3.1.1.1函数的概念第1课时(回归教材ima版)教学设计
- 2026-09-22 00:49:32


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《函数的概念》(第一课时)教学设计
课型:概念课
一、内容和内容解析
1. 内容
本节课的核心内容是函数概念的抽象与形式化定义,具体包括:
• 从四个典型实例(行程问题、工资问题、空气质量指数问题、恩格尔系数问题)中抽象概括函数的共同特征; • 形成函数的形式化定义:设 , 是非空的实数集,如果对于集合 中的任意一个数 ,按照某种确定的对应关系 ,在集合 中都有唯一确定的数 和它对应,那么就称 为从集合 到集合 的一个函数,记作 ,; • 理解函数的三个要素:定义域、对应关系、值域。
2. 内容解析
函数是贯穿高中数学课程的一条主线,是描述客观世界中变量之间对应关系的重要数学模型。初中阶段,学生已经从变量之间的关系角度初步认识了函数(变量说),知道“在一个变化过程中,如果有两个变量 与 ,并且对于 的每一个确定的值, 都有唯一确定的值与其对应,那么 是自变量, 是 的函数”。然而,初中函数概念基于“变量说”,依赖于对运动变化过程的直观感知,在处理一些抽象的函数关系(如分段函数、抽象对应关系)时存在局限。
本节课在初中函数概念的基础上,通过丰富的实例,引导学生从集合之间的对应关系这一全新的视角来审视函数,将函数从一个“变化过程”提升为一种“对应关系”,建立起函数概念的“对应说”定义。这一抽象过程实现了从“变量说”到“对应说”的飞跃,使学生能够更精确、更一般地刻画函数概念,也为后续学习函数的表示法、单调性、奇偶性、指数函数、对数函数、三角函数等内容奠定坚实的理论基础。
3. 知识联系或上下位关系
• 上位知识:集合与常用逻辑用语(必修第一册第一章)——函数是集合之间的一种特殊对应关系,定义域、值域均为数集。 • 下位知识:函数的表示法(3.1.2,解析法、图象法、列表法)、函数的基本性质(3.2,单调性、奇偶性)、幂函数(3.3)、指数函数与对数函数(第四章)、三角函数(第五章)。 • 并列知识:映射概念(选修内容,函数是映射的特殊情形)。 • 学科地位:函数是高中数学的核心概念之一,是贯穿高中数学课程的主线。函数思想是四大数学思想之一,本节课从“对应说”的角度重新定义函数,是学生数学认知结构的一次重大升级。
二、目标和目标解析
教学目标
依据《普通高中数学课程标准(2017年版)》的要求,结合本节课内容特点,制定如下三维教学目标:
• 知识目标:理解函数的概念,能准确叙述函数的集合对应定义,理解函数定义域、值域、对应关系三要素的含义。知道函数的三要素是确定函数的关键,能判断两个函数是否相同。 • 技能目标:能从实际情境中抽象出函数关系,并能用函数的集合对应定义进行精确刻画。能求简单函数的定义域和值域,能用函数的定义描述具体函数。 • 素养目标:经历从具体实例中抽象概括函数共同特征的过程,提升数学抽象素养;在辨析概念、判断函数是否相同的过程中,提升逻辑推理素养;在构建问题情境描述函数关系的过程中,提升数学建模素养。
目标解析
目标1的达成标志:学生能用自己的语言复述函数的“对应说”定义,能准确说出定义域、值域、对应关系的含义;能判断两个函数是否相同(如能够判断 与 不同,并说明理由)。
目标2的达成标志:学生能完成教科书问题1至问题4中对函数关系的精确刻画,即能用“数集 中的任一 ,按照对应关系 ,在数集 中都有唯一确定的 与之对应”的格式来描述给定函数;能求函数 ()的定义域和值域。
目标3的达成标志:学生在教师的引导下,能主动参与从问题1至问题4中抽象函数共同特征的活动,能用自己的语言概括函数的本质特征;在例题讲解和课堂练习中,能独立构建问题情境使变量关系满足给定的解析式;在判断函数是否相同的讨论中,能基于定义进行有条理的推理。
三、教学重难点
教学重点
函数概念的形成过程,即从具体实例中抽象概括函数共同特征的过程,以及函数“对应说”定义的理解与运用。
教学难点
从“变量说”到“对应说”的认知跨越:初中函数概念强调“一个变化过程”,而高中函数概念强调“两个数集之间的对应关系”。学生需要打破原有的认知框架,从更抽象、更一般的视角理解函数。
对函数符号 的理解:学生容易将 误解为“ 乘以 ”,也容易忽略“”这一重要条件。需要让学生理解 是对应关系, 是 在 下的函数值。
四、教学问题诊断分析
1. 认知基础
学生在初中已经学习了函数的变量说定义,知道函数是刻画变量之间对应关系的数学模型。学生已经学习了集合的概念与表示方法(第一章内容),具备用集合语言表达数学对象的基础。学生熟悉正比例函数、一次函数、二次函数、反比例函数等基本初等函数。
2. 潜在困难
• 困难一:对函数概念抽象程度提升的不适应。初中函数概念基于“运动变化”的直观背景,而高中函数概念抽象为“两个数集之间的对应关系”,抽象程度显著提高。学生可能觉得定义过于形式化,理解不了为什么要这样定义。 • 困难二:对对应关系 的理解存在偏差。学生可能将 仅理解为解析式,而忽视图象、表格等也是对应关系的表示方法。学生可能分不清 与 的区别与联系。 • 困难三:对函数三要素的把握不准确。学生容易忽视定义域的重要性,或者混淆值域与集合 的关系(值域是 的子集,不一定等于 )。 • 困难四:判断两个函数是否相同的方法不清晰。学生在判断 与 是否相同时,可能仅从解析式形式上判断,而忽略了定义域的不同。
3. 突破策略
• 策略一:通过问题1和问题2的对比(对应关系相同但定义域不同),制造认知冲突,使学生感受到仅用“变量说”无法完全刻画函数的本质,从而激发学习新定义的需要。 • 策略二:在概念形成过程中,多次组织学生进行“归纳共同特征”的活动,引导学生自发地用“数集”“任意一个”“唯一确定”等关键词描述函数的本质特征。 • 策略三:在概念辨析环节,设计判断两个函数是否相同的问题( 与 ),引导学生在讨论中明确:函数的本质由定义域和对应关系决定,值域是由定义域和对应关系派生出来的。 • 策略四:在例题教学和课堂练习中,强调用函数的定义(三个要素)来刻画函数,将“求定义域、值域”与“用定义描述函数”结合起来。
五、教学过程设计
【环节一】创设情境,引入新课(约5分钟)
设计意图:
• 激活学生已有的函数概念(“变量说”),为新课学习做好知识铺垫。 • 通过两个问题的追问制造认知冲突,使学生体会到已有函数概念的局限性,从而产生学习新概念的迫切需求。 • 引导学生从“变量的变化范围”的角度思考问题,为本节课用集合语言刻画函数奠定基础。
师生活动:
问题1:在初中我们已经学习过函数的概念,请同学们回忆:什么是函数?你能举出一个具体的函数例子吗?
预设:学生回答初中函数定义(变量说),并举出如 、、 等例子。
追问1:正方形的周长 与边长 的对应关系是 ,而且对于每一个确定的 都有唯一的 与之对应,所以 是 的函数。这个函数和正比例函数 相同吗?
预设:学生可能回答“相同”或“不同”,意见不一。教师引导:从形式上看, 与 的解析式一样,但 表示周长, 表示边长, 的取值范围有限制(),所以它们貌似相同,实则不同。
追问2:你能用已有的函数知识判断 与 是否相同吗?
预设:学生利用初中知识可能认为它们相同(化简后都是 ),也可能注意到 不能为0。教师引导:要准确回答这些问题,就需要进一步学习函数概念。
教师总结:同学们产生的这些疑问,恰恰说明我们对函数概念的认识还不够精确、不够深刻。今天我们就来更精确地学习函数的概念。(板书课题:3.1.1 函数的概念)
【环节二】师生互动,探究新知(约18分钟)
设计意图:
• 通过“问题串”驱动,引导学生逐一分析四个典型实例,从不同角度(解析式、表格、图象)感受函数关系的多样性。 • 引导学生在分析每个问题时,有意识地关注“变量的取值范围”和“对应关系”,为后续抽象概括函数的共同特征积累素材。 • 在归纳共同特征的基础上,师生共同抽象出函数的形式化定义,完成从“变量说”到“对应说”的跨越。
师生活动:
问题2:某“复兴号”高速列车加速到350 km/h后保持匀速运行半小时。这段时间内,列车行进的路程 (单位:km)与运行时间 (单位:h)的关系可以表示为 。这里, 是 的函数吗?
预设:学生回答是的。
追问1:请思考:有人说“根据对应关系 ,这趟列车加速到350 km/h后,运行1 h就前进了350 km。”你认为这个说法正确吗?
预设:学生经过思考会发现,题目条件限定了“运行半小时”, 的变化范围是 , 根本不在这个范围内,所以说法不正确。
追问2:为什么会出现这样的错误?问题出在哪里?
预设:学生发现:问题出在没有关注 的变化范围。
教师引导:很好!在研究函数时,我们不能只说“有一个解析式”,还必须明确自变量的变化范围(即定义域)。下面我们用更精确的语言来表示 与 的对应关系:
列车行进的路程 与运行时间 的对应关系是 ,其中 的变化范围是数集 , 的变化范围是数集 。对于数集 中的任一时刻 ,按照对应关系 ,在数集 中都有唯一确定的路程 和它对应。
问题3:某电气维修公司要求工人每周工作至少1天,至多6天。如果公司确定的工资标准是每人每天350元,而且每周付一次工资,那么你认为该怎样确定一个工人每周的工资?一个工人的工资 (单位:元)是他工作天数 的函数吗?
预设:工资 是一周工作天数 的函数,其对应关系是 。其中 的变化范围是数集 , 的变化范围是数集 。
追问:问题2和问题3中的函数有相同的对应关系(),你认为它们是同一个函数吗?为什么?
预设:学生认为不是同一个函数,因为自变量的取值范围不同,得到的函数值的范围也不同。
教师引导:很好!这说明判断两个函数是否相同,不能只看对应关系,还要看定义域。问题2中 ,问题3中 ,定义域不同,函数就不同。
问题4:图3.1-1是北京市2016年11月23日的空气质量指数(AQI)变化图。如何根据该图确定这一天内任一时刻 h的空气质量指数(AQI)的值 ?你认为这里的 是 的函数吗?
(展示教科书图3.1-1)
预设:学生通过读图,能确定任一时刻的AQI值。从图中可知, 的变化范围是数集 ,AQI的值 都在数集 中。对于数集 中的任一时刻 ,按照图3.1-1中曲线所给定的对应关系,在数集 中都有唯一确定的AQI值 与之对应。因此,这里的 是 的函数。
追问:你能根据图3.1-1找到中午12时的AQI的值吗?
预设:学生在图象上找到 时对应的 值约为90。
教师引导:注意这里对应关系是用图象给出的,而不是解析式,这说明函数的对应关系不一定都能用解析式表示。
问题5:国际上常用恩格尔系数 ()反映一个地区人民生活质量的高低。表3.1-1是我国某省城镇居民恩格尔系数变化情况。你认为按表3.1-1给出的对应关系,恩格尔系数 是年份 的函数吗?如果是,你会用怎样的语言来刻画这个函数?
(展示教科书表3.1-1)
预设:学生观察表格,发现 的取值范围是数集 , 的取值范围是数集 。对于数集 中的任意一个年份 ,根据表3.1-1所给定的对应关系,在数集 中都有唯一确定的恩格尔系数 与之对应。所以, 是 的函数。
教师引导:以上四个问题的背景各不相同,对应关系的表示方式也不同(有解析式、有图象、有表格),但它们有共同的特征。请同学们思考:上述四个问题中的函数有哪些共同特征?由此你能概括出函数概念的本质特征吗?
组织学生小组讨论,然后全班交流。教师根据学生的回答板书关键词:
• 都包含两个非空数集,用 , 表示; • 都有一个对应关系; • 对于数集 中的任意一个数 ,按照对应关系,在数集 中都有唯一确定的数 和它对应。
教师总结并板书函数定义:
一般地,设 , 是非空的实数集,如果对于集合 中的任意一个数 ,按照某种确定的对应关系 ,在集合 中都有唯一确定的数 和它对应,那么就称 为从集合 到集合 的一个函数,记作
其中, 叫做自变量, 的取值范围 叫做函数的定义域;与 的值相对应的 值叫做函数值,函数值的集合 叫做函数的值域。
教师强调:
• 函数是建立在两个非空数集之间的对应关系,符号 表示从 到 的一个函数; • 对应关系 可以是解析式、图象、表格,也可以是其他形式; • 值域是集合 的子集,但不一定等于 。例如,问题1中值域就是 ;问题4中值域是 的真子集。
【环节三】例题讲解,巩固新知(约10分钟)
设计意图:
• 通过例1的学习,帮助学生理解函数的解析式可以脱离实际背景而抽象存在,定义域需要根据实际背景或数学意义来确定。 • 引导学生学会用函数定义(三个要素)来刻画一个函数,体会数学建模的基本过程。 • 通过“探究”活动,鼓励学生自主构建问题情境,加深对函数概念的理解。
师生活动:
例1 函数的解析式是舍弃问题的实际背景而抽象出来的,它所反映的两个量之间的对应关系,可以广泛地用于刻画一类事物中的变量关系和规律。例如,正比例函数 ()可以用来刻画匀速运动中路程与时间的关系、一定密度的物体的质量与体积的关系、圆的周长与半径的关系等。
试构建一个问题情境,使其中的变量关系可以用解析式 来描述。
(1)明确问题本身
教师请学生完整读出题目后,依次追问:
① 这是一个什么类型的数学问题?
预设:这是一个“构建问题情境”的问题,即需要根据给定的解析式,创造一个实际背景,使其中两个变量的关系恰好能用这个解析式刻画。
② 具体要求解决什么?
预设:构建一个问题情境,使其中变量关系可以用 来描述。
③ 这个目标的数学含义是什么?
预设:需要找到两个变量 与 ,使得它们之间的对应关系恰好是 ,并且 的取值范围要使得 的值有意义,通常需要结合具体背景来确定定义域。
(2)拆解题设条件
① 题目给出了什么已知条件?
预设:给定了解析式 。
② 这个解析式的数学特征是什么?
预设:这是一个二次函数,展开后为 ,图象是开口向下的抛物线,对称轴为 。当 时, 的最大值为25(在 时取得),值域为 。
③ 解析式中的 和 在实际背景中各代表什么?
预设:这需要根据具体情境来确定。关键是要让 这个表达式在情境中有明确的数学意义。
(3)建立条件与目标的联系
① 我们学过哪些实际问题中会出现形如 的表达式?
预设:在几何问题中,长方形的面积 = 长 × 宽。如果周长为20的长方形一边为 ,则另一边为 ,面积 。这是一个自然的联系。
② 定义域如何确定?
预设:如果限制 (边长必须为正且小于周长的一半),则 的取值范围为 。
(4)研究核心对象的方法
① 这个问题的核心是什么?
预设:核心是用实际情境解释给定的解析式,即把抽象的二次函数还原为一个具体的实际问题。
② 如何确保情境的合理性?
预设:情境中的两个变量必须符合实际意义,定义域必须是实际问题中变量的允许取值范围。
(5)落地方法并验证逻辑
教师引导学生完成解答并追问:这里 定义域能否取全体实数?为什么不行?
预设:在实际问题中,长方形的边长不能为负数,所以 ,不能取全体实数。
示范解答:
把 看成二次函数,那么它的定义域是 ,值域是 。对应关系 把 中的任意一个数 ,对应到 中唯一确定的数 。
如果对 的取值范围作出限制,例如 ,那么可以构建如下情境:
长方形的周长为20,设一边长为 ,面积为 ,那么 。
其中, 的取值范围是 , 的取值范围是 。对应关系 把每一个长方形的边长 ,对应到唯一确定的面积 。
(6)方法归纳
构建函数情境的一般步骤:①先明确解析式对应的数学模型(如二次函数);②根据实际意义确定自变量的取值范围(定义域);③用自然语言描述变量之间的对应关系。
探究:构建其他可用解析式 描述其中变量关系的问题情境。
预设:学生可能提出:将一根长为20的绳子围成一个矩形,一边长为 ,面积为 。或:两个正数之和为10,其中一个为 ,它们的乘积为 。教师对学生的回答给予肯定,并提醒注意定义域的一致性。
【环节四】课堂练习,内化新知(约7分钟)
设计意图:
• 通过教科书练习的第1题,检测学生对函数定义域、值域的理解,以及对函数定义的运用能力。 • 通过第2题,让学生体会图象也是表示函数对应关系的一种方式,练习从图象中获取信息,确定定义域和值域。 • 通过第3题,帮助学生区分函数与一般对应的区别,加深对“唯一确定”的理解。 • 通过第4题,让学生仿照例1构建问题情境,巩固所学知识。
师生活动:
练习1:一枚炮弹发射后,经过26 s落到地面击中目标。炮弹的射高为845 m,且炮弹距地面的高度 (单位:m)与时间 (单位:s)的关系为
求①所表示的函数的定义域与值域,并用函数的定义描述这个函数。
解答:由题意可知, 的变化范围是 ,所以定义域为 。当 时 最大,,所以值域为 。用函数的定义描述:设 ,,对应关系 把 中的任意一个数 对应到 中唯一确定的数 。
练习2:2016年11月2日8时至次日8时(次日的时间前加0表示)北京的温度走势如图所示。
(展示教科书图象)
(1)求对应关系为图中曲线的函数的定义域与值域;(2)根据图象,求这一天12时所对应的温度。
解答:(1)定义域为 (其中 表示从2日8时开始经过的小时数),值域为 。(2)根据图象,12时所对应的温度约为9℃(具体值以图象为准)。
练习3:集合 , 与对应关系 如下图所示。 是否为从集合 到集合 的函数?如果是,那么定义域、值域与对应关系各是什么?
(展示教科书图象)
解答:是函数。定义域为 ,值域为 (需根据具体图象确定),对应关系 如箭头所示。
练习4:构建一个问题情境,使其中的变量关系能用解析式 来描述。
预设:学生可能回答:设正方形的面积为 ,则它的边长 ()。
教师对学生的回答进行评价,特别关注定义域的确定是否正确。
【环节五】课堂小结,回顾反思(约5分钟)
设计意图:
• 引导学生从知识、方法、思想三个层面总结本课收获,帮助学生建构系统化、结构化的知识体系。 • 反思学习过程中的难点(从“变量说”到“对应说”的转变)和突破方法,积累数学活动经验。
师生活动:
问题6:请同学们回顾本节课的学习过程,从知识、方法、思想三个层面总结本节课的收获。
预设:学生可能从以下几个角度回答:
• 知识层面:学习了函数的形式化定义(“对应说”),知道了函数的三要素(定义域、对应关系、值域),知道了值域是集合 的子集。 • 方法层面:经历了一个完整的数学抽象过程——从多个具体实例中归纳共同特征,再抽象出一般定义。 • 思想层面:体会了从特殊到一般、从具体到抽象的数学思想,以及集合对应的思想。
教师总结:
• 知识上:函数的“对应说”定义——设 , 是非空的实数集,对于 中的任意一个数 ,按照确定的对应关系 ,在 中都有唯一确定的数 和它对应。函数的三要素:定义域、对应关系、值域。值域是 的子集。 • 方法上:我们通过分析四个具体实例(行程、工资、AQI、恩格尔系数),抽象出了函数的共同特征,再形成严格定义。这种“实例→归纳→抽象→定义”的过程是数学概念学习的重要方法。 • 思想上:函数是刻画变量之间对应关系的数学模型。函数的对应关系可以是解析式、图象、表格等多种形式。判断两个函数是否相同,要看定义域和对应关系是否相同,不能仅看解析式。
六、目标检测设计
检测题1:判断下列说法是否正确,并说明理由。
(1)函数 与函数 是同一个函数;(2)函数 与函数 是同一个函数;(3)函数 ()与函数 ()是同一个函数。
【设计意图】:检测目标1(理解函数三要素,能判断两个函数是否相同)的达成情况。第(1)题考查对应关系不同,第(2)题考查定义域不同( 的定义域为 ),第(3)题考查定义域不同。学生需要通过比较三要素来判断,可以反馈学生对“确定函数的关键是定义域和对应关系”的理解程度,考查逻辑推理素养。
【答案】:(1)错误,对应关系不同;(2)错误,定义域不同( 中 );(3)错误,定义域不同。
检测题2:求下列函数的定义域:
(1);(2)。
【设计意图】:检测目标2(能求简单函数的定义域)。第(1)题需要利用偶次根号下非负,第(2)题需要利用分母不为零。通过学生的解答,可以反馈其对函数定义域含义的理解,以及用集合语言表示定义域的能力。
【答案】:(1);(2)。
检测题3:某人开车以60 km/h的速度匀速行驶,行驶时间为 h,行驶路程为 km。
(1)请用函数的定义描述 与 的函数关系;(2)这个函数的定义域、值域分别是什么?
【设计意图】:检测目标2和目标3。学生需要将实际情境转化为函数关系,用集合对应的语言精确描述,体会数学建模的思想。通过学生的表达,可以反馈其是否能将教科书上问题1的分析方法迁移到新情境中。
【答案】:(1)设 ,,对应关系 把 中的任意一个数 对应到 中唯一确定的数 。(2)定义域为 ,值域为 。
七、布置作业
基础题(全体学生必做):
• 教科书第65页练习第1题。 • 教科书第67页习题3.1第1、2题。
提高题(学有余力的学生选做):
• 教科书第67页习题3.1第3题。
八、板书设计
3.1.1 函数的概念
一、函数定义(“对应说”):
设 , 是非空的实数集,如果对于集合 中的任意一个数 ,按照某种确定的对应关系 ,在集合 中都有唯一确定的数 和它对应,那么就称 为从集合 到集合 的一个函数,记作 ,。
二、函数的三要素:
• 定义域(自变量的取值范围 ); • 对应关系 (解析式/图象/表格/其他); • 值域(,是 的子集)。
三、典型实例分析:
• 问题1:, • 问题2:, • 问题3:AQI与时间 (图象表示) • 问题4:恩格尔系数 与年份 (表格表示)
共同特征:
1. 两个非空数集 ,; 2. 一个对应关系; 3. 任意 ,唯一 与之对应。
四、例题:
例1:构建情境 → 长方形周长20,一边 ,面积 。
教学反思(课后撰写):
本节课是函数概念的起始课,核心任务是实现从初中“变量说”到高中“对应说”的认知升级。教学中应特别注意:(1)四个实例的分析不宜过快,要给学生充分的时间感知“自变量的取值范围”的重要性;(2)在归纳共同特征环节,要鼓励学生用自己的语言表达,教师再进行规范;(3)学生对 与 是否相同的辨析,是检验概念理解的重要契机,应给予充分讨论的时间;(4)后续教学中还需要通过函数的表示法、单调性等内容不断深化学生对函数概念的理解。
深度分析
1. 内容定位
这是高中数学“函数”主题的起始课,也是学生从初中“变量说”到高中“对应说”的函数概念飞跃的关键节点。教材通过四个典型实例(炮弹发射、臭氧层空洞、恩格尔系数、空气质量指数),引导学生从“变量之间的依赖关系”上升到“集合之间的对应关系”,从而形成更精确、更一般的函数概念。
2. 编写意图分析(结合教师用书及《课标(2017年版)》)
• 核心素养导向:《课标(2017年版)》要求“用集合语言和对应关系刻画函数概念,理解函数的三要素”。本课时的核心任务是帮助学生“从集合与对应的视角重新认识函数概念,理解函数的本质是两个非空实数集之间的对应关系”,体现了数学抽象和逻辑推理素养的培养。 • 教材的编写逻辑:教材首先通过“问题”栏目呈现四个实例,引导学生从“变量说”的角度识别函数关系。然后通过“思考”栏目,引导学生发现初中定义的局限性——“变量说”无法精确刻画“一对一”和“多对一”的区别。接着,通过“探究”栏目,引导学生用“集合与对应”的语言重新定义函数——设 、 是非空实数集,如果按照某种对应关系 ,对于集合 中的任意一个数 ,在集合 中都有唯一确定的数 和它对应,那么就称 为从集合 到集合 的一个函数。 • 教师用书编写意图:教师用书明确指出,本节教学应“从具体实例出发,通过分析比较,引导学生发现初中函数定义的局限性,从而自然产生用集合语言重新定义函数的需要”。教学中应注重“概念的生成过程”——不是直接给出定义,而是通过“问题驱动”引导学生自主建构。特别要注意“定义域和值域”的理解——定义域是集合 ,值域是集合 的子集。 • 注重“从具体到抽象”的归纳过程:教材通过四个不同类型的具体实例,让学生充分感受“函数”的多样性,然后引导他们从中抽象出共同特征——“两个非空集合”和“唯一确定的对应关系”。这一过程体现了“从特殊到一般”的数学思维方法。
3. 知识联系与地位
• 承上:本节建立在初中“变量说”的函数定义、第一章“集合”的知识(集合的概念与表示)、第二章“不等式”的基础之上。 • 单元内地位:本节是第三章“函数的概念与性质”的起始课,为后续学习函数的表示法(3.1.2)、函数的单调性与奇偶性(3.2-3.3)奠定概念基础。 • 学科体系地位:函数是高中数学的“灵魂”。用“集合与对应”的语言定义函数,不仅使定义更加精确,也为后续学习指数函数、对数函数、三角函数、导数等内容奠定了概念基础。
Ⅴ. 详细教学设计
“函数的概念”教学设计
(普通高中教科书·数学(A版)必修 第一册 3.1.1 第1课时)
一、内容和内容解析
1. 内容
本节课的主要内容是函数概念的深化与重构。具体包括:
• 初中函数定义的回顾:在一个变化过程中,有两个变量 和 ,如果对于 的每一个值, 都有唯一确定的值与之对应,那么 是 的函数。 • 函数概念的“三个实例”分析:炮弹发射(解析式表示)、臭氧层空洞(图象表示)、恩格尔系数(表格表示)——引导学生从“变量说”中提炼“对应说”。 • 函数概念的“对应说”定义:设 、 是非空实数集,如果按照某种确定的对应关系 ,对于集合 中的任意一个数 ,在集合 中都有唯一确定的数 和它对应,那么就称 为从集合 到集合 的一个函数。 • 函数的三要素:定义域(集合 )、对应关系()、值域()。
2. 内容解析
本节课的核心任务是让学生完成从“变量说”到“对应说”的概念飞跃。
教材首先通过“问题”栏目呈现三个实例——炮弹发射问题(,)、臭氧层空洞问题( 与 的关系由图象给出)、恩格尔系数问题( 与 的关系由表格给出)。这三个实例分别以解析式、图象、表格三种不同的表示方式呈现,体现了函数的“多样性”。
接着,教材通过“思考”栏目引导学生对比分析三个实例的共同特征——“两个变量”、“一个范围”、“唯一确定”。这是从“变量说”到“对应说”过渡的关键步骤。
然后,教材通过“探究”栏目引导学生用集合语言重新表述函数概念。教材给出了函数概念的“对应说”定义,并引入了“定义域”、“对应关系”和“值域”这三个核心概念。这里特别强调:值域是集合 的子集,不一定等于 。
理解本节课的关键在于:① 初中“变量说”的局限性——它只强调了“变量之间的依赖关系”,但没有精确刻画“集合之间的对应关系”;② “对应说”的优势——用集合语言更精确地界定了“输入”(定义域)、“输出”(值域)和“规则”(对应关系);③ 函数的三要素——定义域、对应关系、值域。
3. 知识联系或上下位关系
• 承上:本节建立在初中“变量说”的函数定义和第一章“集合”的知识基础之上。 • 单元内地位:本节是第三章的起始课,为后续学习函数的表示法(3.1.2)、单调性与奇偶性(3.2-3.3)奠定概念基础。 • 学科体系地位:函数是高中数学的“灵魂”。用“集合与对应”的语言定义函数,使定义更加精确,为后续所有函数相关内容奠定概念基础。
二、目标和目标解析
教学目标
• 知识目标:理解函数概念的“对应说”定义(集合与对应的视角);理解函数的三要素——定义域、对应关系、值域。 • 技能目标:能根据对应关系判断给定的对应是否为函数;能正确写出简单函数的定义域和值域。 • 素养目标:通过“从三个具体实例中抽象出函数定义”的探究过程,发展数学抽象素养;通过“集合语言”表达函数概念,体会数学语言的精确性。
目标解析
• 达成目标1的标志:学生能用自己的话复述函数概念的“对应说”定义,能准确说出“定义域、对应关系、值域”这三个要素的含义。 • 达成目标2的标志:给定一个对应关系(如 ,),学生能判断它是函数,并写出其定义域和值域;给定一个图象或表格,学生能判断它是否表示函数关系。 • 达成目标3的标志:在课堂讨论中,学生能主动用“集合”的语言描述函数关系;能理解“对应说”相较于“变量说”的进步之处。
三、教学重难点
教学重点:函数概念的“对应说”定义;函数的三要素——定义域、对应关系、值域。
教学难点:
• 从“变量说”到“对应说”的概念飞跃:学生习惯于将函数理解为“变量之间的依赖关系”,难以接受“集合之间的对应关系”这一更抽象的视角。 • “值域是集合 的子集”的理解:学生可能认为值域就是集合 本身,不理解为什么值域只是 的子集。 • “对应关系 ”的抽象性:学生可能不理解“对应关系 ”到底是什么,如何表示它。
四、教学问题诊断分析
认知基础:学生在初中已经学习了“变量说”的函数定义,会判断两个变量之间是否存在函数关系。学生也学习了“集合”的知识(第一章),具备一定的集合语言基础。
潜在困难:
• “对应说”的抽象性:初中“变量说”更直观(变化过程、变量依赖),而“对应说”更抽象(集合对应、唯一确定)。学生可能觉得“对应说”难以理解。 • “对应关系 ”的理解:学生可能问“ 是什么”——它既不是解析式,也不是图象,而是一个“规则”或“映射”。 • “定义域”与“值域”的混淆:学生可能分不清什么是定义域、什么是值域,尤其是在实际问题中。
突破策略:
• 通过“三个实例”的对比分析:让学生从不同表示方式(解析式、图象、表格)中提炼共同特征,自然过渡到“对应说”。 • 通过“比喻”理解“对应关系”:将“对应关系 ”比喻为“加工机器”——输入 ,经过 加工,输出 。 • 通过“集合语言”的视觉化:用“集合图”(类似 Venn 图)直观展示定义域 、对应关系 、值域之间的关系。
五、教学过程设计
【环节一】创设情境,引入新知
设计意图:通过回顾初中函数定义,引出为什么要“重新学习”函数概念,激发认知冲突和学习动机。
师生活动:
复习提问:
① 在初中,我们是如何定义函数的?
学生回答:在一个变化过程中,有两个变量 和 ,如果对于 的每一个值, 都有唯一确定的值与之对应,那么 是 的函数。
② 初中我们学过哪些函数?
学生回答:一次函数 ()、二次函数 ()、反比例函数 ()。
问题1(教材“问题”栏目):请同学们看教材中的三个实例。这“三个实例”中,哪些是函数关系?你是如何判断的?
学生思考,教师引入:今天,我们将用“集合与对应”的语言重新定义函数,使定义更加精确、更加一般。
【环节二】师生互动,探究新知(一)——分析三个实例
设计意图:通过分析三个不同类型的实例,引导学生发现“变量说”的不足,为“对应说”的引入做好铺垫。
师生活动:
实例1(炮弹发射):
问题2:一枚炮弹发射后,经过 秒,炮弹距地面的高度 (单位:m)满足 ,。 是 的函数吗? 的取值范围是什么? 的取值范围是什么?
学生回答: 是 的函数。 的取值范围是 , 的取值范围是 。
实例2(臭氧层空洞):
问题3:下图是南极上空臭氧层空洞的面积 (单位:km)随时间 (单位:年)的变化曲线。 是 的函数吗? 的取值范围是什么? 的取值范围是什么?
学生回答: 是 的函数。 的取值范围是 , 的取值范围由图象的最低点和最高点确定(约 )。
实例3(恩格尔系数):
问题4:下表是我国城乡居民家庭人均收入及恩格尔系数数据。 是 的函数吗? 的取值范围是什么? 的取值范围是什么?
学生回答: 是 的函数。 的取值范围是 , 的取值范围由表格中的数值确定。
问题5(教材“思考”栏目):这三个实例有哪些共同特征?
学生讨论后回答,教师引导:
① 都有两个变量( 和 、 和 、 和 )。
② 两个变量都有取值范围(定义域、值域)。
③ 对于第一个变量的每一个值,第二个变量都有唯一确定的值与之对应。
教师总结:这就是函数关系的本质——“两个非空集合”和“唯一确定的对应关系”。
【环节三】师生互动,探究新知(二)——函数定义的“对应说”
设计意图:通过“对应说”重新定义函数,引入函数的三要素,完成从“变量说”到“对应说”的概念飞跃。
师生活动:
函数定义的“对应说”(概念的引入与形成):
问题6(教材“探究”栏目):请同学们尝试用“集合与对应”的语言,重新表述函数的概念。
学生尝试表述,教师引导并板书定义:
设 、 是非空实数集,如果按照某种确定的对应关系 ,对于集合 中的任意一个数 ,在集合 中都有唯一确定的数 和它对应,那么就称 为从集合 到集合 的一个函数。
记作 ,。
教师解释:
• 称为自变量, 称为因变量。 • 集合 称为函数的定义域。 • 与 对应的 值称为函数值,记作 。 • 所有函数值组成的集合 称为函数的值域。 • 值域是集合 的子集(值域 )。
对定义的理解与辨析(概念的理解):
问题7:在函数定义中,“非空实数集”中的“非空”和“实数”说明了什么?
学生回答:“非空”说明定义域不能是空集;“实数”说明我们讨论的是实数范围内的函数。
问题8:“任意一个数 ”和“唯一确定的数 ”说明了什么?
学生回答:“任意一个”说明定义域中的每一个 都必须有对应;“唯一确定”说明一个 只能对应一个 ,不能对应多个。这体现了函数的“单值性”。
问题9:如何理解“值域是集合 的子集”?
学生思考,教师引导:集合 是“可能输出的值的范围”,值域是“实际输出的值的范围”。实际输出的值一定是可能输出的值,但可能输出的值不一定都能取到。例如,,,,但值域是 ,是 的子集。
“对应说”与“变量说”的对比(概念的深化):
问题10:初中“变量说”与高中“对应说”有什么联系和区别?
学生讨论后回答,教师总结:
• 联系:都强调了“唯一确定”这一核心特征。 • 区别:“变量说”强调“变化过程”,“对应说”强调“集合对应”。“对应说”适用范围更广——用集合语言更精确地界定了“输入”和“输出”的范围。
教师总结:从“变量说”到“对应说”,是函数概念的一次“升级”。升级后的概念更加精确、更加一般,能够描述更多类型的函数关系。
【环节四】例题讲解,巩固新知
设计意图:通过典型例题,巩固对函数概念的理解,学会判断对应关系是否为函数,以及求简单函数的定义域和值域。
师生活动:
例题1(判断是否为函数):
展示原题:下列对应关系是否为从 到 的函数?请说明理由。
(1),,:。
(2),,:。
(3),,:。
(4),,:(即一个 对应两个 )。
分析:
• 问题本身:这是一个判断对应关系是否为函数的问题。 • 求解目标:判断每个对应关系是否满足函数的定义。 • 已知条件:集合 、 和对应关系 。 • 研究方法:根据函数定义的两个条件逐一验证——① 集合 中的每一个元素在 中都有对应;② 对应是“唯一确定”的。 • 落地方法: • (1),,,满足条件,是函数。 • (2)每一个实数 , 唯一确定且非负,满足条件,是函数。 • (3) 时, 无意义, 中的 在 中没有对应,不是函数(需要排除 )。 • (4)一个 对应两个 (正负根号),不满足“唯一确定”,不是函数。
示范解答:
解:
(1)是函数。因为对 中的每个 , 在 中都有唯一确定的值对应。
(2)是函数。因为对任意 , 唯一确定且 ,在 中有唯一确定的值对应。
(3)不是函数。因为 时, 无意义, 在 中没有对应元素。
(4)不是函数。因为一个 对应两个 ( 和 ),不满足唯一确定的要求。
方法归纳:判断一个对应关系是否为函数,需要验证两个条件——① 定义域中的每一个元素都必须有对应;② 对应必须是“唯一确定”的(一个 只能对应一个 )。
例题2(求函数的定义域和值域):
展示原题:求下列函数的定义域和值域:
(1)。
(2)。
分析:
• 问题本身:这是一个求函数定义域和值域的问题。 • 求解目标:求每个函数的定义域和值域。 • 已知条件:函数的解析表达式。 • 研究方法:定义域是使表达式有意义的 的取值范围;值域是定义域内所有 对应的 的取值范围。 • 落地方法: • (1),,所以定义域为 。值域:,所以值域为 。 • (2),,所以定义域为 。值域:,所以值域为 。
示范解答:
解:
(1)要使 有意义,需 ,即 。所以定义域为 。
因为 ,所以值域为 。
(2)要使 有意义,需 ,即 。所以定义域为 。
因为 ,所以值域为 。
方法归纳:求定义域的关键——找出使表达式有意义的 的取值范围(偶次根式中被开方数非负、分母不为零等)。求值域的关键——在定义域内求函数值的取值范围。
【环节五】课堂练习,内化新知
设计意图:通过即时练习,检验学生对函数概念的理解。
师生活动:
学生独立完成,教师巡视指导,之后订正讲解。
练习1:下列对应中,是函数的为( )。
A. ,,:
B. ,,:
C. ,,:
D. ,,:
答案要点:A、D。解析:B 中一个 对应两个 ;C 中 时无对应。
练习2:求函数 的定义域。
答案要点:需 且 ,所以 且 ,定义域为 。
练习3:已知函数 ,,求 的值域。
答案要点:,在 处取最小值 ,在 处取最大值 ,所以值域为 。
【环节六】课堂小结,回顾反思
设计意图:引导学生从知识、方法、思想三个层面总结本课收获,形成系统化的认知结构。
师生活动:
教师引导学生共同总结。
知识层面:我们今天学习了函数概念的“对应说”定义。
• 定义:设 、 是非空实数集,,对于 中任意 , 中都有唯一确定的 与之对应。 • 三要素:定义域()、对应关系()、值域()。
方法层面:
• 判断是否为函数:验证“任意一个”和“唯一确定”。 • 求定义域:找使表达式有意义的 的范围。 • 求值域:在定义域内求函数值的取值范围。
思想层面:
• 数学抽象思想:从具体实例中抽象出一般定义。 • 集合与对应思想:用“集合与对应”的语言精确描述函数。
六、目标检测设计
题目:下列对应中,是从集合 到集合 的函数的是( )。
A. ,,:,
B. ,,:,
C. ,,:
D. ,,:
【设计意图】:检测教学目标2,考查判断对应关系是否为函数的能力。学生需要验证“任意一个”和“唯一确定”两个条件。考查逻辑推理素养。
【答案】:C、D。解析:A 中一个 对应两个 ;B 中 时 不在 中;C 中 中每个 对应唯一 ;D 中 ,对应唯一确定。
题目:求函数 的定义域。
【设计意图】:检测教学目标2,考查求函数定义域的能力。学生需要正确列出使表达式有意义的条件。考查数学运算素养。
【答案】:需 且 ,即 且 。定义域为 。
题目:已知 ,,求 的值域。
【设计意图】:检测教学目标2,考查求函数值域的能力。学生需要利用二次函数的性质,在给定区间上求最值。考查数学运算素养。
【答案】:。 时取最小值 ; 时取最大值 。所以值域为 。
题目(开放性):请用“对应说”的语言,重新描述“一次函数 ”。
【设计意图】:检测教学目标1,考查对“对应说”定义的理解。学生需要能够用“集合与对应”的语言描述一个具体的函数。考查数学抽象素养。
【答案】:设 ,,对应关系 :。对于 中的任意一个实数 , 中都有唯一确定的实数 与之对应。所以 是一个函数,定义域为 ,值域为 。
七、布置作业
基础题目(严格按教科书):
• 教科书第65页“练习”第1、2、3题(判断是否为函数、求定义域和值域)。 • 教科书第72页习题3.1“复习巩固”第1、2题(函数的概念)。
思考题目:教科书第72页习题3.1“综合运用”第6题(函数的实际应用)。
八、板书设计
§3.1.1 函数的概念(第1课时)
一、初中“变量说”回顾
定义:在一个变化过程中,两个变量 、,对于 的每一个值, 都有唯一确定的值与之对应。
二、高中“对应说”定义
• 设 、 是非空实数集 • , • 对于 中任意 , 中有唯一确定的 与之对应 • 记作 ,
三、函数的三要素
• 定义域:(自变量 的取值范围) • 对应关系:(对应规则) • 值域:(函数值的集合,值域 )
四、判断是否为函数
• 条件①: 中每个 都有对应(“任意一个”) • 条件②:对应是唯一确定的(“唯一确定”)
例题区
• 例1:判断是否为函数 • 例2:求定义域和值域
进阶二[DB]:
3.1.1 函数的概念(第1课时)教学设计
课型:核心概念建构课
一、内容和内容解析
1. 核心教学内容
本节课是高中函数主题的开篇起始课,核心任务是完成函数概念从初中变量说到高中对应说的认知重构与精准升级。主要内容包含:回顾初中函数变量定义,结合教材四大典型实例(高速列车行程、工人工资、空气质量指数、恩格尔系数)与经典实例(炮弹发射、臭氧层空洞),归纳不同载体(解析式、图象、表格)下变量关系的共性特征;抽象生成函数的集合对应形式化定义;精准理解函数定义域、对应关系、值域三大核心要素;掌握简单函数定义域、值域的求解方法,能够依据三要素判断对应关系是否为函数、判断两个函数是否为同一函数。
2. 教材编写意图与课标依据
依据《普通高中数学课程标准(2017年版)》要求,本节课核心素养目标聚焦数学抽象、逻辑推理、数学建模,要求学生能用集合与对应语言精准刻画函数本质,理解函数三要素的内涵与关联,建立严谨的函数认知体系。
教材遵循“具体实例—对比思考—归纳探究—抽象定义”的认知逻辑编排内容:首先通过生活化、科学化的多元实例,呈现不同表达形式的变量对应关系,激活学生初中变量说认知;再通过问题驱动,暴露初中变量说仅描述变化过程、无法精准界定对应规则与取值范围的局限性,催生精准定义函数的需求;最终依托集合知识,抽象出两个非空实数集的唯一对应关系,形成高中函数形式化定义。
教师用书明确本节课教学核心:立足学生已有认知,弱化概念灌输,强化概念生成过程,通过自主探究、合作归纳实现从直观变量依赖到抽象集合对应的思维跨越,重点突破值域为集合 子集、对应关系的多元表征两大认知关键点。
3. 知识地位与前后关联
承上:本节课依托初中函数变量说定义、一次/二次/反比例函数基础模型,以及本册第一章集合的概念、表示、数集基本性质,第二章不等式取值范围分析能力,是旧知的深化与升级。
启下:作为第三章“函数的概念与性质”的起始课,为后续函数表示法、单调性、奇偶性、最值等性质研究奠定概念根基,同时是高中指数、对数、三角函数、导数等核心知识的前置基础,是贯穿高中数学函数主线的奠基性核心课。
学科地位:函数是高中数学的核心灵魂,集合对应视角下的函数定义,实现了函数概念的一般化、精准化,完善了学生的数学建模与对应思想,是学生数学认知结构的重要升级。
二、目标和目标解析
1. 三维教学目标
知识目标:精准掌握函数的集合对应(对应说)形式化定义;透彻理解定义域、对应关系、值域三要素的内涵及相互关系;明确值域是对应集合 的子集;掌握简单函数定义域、值域的求解方法,能准确判断对应关系是否为函数、两个函数是否为同一函数。
技能目标:能从解析式、图象、表格、实际情境中抽象出函数对应关系,并用规范的集合语言刻画函数;能依据代数式有意义的条件求解整式、根式、分式型简单函数的定义域与值域;能依托三要素完成函数辨析与判断。
素养目标:经历“多元实例观察—共性特征归纳—形式化概念抽象”的全过程,发展数学抽象核心素养;在概念辨析、正误判断、同函数辨析中,培养严谨的逻辑推理素养;在实际情境建模、问题情境构建中,提升数学建模素养。
2. 目标达成解析
1. 知识目标达成:学生可独立复述函数对应说完整定义,精准区分定义域、对应关系、值域,能清晰阐述变量说与对应说的优劣差异,解释“值域是集合 子集”的核心内涵。 2. 技能目标达成:学生可独立完成基础函数定义域、值域求解,能精准辨析各类对应关系是否满足函数“任意、唯一”的核心要求,能准确判断两个函数是否为同一函数并说明理由。 3. 素养目标达成:学生能主动参与实例探究与归纳活动,自主提炼函数本质特征;能规范运用集合语言刻画实际函数模型,推理过程严谨、表述规范。
三、教学重难点
1. 教学重点
函数集合对应形式化定义的生成与理解;函数三要素的内涵及应用;简单函数定义域、值域的求解方法。
2. 教学难点
(1)认知跨越:突破初中“变量变化过程”的固有思维,建立“两个非空数集的唯一对应关系”的抽象认知,完成变量说到对应说的思维升级;
(2)符号理解:精准理解抽象符号 的含义,区分对应关系 与函数值 ,规避“ 乘以 ”的认知误区;
(3)概念辨析:透彻理解“值域是集合 的子集而非全集”,精准掌握“判断同一函数需同时满足定义域、对应关系完全一致”的核心准则。
四、教学问题诊断分析
1. 学生认知基础
学生初中已掌握函数变量说定义,熟悉一次、二次、反比例函数等基础模型,能判断简单变量对应关系;高中前期已系统学习集合的概念、表示、数集范围刻画,具备用集合语言描述数学对象的基础能力,具备本节课概念建构的知识储备。
2. 学生潜在困难
(1)抽象适配困难:初中函数依托直观变化过程,贴近生活认知,高中集合对应定义形式化、抽象化,学生难以快速适配思维升级;
(2)认知片面困难:学生易将函数对应关系狭隘等同于解析式,忽略图象、表格、实际规则等多元对应形式;过度关注解析式形式,忽视定义域对函数的决定性作用;
(3)概念混淆困难:混淆定义域、值域与目标集合 的关系,无法理解值域的子集属性;混淆对应关系 与函数值 ;
(4)辨析薄弱困难:判断同一函数时,仅对比解析式形式,忽略定义域差异,判断逻辑不严谨。
3. 难点突破策略
(1)认知冲突驱动:通过“同解析式不同定义域是否为同一函数”的对比问题,暴露变量说的局限性,倒逼学生接受新定义;
(2)具象化解读:用“加工机器”比喻对应关系 (输入定义域 ,输出唯一函数值 ),结合Venn图直观展示数集对应关系;
(3)多元实例支撑:依托解析式、图象、表格三类实例,全面呈现函数对应关系的多样性,破除认知局限;
(4)专项辨析训练:设计针对性正误判断题、同函数辨析题,在对比辨析中固化三要素核心认知。
五、教学过程设计(45分钟)
环节一:创设情境,唤醒旧知,制造冲突(5分钟)
设计意图:激活初中变量说认知,通过递进式追问制造认知冲突,让学生直观感知旧定义的局限性,激发新知探究欲望,铺垫集合对应思想。
师生活动:
1. 旧知回顾:教师提问“初中我们如何定义函数?你能举例说明吗?”
预设学生回答:在一个变化过程中,两个变量 、,对于 的每一个确定值, 有唯一确定值与之对应,则 是 的函数;举例一次函数、二次函数等。
2. 冲突设问:
追问1:正比例函数 与正方形周长 (),解析式完全一致,是同一个函数吗?
追问2: 与 化简后形式相同,是同一个函数吗?
学生自由发言,产生认知分歧。教师总结:初中变量说仅关注变量变化与对应结果,无法精准界定函数本质,无法解决上述辨析问题,因此需要学习更严谨、更一般的函数定义,引出课题《3.1.1 函数的概念》。
环节二:实例探究,归纳共性,建构概念(18分钟)
设计意图:依托教材四大核心实例,覆盖解析式、图象、表格三种表征形式,引导学生自主观察、小组讨论,提炼共性特征,循序渐进抽象出函数形式化定义,落实从具体到抽象的数学抽象素养。
师生活动:
教师依次呈现教材四大典型实例,引导学生聚焦“数集范围、对应规则、对应结果”三个核心维度分析:
实例1(解析式型—行程问题):复兴号匀速行驶,路程 ,行驶时间 。
设问:自变量 的取值范围是什么? 的取值范围是什么?是否任意一个 都对应唯一的 ?能否随意取 ?
结论:自变量有固定数集范围,对应结果唯一,超范围无意义。
实例2(解析式型—工资问题):工人日工资350元,工作天数 ,工资 。
设问:该函数与实例1解析式相同,是同一函数吗?核心差异是什么?
结论:对应规则相同,但自变量取值数集不同,不是同一函数,定义域决定函数范围。
实例3(图象型—空气质量问题):北京某日AQI随时间变化图象。
设问:时刻 的取值范围?每个时刻 是否对应唯一AQI值?该对应关系无解析式,是否为函数?
结论:函数对应关系不局限于解析式,图象也可表征对应规则。
实例4(表格型—恩格尔系数问题):某省城镇居民恩格尔系数年度统计表。
设问:年份、恩格尔系数的取值数集?每个年份是否对应唯一系数?
结论:表格同样可以精准刻画函数对应关系。
小组合作探究:四大实例背景、表征形式不同,有哪些共同本质特征?
学生讨论后汇总,教师规范板书核心共性:① 均包含两个非空实数集;② 存在确定的对应规则;③ 数集 中任意一个元素,在数集 中都有唯一确定元素与之对应。
概念生成:师生共同归纳,形成高中函数形式化定义并板书:
一般地,设 、 是非空的实数集,如果对于集合 中的任意一个数 ,按照某种确定的对应关系 ,在集合 中都有唯一确定的数 和它对应,那么就称 为从集合 到集合 的一个函数,记作 。
核心概念解读:
1. 三要素定义:自变量 ,取值集合 为定义域; 为对应关系(核心规则);所有函数值构成的集合 为值域。 2. 关键辨析:值域是集合 的子集,不一定等于 (举例:,,值域为非负实数集,是 的真子集)。 3. 符号解读: 是 对应的函数值,并非 与 的乘积, 是抽象对应规则,可表征解析式、图象、表格等多种形式。
新旧概念对比:变量说侧重“变化过程的直观描述”,对应说侧重“数集对应的本质规则”,更严谨、更一般,可覆盖所有函数模型。
环节三:例题精讲,辨析内化,突破重点(10分钟)
设计意图:通过分层例题,落实函数判断、定义域值域求解、情境建模、同函数辨析四大核心技能,固化三要素认知,突破教学难点。
例题1:对应关系是否为函数判断
判断下列对应是否为集合 到集合 的函数,说明理由:
(1);
(2);
(3);
(4)。
方法归纳:函数判定两大核心条件:① 定义域 中所有元素均有对应(无遗漏);② 每个元素对应结果唯一确定(不一对多)。
例题2:简单函数定义域、值域求解
求下列函数的定义域与值域:
(1);
(2)。
方法归纳:定义域依据代数式有意义求解(偶次根式被开方数非负、分母不为0);值域基于定义域结合函数单调性、最值求解。
例题3:函数情境建模
构建实际问题情境,刻画解析式 ,并说明定义域、值域。
示范解答:周长为20的长方形,一边长为 ,面积为 ,则 ,定义域 ,值域 。引导学生自主拓展其他合理情境。
例题4:同一函数辨析
判断下列各组函数是否为同一函数:
(1) 与 ;
(2) 与 。
核心结论:两个函数为同一函数,需定义域、对应关系完全一致,值域由两者派生,无需单独判断。
环节四:课堂练习,即时巩固(7分钟)
设计意图:分层练习,即时检测新知掌握情况,查漏补缺,内化核心知识与方法。
1. 基础辨析:下列对应属于函数的是( )
A.
B.
C.
D.
2. 基础运算:求 的定义域与 的值域。 3. 建模应用:用集合对应语言描述匀速行驶路程 的函数关系。
学生独立完成,教师巡视纠错,针对性讲解共性问题,强化解题规范。
环节五:课堂小结,体系建构(3分钟)
设计意图:从知识、方法、素养三维度梳理课堂内容,构建系统化知识框架,沉淀数学思想。
师生共同总结:
1. 知识层面:掌握函数对应说形式化定义,明确定义域、对应关系、值域三要素,理解值域子集属性,掌握同一函数判断标准。 2. 方法层面:实例抽象法构建概念;“任意、唯一”判定函数;依据代数式意义求定义域、依托单调性求值域;双要素判断同一函数。 3. 素养层面:体会从特殊到一般、具体到抽象的数学思想,强化集合对应思想、建模思想、严谨推理思维。
六、目标检测设计
1. 辨析题(逻辑推理):判断正误并说明理由
(1)函数 与 是同一函数;
(2)函数值域一定等于集合 。
2. 运算题(数学运算):求 的定义域。 3. 建模题(数学建模):用集合对应语言描述二次函数 的函数关系。
设计目的:全面检测三要素理解、定义域求解、函数建模、概念辨析能力,精准对标三维教学目标,落实核心素养。
七、布置作业
基础必做题(全员落实)
1. 教材第65页练习1、2、3题; 2. 教材第72页习题3.1 复习巩固1、2题。
提升选做题(学有余力)
教材第72页习题3.1 综合运用第6题,自主构建1个新的函数实际情境模型。
八、板书设计
3.1.1 函数的概念(第1课时)
一、新旧概念对比
变量说:变化过程中变量的依赖关系(直观、局限)
对应说:非空实数集的唯一对应关系(严谨、一般)
二、函数形式化定义
、 非空实数集,,任意 ,唯一
记作:
三、三要素
定义域:
对应关系:(解析式/图象/表格)
值域:
四、核心结论
1. 函数判定:任意、唯一; 2. 同一函数:定义域、对应关系均相同
例题区(简洁书写典型例题解题过程与方法)
九、教学反思
本节课核心是完成函数概念的认知升级,教学中需重点关注学生的思维转化:一是实例探究环节需预留充足讨论时间,让学生自主感知变量说的局限性,主动接纳对应说;二是强化 符号、值域子集属性的具象化解读,规避认知误区;三是通过分层辨析题、建模题逐步提升学生的概念应用能力。后续教学中,可结合函数表示法、性质的学习,持续深化学生对函数三要素的理解,巩固集合对应思想,完善函数认知体系。
进阶一[DS]:
《函数的概念》(第一课时)教学设计
一、内容和内容解析
1. 内容
本节课的核心内容是函数概念的抽象与形式化定义,具体包括:
• 从四个典型实例(复兴号列车行程问题、工资问题、空气质量指数问题、恩格尔系数问题)中抽象概括函数的共同特征; • 形成函数的形式化定义:设 , 是非空的实数集,如果对于集合 中的任意一个数 ,按照某种确定的对应关系 ,在集合 中都有唯一确定的数 和它对应,那么就称 为从集合 到集合 的一个函数,记作 ,; • 理解函数的三个要素:定义域、对应关系、值域; • 能判断两个函数是否相同,能求简单函数的定义域和值域,能用函数的定义描述具体函数。
2. 内容解析
函数是贯穿高中数学课程的一条主线,是描述客观世界中变量之间对应关系的重要数学模型。初中阶段,学生已经从变量之间的关系角度初步认识了函数(变量说),知道“在一个变化过程中,如果有两个变量 与 ,并且对于 的每一个确定的值, 都有唯一确定的值与其对应,那么 是自变量, 是 的函数”。然而,初中函数概念基于“变量说”,依赖于对运动变化过程的直观感知,在处理一些抽象的函数关系(如分段函数、抽象对应关系)时存在局限。
本节课在初中函数概念的基础上,通过丰富的实例,引导学生从集合之间的对应关系这一全新视角来审视函数,将函数从一个“变化过程”提升为一种“对应关系”,建立起函数概念的“对应说”定义。这一抽象过程实现了从“变量说”到“对应说”的飞跃,使学生能够更精确、更一般地刻画函数概念,也为后续学习函数的表示法、单调性、奇偶性、指数函数、对数函数、三角函数等内容奠定坚实的理论基础。
《普通高中数学课程标准(2017年版)》要求“用集合语言和对应关系刻画函数概念,理解函数的三要素”。因此,本节课不是简单复述初中定义,而是通过“问题—思考—探究—抽象”的过程,帮助学生完成函数概念的认知升级,发展数学抽象、逻辑推理和数学建模素养。
3. 知识联系与上下位关系
• 上位知识:集合与常用逻辑用语(必修第一册第一章)——函数是集合之间的一种特殊对应关系,定义域、值域均为数集。 • 下位知识:函数的表示法(3.1.2,解析法、图象法、列表法)、函数的基本性质(3.2,单调性、奇偶性)、幂函数(3.3)、指数函数与对数函数(第四章)、三角函数(第五章)。 • 并列知识:映射概念(选修内容,函数是映射的特殊情形)。 • 学科地位:函数是高中数学的核心概念之一,是贯穿高中数学课程的主线。函数思想是四大数学思想之一,本节课从“对应说”的角度重新定义函数,是学生数学认知结构的一次重大升级。
二、目标和目标解析
教学目标
依据《普通高中数学课程标准(2017年版)》的要求,结合本节课内容特点,制定如下三维教学目标:
• 知识目标:理解函数的概念,能准确叙述函数的集合对应定义,理解函数定义域、值域、对应关系三要素的含义。知道函数的三要素是确定函数的关键,能判断两个函数是否相同。 • 技能目标:能从实际情境中抽象出函数关系,并能用函数的集合对应定义进行精确刻画。能求简单函数的定义域和值域,能用函数的定义描述具体函数。 • 素养目标:经历从具体实例中抽象概括函数共同特征的过程,提升数学抽象素养;在辨析概念、判断函数是否相同的过程中,提升逻辑推理素养;在构建问题情境描述函数关系的过程中,提升数学建模素养。
目标解析
目标1的达成标志:学生能用自己的语言复述函数的“对应说”定义,能准确说出定义域、值域、对应关系的含义;能判断两个函数是否相同(如能够判断 与 不同,并说明理由)。
目标2的达成标志:学生能完成教科书问题1至问题4中对函数关系的精确刻画,即能用“数集 中的任一 ,按照对应关系 ,在数集 中都有唯一确定的 与之对应”的格式来描述给定函数;能求函数 ()的定义域和值域。
目标3的达成标志:学生在教师的引导下,能主动参与从问题1至问题4中抽象函数共同特征的活动,能用自己的语言概括函数的本质特征;在例题讲解和课堂练习中,能独立构建问题情境使变量关系满足给定的解析式;在判断函数是否相同的讨论中,能基于定义进行有条理的推理。
三、教学重难点
教学重点
函数概念的形成过程,即从具体实例中抽象概括函数共同特征的过程,以及函数“对应说”定义的理解与运用。
教学难点
• 从“变量说”到“对应说”的认知跨越:初中函数概念强调“一个变化过程”,而高中函数概念强调“两个数集之间的对应关系”。学生需要打破原有的认知框架,从更抽象、更一般的视角理解函数。 • 对函数符号 的理解:学生容易将 误解为“ 乘以 ”,也容易忽略“”这一重要条件。需要让学生理解 是对应关系, 是 在 下的函数值。 • 对“值域是集合 的子集”的理解:学生可能认为值域就是集合 本身,不理解为什么值域只是 的子集。
四、教学问题诊断分析
1. 认知基础
学生在初中已经学习了函数的变量说定义,知道函数是刻画变量之间对应关系的数学模型。学生已经学习了集合的概念与表示方法(第一章内容),具备用集合语言表达数学对象的基础。学生熟悉正比例函数、一次函数、二次函数、反比例函数等基本初等函数。
2. 潜在困难
• 困难一:对函数概念抽象程度提升的不适应。初中函数概念基于“运动变化”的直观背景,而高中函数概念抽象为“两个数集之间的对应关系”,抽象程度显著提高。学生可能觉得定义过于形式化,理解不了为什么要这样定义。 • 困难二:对对应关系 的理解存在偏差。学生可能将 仅理解为解析式,而忽视图象、表格等也是对应关系的表示方法。学生可能分不清 与 的区别与联系。 • 困难三:对函数三要素的把握不准确。学生容易忽视定义域的重要性,或者混淆值域与集合 的关系(值域是 的子集,不一定等于 )。 • 困难四:判断两个函数是否相同的方法不清晰。学生在判断 与 是否相同时,可能仅从解析式形式上判断,而忽略了定义域的不同。
3. 突破策略
• 策略一:通过问题1和问题2的对比(对应关系相同但定义域不同),制造认知冲突,使学生感受到仅用“变量说”无法完全刻画函数的本质,从而激发学习新定义的需要。 • 策略二:在概念形成过程中,多次组织学生进行“归纳共同特征”的活动,引导学生自发地用“数集”“任意一个”“唯一确定”等关键词描述函数的本质特征。 • 策略三:在概念辨析环节,设计判断两个函数是否相同的问题( 与 ),引导学生在讨论中明确:函数的本质由定义域和对应关系决定,值域是由定义域和对应关系派生出来的。 • 策略四:在例题教学和课堂练习中,强调用函数的定义(三个要素)来刻画函数,将“求定义域、值域”与“用定义描述函数”结合起来。 • 策略五:用“加工机器”比喻对应关系 :输入 ,经过 加工,输出 ;用“集合图”直观展示定义域 、对应关系 、值域与集合 的关系。
五、教学过程设计
【环节一】创设情境,引入新课(约5分钟)
设计意图:
• 激活学生已有的函数概念(“变量说”),为新课学习做好知识铺垫。 • 通过两个问题的追问制造认知冲突,使学生体会到已有函数概念的局限性,从而产生学习新概念的迫切需求。 • 引导学生从“变量的变化范围”的角度思考问题,为本节课用集合语言刻画函数奠定基础。
师生活动:
问题1:在初中我们已经学习过函数的概念,请同学们回忆:什么是函数?你能举出一个具体的函数例子吗?
预设:学生回答初中函数定义(变量说),并举出如 、、 等例子。
追问1:正方形的周长 与边长 的对应关系是 ,而且对于每一个确定的 都有唯一的 与之对应,所以 是 的函数。这个函数和正比例函数 相同吗?
预设:学生可能回答“相同”或“不同”,意见不一。教师引导:从形式上看, 与 的解析式一样,但 表示周长, 表示边长, 的取值范围有限制(),所以它们貌似相同,实则不同。
追问2:你能用已有的函数知识判断 与 是否相同吗?
预设:学生利用初中知识可能认为它们相同(化简后都是 ),也可能注意到 不能为0。教师引导:要准确回答这些问题,就需要进一步学习函数概念。
教师总结:同学们产生的这些疑问,恰恰说明我们对函数概念的认识还不够精确、不够深刻。今天我们就来更精确地学习函数的概念。(板书课题:3.1.1 函数的概念)
【环节二】师生互动,探究新知(约18分钟)
设计意图:
• 通过“问题串”驱动,引导学生逐一分析四个典型实例,从不同角度(解析式、表格、图象)感受函数关系的多样性。 • 引导学生在分析每个问题时,有意识地关注“变量的取值范围”和“对应关系”,为后续抽象概括函数的共同特征积累素材。 • 在归纳共同特征的基础上,师生共同抽象出函数的形式化定义,完成从“变量说”到“对应说”的跨越。
师生活动:
问题2:某“复兴号”高速列车加速到350 km/h后保持匀速运行半小时。这段时间内,列车行进的路程 (单位:km)与运行时间 (单位:h)的关系可以表示为 。这里, 是 的函数吗?
预设:学生回答是的。
追问1:请思考:有人说“根据对应关系 ,这趟列车加速到350 km/h后,运行1 h就前进了350 km。”你认为这个说法正确吗?
预设:学生经过思考会发现,题目条件限定了“运行半小时”, 的变化范围是 , 根本不在这个范围内,所以说法不正确。
追问2:为什么会出现这样的错误?问题出在哪里?
预设:学生发现:问题出在没有关注 的变化范围。
教师引导:很好!在研究函数时,我们不能只说“有一个解析式”,还必须明确自变量的变化范围(即定义域)。下面我们用更精确的语言来表示 与 的对应关系:
列车行进的路程 与运行时间 的对应关系是 ,其中 的变化范围是数集 , 的变化范围是数集 。对于数集 中的任一时刻 ,按照对应关系 ,在数集 中都有唯一确定的路程 和它对应。
问题3:某电气维修公司要求工人每周工作至少1天,至多6天。如果公司确定的工资标准是每人每天350元,而且每周付一次工资,那么你认为该怎样确定一个工人每周的工资?一个工人的工资 (单位:元)是他工作天数 的函数吗?
预设:工资 是一周工作天数 的函数,其对应关系是 。其中 的变化范围是数集 , 的变化范围是数集 。
追问:问题2和问题3中的函数有相同的对应关系(),你认为它们是同一个函数吗?为什么?
预设:学生认为不是同一个函数,因为自变量的取值范围不同,得到的函数值的范围也不同。
教师引导:很好!这说明判断两个函数是否相同,不能只看对应关系,还要看定义域。问题2中 ,问题3中 ,定义域不同,函数就不同。
问题4:图3.1-1是北京市2016年11月23日的空气质量指数(AQI)变化图。如何根据该图确定这一天内任一时刻 h的空气质量指数(AQI)的值 ?你认为这里的 是 的函数吗?
(展示教科书图3.1-1)
预设:学生通过读图,能确定任一时刻的AQI值。从图中可知, 的变化范围是数集 ,AQI的值 都在数集 中。对于数集 中的任一时刻 ,按照图3.1-1中曲线所给定的对应关系,在数集 中都有唯一确定的AQI值 与之对应。因此,这里的 是 的函数。
追问:你能根据图3.1-1找到中午12时的AQI的值吗?
预设:学生在图象上找到 时对应的 值约为90。
教师引导:注意这里对应关系是用图象给出的,而不是解析式,这说明函数的对应关系不一定都能用解析式表示。
问题5:国际上常用恩格尔系数 ()反映一个地区人民生活质量的高低。表3.1-1是我国某省城镇居民恩格尔系数变化情况。你认为按表3.1-1给出的对应关系,恩格尔系数 是年份 的函数吗?如果是,你会用怎样的语言来刻画这个函数?
(展示教科书表3.1-1)
预设:学生观察表格,发现 的取值范围是数集 , 的取值范围是数集 。对于数集 中的任意一个年份 ,根据表3.1-1所给定的对应关系,在数集 中都有唯一确定的恩格尔系数 与之对应。所以, 是 的函数。
教师引导:以上四个问题的背景各不相同,对应关系的表示方式也不同(有解析式、有图象、有表格),但它们有共同的特征。请同学们思考:上述四个问题中的函数有哪些共同特征?由此你能概括出函数概念的本质特征吗?
组织学生小组讨论,然后全班交流。教师根据学生的回答板书关键词:
• 都包含两个非空数集,用 , 表示; • 都有一个对应关系; • 对于数集 中的任意一个数 ,按照对应关系,在数集 中都有唯一确定的数 和它对应。
教师总结并板书函数定义:
一般地,设 , 是非空的实数集,如果对于集合 中的任意一个数 ,按照某种确定的对应关系 ,在集合 中都有唯一确定的数 和它对应,那么就称 为从集合 到集合 的一个函数,记作
其中, 叫做自变量, 的取值范围 叫做函数的定义域;与 的值相对应的 值叫做函数值,函数值的集合 叫做函数的值域。
教师强调:
• 函数是建立在两个非空数集之间的对应关系,符号 表示从 到 的一个函数; • 对应关系 可以是解析式、图象、表格,也可以是其他形式; • 值域是集合 的子集,但不一定等于 。例如,问题2中值域就是 ;问题4中值域是 的真子集。 • 对定义的理解要抓住关键词:“非空实数集”“任意一个”“唯一确定”。 • “变量说”强调“变化过程”,“对应说”强调“集合对应”。“对应说”用集合语言更精确地界定了“输入”“输出”和“规则”。
【环节三】例题讲解,巩固新知(约10分钟)
设计意图:
• 通过例1的学习,帮助学生理解函数的解析式可以脱离实际背景而抽象存在,定义域需要根据实际背景或数学意义来确定。 • 引导学生学会用函数定义(三个要素)来刻画一个函数,体会数学建模的基本过程。 • 通过“探究”活动,鼓励学生自主构建问题情境,加深对函数概念的理解。
师生活动:
例1 函数的解析式是舍弃问题的实际背景而抽象出来的,它所反映的两个量之间的对应关系,可以广泛地用于刻画一类事物中的变量关系和规律。例如,正比例函数 ()可以用来刻画匀速运动中路程与时间的关系、一定密度的物体的质量与体积的关系、圆的周长与半径的关系等。
试构建一个问题情境,使其中的变量关系可以用解析式 来描述。
(1)明确问题本身
教师请学生完整读出题目后,依次追问:
① 这是一个什么类型的数学问题?
预设:这是一个“构建问题情境”的问题,即需要根据给定的解析式,创造一个实际背景,使其中两个变量的关系恰好能用这个解析式刻画。
② 具体要求解决什么?
预设:构建一个问题情境,使其中变量关系可以用 来描述。
③ 这个目标的数学含义是什么?
预设:需要找到两个变量 与 ,使得它们之间的对应关系恰好是 ,并且 的取值范围要使得 的值有意义,通常需要结合具体背景来确定定义域。
(2)拆解题设条件
① 题目给出了什么已知条件?
预设:给定了解析式 。
② 这个解析式的数学特征是什么?
预设:这是一个二次函数,展开后为 ,图象是开口向下的抛物线,对称轴为 。当 时, 的最大值为25(在 时取得),值域为 。
③ 解析式中的 和 在实际背景中各代表什么?
预设:这需要根据具体情境来确定。关键是要让 这个表达式在情境中有明确的数学意义。
(3)建立条件与目标的联系
① 我们学过哪些实际问题中会出现形如 的表达式?
预设:在几何问题中,长方形的面积 = 长 × 宽。如果周长为20的长方形一边为 ,则另一边为 ,面积 。这是一个自然的联系。
② 定义域如何确定?
预设:如果限制 (边长必须为正且小于周长的一半),则 的取值范围为 。
(4)研究核心对象的方法
① 这个问题的核心是什么?
预设:核心是用实际情境解释给定的解析式,即把抽象的二次函数还原为一个具体的实际问题。
② 如何确保情境的合理性?
预设:情境中的两个变量必须符合实际意义,定义域必须是实际问题中变量的允许取值范围。
(5)落地方法并验证逻辑
教师引导学生完成解答并追问:这里 定义域能否取全体实数?为什么不行?
预设:在实际问题中,长方形的边长不能为负数,所以 ,不能取全体实数。
示范解答:
把 看成二次函数,那么它的定义域是 ,值域是 。对应关系 把 中的任意一个数 ,对应到 中唯一确定的数 。
如果对 的取值范围作出限制,例如 ,那么可以构建如下情境:
长方形的周长为20,设一边长为 ,面积为 ,那么 。
其中, 的取值范围是 , 的取值范围是 。对应关系 把每一个长方形的边长 ,对应到唯一确定的面积 。
(6)方法归纳
构建函数情境的一般步骤:①先明确解析式对应的数学模型(如二次函数);②根据实际意义确定自变量的取值范围(定义域);③用自然语言描述变量之间的对应关系。
探究:构建其他可用解析式 描述其中变量关系的问题情境。
预设:学生可能提出:将一根长为20的绳子围成一个矩形,一边长为 ,面积为 。或:两个正数之和为10,其中一个为 ,它们的乘积为 。教师对学生的回答给予肯定,并提醒注意定义域的一致性。
【环节四】课堂练习,内化新知(约7分钟)
设计意图:
• 通过教科书练习的第1题,检测学生对函数定义域、值域的理解,以及对函数定义的运用能力。 • 通过第2题,让学生体会图象也是表示函数对应关系的一种方式,练习从图象中获取信息,确定定义域和值域。 • 通过第3题,帮助学生区分函数与一般对应的区别,加深对“唯一确定”的理解。 • 通过第4题,让学生仿照例1构建问题情境,巩固所学知识。
师生活动:
练习1:一枚炮弹发射后,经过26 s落到地面击中目标。炮弹的射高为845 m,且炮弹距地面的高度 (单位:m)与时间 (单位:s)的关系为
求所表示的函数的定义域与值域,并用函数的定义描述这个函数。
解答:由题意可知, 的变化范围是 ,所以定义域为 。当 时 最大,,所以值域为 。用函数的定义描述:设 ,,对应关系 把 中的任意一个数 对应到 中唯一确定的数 。
练习2:2016年11月2日8时至次日8时(次日的时间前加0表示)北京的温度走势如图所示。
(展示教科书图象)
(1)求对应关系为图中曲线的函数的定义域与值域;(2)根据图象,求这一天12时所对应的温度。
解答:(1)定义域为 (其中 表示从2日8时开始经过的小时数),值域为 。(2)根据图象,12时所对应的温度约为9℃(具体值以图象为准)。
练习3:集合 , 与对应关系 如下图所示。 是否为从集合 到集合 的函数?如果是,那么定义域、值域与对应关系各是什么?
(展示教科书图象)
解答:是函数。定义域为 ,值域为 (需根据具体图象确定),对应关系 如箭头所示。
练习4:构建一个问题情境,使其中的变量关系能用解析式 来描述。
预设:学生可能回答:设正方形的面积为 ,则它的边长 ()。
教师对学生的回答进行评价,特别关注定义域的确定是否正确。
【环节五】课堂小结,回顾反思(约5分钟)
设计意图:
• 引导学生从知识、方法、思想三个层面总结本课收获,帮助学生建构系统化、结构化的知识体系。 • 反思学习过程中的难点(从“变量说”到“对应说”的转变)和突破方法,积累数学活动经验。
师生活动:
问题6:请同学们回顾本节课的学习过程,从知识、方法、思想三个层面总结本节课的收获。
预设:学生可能从以下几个角度回答:
• 知识层面:学习了函数的形式化定义(“对应说”),知道了函数的三要素(定义域、对应关系、值域),知道了值域是集合 的子集。 • 方法层面:经历了一个完整的数学抽象过程——从多个具体实例中归纳共同特征,再抽象出一般定义。 • 思想层面:体会了从特殊到一般、从具体到抽象的数学思想,以及集合对应的思想。
教师总结:
• 知识上:函数的“对应说”定义——设 , 是非空的实数集,对于 中的任意一个数 ,按照确定的对应关系 ,在 中都有唯一确定的数 和它对应。函数的三要素:定义域、对应关系、值域。值域是 的子集。 • 方法上:我们通过分析四个具体实例(行程、工资、AQI、恩格尔系数),抽象出了函数的共同特征,再形成严格定义。这种“实例→归纳→抽象→定义”的过程是数学概念学习的重要方法。 • 思想上:函数是刻画变量之间对应关系的数学模型。函数的对应关系可以是解析式、图象、表格等多种形式。判断两个函数是否相同,要看定义域和对应关系是否相同,不能仅看解析式。
六、目标检测设计
检测题1:判断下列说法是否正确,并说明理由。
(1)函数 与函数 是同一个函数;(2)函数 与函数 是同一个函数;(3)函数 ()与函数 ()是同一个函数。
【设计意图】:检测目标1(理解函数三要素,能判断两个函数是否相同)的达成情况。第(1)题考查对应关系不同,第(2)题考查定义域不同( 的定义域为 ),第(3)题考查定义域不同。学生需要通过比较三要素来判断,可以反馈学生对“确定函数的关键是定义域和对应关系”的理解程度,考查逻辑推理素养。
【答案】:(1)错误,对应关系不同;(2)错误,定义域不同( 中 );(3)错误,定义域不同。
检测题2:求下列函数的定义域:
(1);(2)。
【设计意图】:检测目标2(能求简单函数的定义域)。第(1)题需要利用偶次根号下非负,第(2)题需要利用分母不为零。通过学生的解答,可以反馈其对函数定义域含义的理解,以及用集合语言表示定义域的能力。
【答案】:(1);(2)。
检测题3:某人开车以60 km/h的速度匀速行驶,行驶时间为 h,行驶路程为 km。
(1)请用函数的定义描述 与 的函数关系;(2)这个函数的定义域、值域分别是什么?
【设计意图】:检测目标2和目标3。学生需要将实际情境转化为函数关系,用集合对应的语言精确描述,体会数学建模的思想。通过学生的表达,可以反馈其是否能将教科书上问题1的分析方法迁移到新情境中。
【答案】:(1)设 ,,对应关系 把 中的任意一个数 对应到 中唯一确定的数 。(2)定义域为 ,值域为 。
检测题4:下列对应中,是从集合 到集合 的函数的是( )。
A. ,,:,B. ,,:,C. ,,:D. ,,:
【设计意图】:检测教学目标2,考查判断对应关系是否为函数的能力。学生需要验证“任意一个”和“唯一确定”两个条件。考查逻辑推理素养。
【答案】:C、D。解析:A中一个 对应两个 ;B中 时 不在 中;C中 中每个 对应唯一 ;D中 ,对应唯一确定。
检测题5:求函数 的定义域。
【设计意图】:检测教学目标2,考查求函数定义域的能力。学生需要正确列出使表达式有意义的条件。考查数学运算素养。
【答案】:需 且 ,即 且 。定义域为 。
检测题6:已知 ,,求 的值域。
【设计意图】:检测教学目标2,考查求函数值域的能力。学生需要利用二次函数的性质,在给定区间上求最值。考查数学运算素养。
【答案】:。 时取最小值 ; 时取最大值 。所以值域为 。
检测题7(开放性):请用“对应说”的语言,重新描述“一次函数 ”。
【设计意图】:检测教学目标1,考查对“对应说”定义的理解。学生需要能够用“集合与对应”的语言描述一个具体的函数。考查数学抽象素养。
【答案】:设 ,,对应关系 :。对于 中的任意一个实数 , 中都有唯一确定的实数 与之对应。所以 是一个函数,定义域为 ,值域为 。
七、布置作业
基础题(全体学生必做):
• 教科书第65页练习第1题。 • 教科书第67页习题3.1第1、2题。
提高题(学有余力的学生选做):
• 教科书第67页习题3.1第3题。 • 教科书第72页习题3.1“综合运用”第6题(函数的实际应用)。
八、板书设计
3.1.1 函数的概念
一、函数定义(“对应说”):
设 , 是非空的实数集,如果对于集合 中的任意一个数 ,按照某种确定的对应关系 ,在集合 中都有唯一确定的数 和它对应,那么就称 为从集合 到集合 的一个函数,记作 ,。
二、函数的三要素:
• 定义域(自变量的取值范围 ); • 对应关系 (解析式/图象/表格/其他); • 值域(,是 的子集)。
三、典型实例分析:
• 问题1:, • 问题2:, • 问题3:AQI与时间 (图象表示) • 问题4:恩格尔系数 与年份 (表格表示)
共同特征:
1. 两个非空数集 ,; 2. 一个对应关系; 3. 任意 ,唯一 与之对应。
四、例题:
例1:构建情境 → 长方形周长20,一边 ,面积 。
五、判断是否为函数:
• 条件①: 中每个 都有对应(“任意一个”); • 条件②:对应是唯一确定的(“唯一确定”)。
九、教学反思(课后撰写)
本节课是函数概念的起始课,核心任务是实现从初中“变量说”到高中“对应说”的认知升级。教学中应特别注意:
(1)四个实例的分析不宜过快,要给学生充分的时间感知“自变量的取值范围”的重要性;(2)在归纳共同特征环节,要鼓励学生用自己的语言表达,教师再进行规范;(3)学生对 与 是否相同的辨析,是检验概念理解的重要契机,应给予充分讨论的时间;(4)后续教学中还需要通过函数的表示法、单调性等内容不断深化学生对函数概念的理解;(5)要关注学生在用集合语言描述函数时的表达困难,及时通过“加工机器”“集合图”等直观方式帮助理解对应关系 的含义。
【注意:1.由于使用教材出版年份不同,文中教材页码与学生课本页码可能不同,仅供各位教师学习研究;2.由于微信公众号对数学公式中中文字符的兼容性,部分公式可能不能正确显示。】

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