民族的勤劳和智慧.改革开放的今天,是我国历史上经济发展和社会进步的最好时期,中华古老文化的底蕴与中华民族的聪明才智,必将化作21世纪的民主、富强、文明的社会主义现代化强国,屹立在世界的东方.这是一次生动的爱国主义思想教育,极大地激发了学生实现为社会主义现代化强国而刻苦学习的热情.3.1.2培养献身科学精神的价值通过杨辉三角的介绍和查阅大量的资料,学生还获得了许多科学知识和鲜为人知的关于科学和科学家的故事,从而引起了学生对科学的极大兴趣和热爱.在研究的过程中,学生也体会到了在科学研究中遇到挫折时的困惑和取得成功的喜悦.这些都会使学生萌发和树立爱科学、学科学、用科学、献身科学的思想.而从事科学研究首先要有科学的态度,还要有脚踏实地、知难而上的实干精神,通过这项研究,也有利于磨练学生的意志,培养学生一丝不苟的科学态度、坚忍不拔的毅力和刻苦钻研的精神.3.1.3培养合作意识和精神的价值和平与发展是当今世界的主流,而和平与发展需要合作,没有合作就没有和平,就没有发展.一个人不谋求并善于与他人合作,就很难融入现代社会,就没有发展的空间,甚至难以生存.我国已经进入了独生子女时代,学校教育要重视培养学生与他人合作的意识和精神.这项研究活动是在自愿的基础上组成研究小组,以研究小组为单位,组员之间既有分工又有合作,研究成果是集体智慧的结晶,使学生体会到了合作的快乐和合作的重要性,从而引导学生广泛交流,主动寻求合作,互相帮助共同进步.3.2智育价值3.2.1开发智力培养能力的价值这是一个研究性学习的学习过程.虽然有研究提纲,但也仅限于研究的方向,具有高度的开放性,需要学生自己提出问题,并想方设法解决问题.因此,这是一个锻炼和提高问题解决能力的好机会.有了研究的方向,学生首先对杨辉三角进行观察、分析,通过感性认识进行归纳、抽象、概括提出问题,有利于培养学生思维的灵活性和思维的广阔性;对所提出的问题进行计算、演绎、推理、分析和判断得出结论,然后加以论证或否定,有利于培养学生思维的深刻性和思维的批判性.在这个过程中,学生的思维能力、运算能力、空间想象能力都得到了锻炼和提高,有利于形成和提高分析问题和解决问题的能力,起到了开发智力培养能力的作用.3.2.2培养数学应用的意识和能力的价值使学生学会从事社会主义现代化建设事业或进一步学习所必须的数学知识,培养学生数学应用的意识和能力,是中学数学的教学目的之一.通过对杨辉三角的研究,不仅使学生所学的知识得以巩固和加强,还使学生感到自己的所学有了用武之地,提高了学生学习数学的兴趣以及数学应用的意识和能力.特别是有一组的同学,使用Gbasic 语言编程,运用计算机这一现代化手段,打印出了杨辉三角、杨辉三角的0-1三角和西尔平斯基衬垫,这一“开拓性”的工作,使学生受到了巨大的鼓舞.3.2.3培养科学研究的意识和能力的价值现代教育需要培养创新型的人才,而培养学生科学研究的意识和能力,是培养创新精神的重要方面;现代社会的发展需要人才的知识结构不断更新,因此,学习将伴随人们的终身,学校教育肩负着培养学生终身学习能力的重任,要使学生掌握与现代社会发展相适应的学习方法.指导学生对杨辉三角的研究,使学生了解了科学研究和研究性学习的过程和方法,为进一步培养和提高自学能力、科学研究能力奠定了基础.3.3美育价值杨辉三角中的数字都关于中轴线对称;边长为n2的杨辉三角的0-1三角,关于“三条高线”都对称;西尔平斯基衬垫也具有上述性质; 体现了数学的对称美.杨辉三角的0-1三角还可由下面的作出:先由三个边长为2的杨辉三角(如图7-1),方法拼成边长为4的杨辉。