高中数学第三章函数的应用31函数与方程312用二分法求方程的近似解教学设计新人教A版必修1.docx
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高中数学第三章函数的应用31函数与方程312用二分法求方程的近似解教学设计新人教A版必修1
3.1.2 用二分法求方程的近似解
教学设计
（一）
作者：
张兴娟，邯郸市第四中学高级教师．本教学设计获“卡西欧杯”第五届全国高中青年数学教师优秀课观摩与评比活动一等奖．
学习准备
教师需要明了：
1．新教材为什么增加求方程的近似解？
2．为什么用“二分法”求方程的近似解？
3．本节内容在教材中的地位和作用．
4．明确学生现有的水平和可能的发展水平．
学生需要复习：
方程的根与函数的零点的相关知识．
在此基础上，根据学生“最近发展区”确定本课时教学和学习目标．
教学目标
1．了解二分法是求方程近似解的一种方法．
2．会用二分法求给定精确度的方程的近似解．
3．在具体问题情境中感受逐步逼近的过程．
4．培养学生观察、分析数据的能力．
5．培养学生合作与交流的意识和对新知探求的精神．
教学重点与难点
重点：
二分法原理及其探究过程，用二分法求方程的近似解．
难点：
对二分法原理的探究，对精确度、近似值的理解．
教学方法与教学手段
教学方法：
“问题驱动”，启发、探究
学法：
自主探究、分组合作、辨析讨论、深化理解
教辅工具：
计算机、投影仪、计算器
教学过程
1．设置情境，提出问题
问题1：
你会求哪些类型方程的解？
写一写你不会求解的方程．
设计意图
让学生感受有大量的方程不能求解，引起学生的认知冲突，激发学生的求知欲．
问题2：
能不能求方程的近似解？
2．自主探究，获得新知
以求方程x3＋3x－1＝0的近似解（精确度0.1）为例进行探究．
探究1：
怎样确定解所在的区间？
（1）图象法（数形结合）：
（2）试值法：
设f（x）=x3+3x－1，f（0）=－1＜0，f
（1）=3＞0.
复习：
（1）方程的根与函数零点的关系；
（2）根的存在性定理．
探究2：
怎样缩小解所在的区间？
幸运52中猜商品价格环节，让学生思考：
（1）主持人给出高了还是低了的提示有什么作用？
（2）如何猜才能最快猜出商品的价格？
设计意图
在学生“最近发展区”设置问题，搭建平台，拉近数学与现实的距离，不仅激发学生学习兴趣，学生也在猜测的过程中逐步体会二分法思想．
问题3：
为什么要取中点，好处是什么？
设计意图
体会二分法优于其他如“三分法”，“四分法”，华罗庚的“优选法”等．
探究3：
区间缩小到什么程度满足要求？
设计意图
利用计算器进行了多次计算，逐步缩小实数解所在范围，精确度的确定就显得非常自然，突破了教学上的难点，提高了探究活动的有效性．
问题4：
精确度0.1指的是什么？
与精确到0.1一样吗？
通过对以上问题的探究，给出二分法的定义就水到渠成了．
二分法的定义：
对于在区间[a，b]上连续不断且满足f（a）·f（b）＜0的函数y＝f（x），通过不断地把函数f（x）的零点所在的区间一分为二，使区间的两个端点逐步逼近零点，进而得到零点近似值的方法叫做二分法．
用二分法求零点近似值的步骤：
给定精确度ε，用二分法求函数f（x）的零点近似值的步骤如下：
（1）确定区间[a，b]，验证f（a）·f（b）＜0，给定精确度ε；
（2）求区间（a，b）的中点c；
（3）计算f（c）；
①若f（c）＝0，则c就是函数的零点；
②若f（a）·f（c）＜0，则令b＝c（此时零点x0∈（a，c））；
③若f（c）·f（b）＜0，则令a＝c（此时零点x0∈（c，b））．
（4）判断是否达到精确度ε：
即若|a－b|＜ε，则得到零点近似值a（或b）；否则重复步骤
（2）～（4）．
3．例题剖析，巩固新知
【例】借助计算器用二分法求方程lnx＋2x－6＝0的近似解（精确度0.01）．
两人一组，一人用计算器求值，一人记录结果；学生讲解缩小区间的方法和过程，教师点评．同时演示用Excel程序求方程的近似解．
设计意图
（1）演示Excel程序求方程的近似解，界画活泼，充分体现了信息技术与数学课程有机整合．进一步明确为什么用“二分法”求方程的近似解．
（2）算法流程比较简洁，便于编写计算机程序，利用计算器和多媒体辅助教学，直观明了．
4．知识迁移，生活应用
（1）猜商品价格；
（2）从上海到美国旧金山的海底电缆有15个接点，现在某接点发生故障，需及时修理，为了尽快断定故障发生点，一般至少需要检查接点的个数为__________．
5．检验成果，巩固提升
（1）下列函数的图象与x轴均有交点，其中不能用二分法求其零点的是（ ）
思维升华：
在零点的附近连续且f（a）·f（b）＜0.
（2）方程4x＋2x－11＝0的解在下列哪个区间内？
你能给出一个满足精确度为0.1的近似解吗？
A．（0,1）B．（1,2）C．（2,3）D．（3,4）
说明：
二分法不仅能求方程的近似解，有时也能求方程的精确解．
6．回顾反思
本节课你学到了哪些知识？
有哪些收获？
还有什么疑问？
（1）预设课堂生成问题（有些同学可能会有这样的疑惑，若没有就作为课下拓展留给学生思考）．
如图所示，区间[a，b]上有多个零点，还能否用二分法求方程的近似解？
如果能，该怎样做？
（2）学生课堂生成新问题（不同的班级可能会有不同的问题，具体问题具体解决）．
课外作业
1．书面作业
（1）习题3.1A组3,4,5；
（2）求2x＋3x＝7的近似解（精确度0.1）．
2．知识链接 阅读与思考“中外历史上的方程求解”．
板书设计
课题：
（投影显示）
1．提出问题：
2．自主探究：
3．抽象概括：
4．巩固练习：
5．归纳总结：
教学反思
1．注重学生参与知识的形成过程；
2．注重培养学生的应用意识；
3．恰当地利用现代信息技术．
教学设计
（二）
作者：
冯红果，泉州市第七中学教师．本教学设计获福建省教学设计大赛一等奖．
整体设计
教学内容分析
本节选自《普通高中课程标准实验教科书·数学1》人教A版第三章第一节第二课，主要是分析函数与方程的关系．教材分三步来进行：
第一步，从学生认为较简单的一元二次方程与相应的二次函数入手，由具体到一般，建立一元二次方程的根与相应函数的零点的联系．然后推广为一般方程与相应函数的情形；第二步，在用二分法求方程近似解的过程中，通过函数图象和性质来研究方程的解，体现方程和函数的关系；第三步，在函数模型的应用过程中，通过函数模型以及模型的求解，更全面地体现函数与方程的关系，逐步建立起函数与方程的联系．
本节课是这一小节的第二节课，即用二分法求方程的近似解．它以上节课的“连续函数的零点存在定理”为确定方程解所在区间的依据，从求方程近似解这个侧面来体现“方程与函数的关系”；而且在“用二分法求函数零点的步骤”中渗透了算法的思想，为学生后续学习算法的内容埋下伏笔；充分体现新课程“渗透算学方法，关注数学文化以及重视信息技术应用”的理念．求方程近似解其中隐含“逼进”的数学思想，并且运用“二分法”来逼近目标是一种普通而有效的方法，其关键是逼近的依据．
学生学习情况分析
同学们有了第一节课的基础，对函数的零点具备基本的认识；而二分法来自生活，是由生活中抽象而来的，只要我们选材得当，能够激发学生的学习兴趣，达到渗透数学思想关注数学文化的目的，学生也能够很容易理解这种方法．其中运用“二分法”进行区间缩小的依据、总结出“运用二分法求方程的近似解”的步骤、将“二分法”运用到生活实际，是需要学生“跳跳”才能摘到的“桃子”．
设计理念
本节课倡导积极主动、勇于探索的学习方式，应用从生活实际——理论——实际应用的过程，应用数形结合、图表、信息技术，采用教师引导——学生探索相结合的教学方法，注重提高学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，让学生经历直观感知、观察发现、抽象与概括、符号表示、运算求解、数据处理、反思与建构等思维过程．
教学目标
1．理解二分法的概念，掌握运用二分法求简单方程近似解的方法；利用信息技术辅助教学，让学生用计算器自己验证求方程近似值的过程；
2．体会二分法的思想和方法，使学生意识到二分法是求方程近似解的一种方法；让学生能够了解近似逼近思想，培养学生探究问题的能力和创新能力，以及严谨的科学态度；
3．体验并理解函数与方程的相互转化的数学思想方法；感受正面解决问题困难时，通过迂回的方法使问题得到解决的快乐．
教学重点与难点
教学重点：
能够借用计算器用二分法求相应方程的近似解，根所在区间的确定及逼近的思想．
教学难点：
对二分法的理论支撑的理解，区间长度的缩小．
教学过程
教学基本流程图
教学情境设计
教学设计
学情预设
设计意图 知识链接
创
设
情
境
·
引
出
课
题
1．大家都看过《幸运52》吧，今天咱也试一回（出示游戏）．
2．竞猜中，“高了”、“低了”的含义是什么？
如何确定价格的最可能的范围？
3．如何才能更快地猜中商品的预定价格？
4．“二分”的思路是什么？
1．教师从学生熟悉的电视节目，引导学生体会、分析、归纳迅速猜价的方法．
2．学生能够主动参与游戏，并且参与游戏的同学可以比较并总结经验．学生会有很多种方案．
3．对于“问题2”学生能够顺利地得出“主持人的“高了，低了”的回答是判断价格所在区间的依据”这个结论．
4．此时教师通过“问题3”引导学生进行比较哪种方法更快更好．从中学生可以得到用二分法解决问题的思路——二分指的是将解所在区间平均地分为两个区间.
1．利用视屏与游戏的形式，学生会踊跃参与；商品价格竞猜也是学生熟悉的，竞猜的方法会很多样，可以进行竞赛．
2．通过问题2，启发学生寻找确定区间的依据，为后面探索“用二分法求方程近似解”的时候埋下伏笔．
3．通过游戏，让学生经历游戏过程，感受数学来自生活，激发学生的学习兴趣；引导学生善于发现身边的数学，培养学生的归纳演绎的能力；学会将实际情境转化为数学模型．
4．通过比较不同的方法得出最快的竞猜的方法——二分法．
师
生
探
究
·
构
建
新
知
1．上节课我们学了什么定理，它的作用是什么？
还有什么问题没有解决？
2．已知函数f（x）＝lnx＋2x－6在区间（2,3）内存在一个零点；如何求出方程lnx＋2x－6＝0在区间（2,3）的近似解（精确度为0.01）？
与刚才的游戏是否有类似之处？
3．精确度的含义是什么？
怎样的区间才算满足设定的精确度？
4．区间（2,3）的精确度为多少？
5．如何将零点所在的范围缩小（即
如何将精确度缩小）？
缩小的依据是什么？
6．如何利用今天“猜价格”——“二分法”的逼近思想来缩小区间？
7．近似解是多少？
1．教师通过“问题1”对上节课的内容进行复习引入，点出今天的课题．并且有前面游戏作为伏笔，学生能够得出“连续函数零点存在定理”是判断方程的根所在区间的依据．
2．通过“问题2”应用具体的题目引导学生进行思考．学生通过引导将方程的解与商品的价格联系到一起，运用刚才的游戏的经验，得到缩小区间的想法．
3．学生对精确度的概念可能有所遗忘．教师可以借助数轴解释说明精确度的含义，引导学生思考什么时候停止操作．
4．教师通过“问题4～6”引导学生将“二分法”与“零点存在定理”相结合得到正确的新的零点所在的区间．并确定结束的时间.
5．学生按照游戏的方法也就是按照“二分法”的思路，不断缩小零点存在的区间，进行具体操作，填出（附录1）中的表格．表格刚开始的前几行学生可能会比较慢，也有可能会出错；通过多次的重复以及经验的总结，后面的表格可以正确地、快速地回答出来；使得最后的“应用二分法求函数的零点”的方法的总结更加顺利．
6．对于“问题7”学生不太容易得到比较简洁的结论．教师可以进行解释说明：
“由于整个区间内的数均满足精确度的条件，因此区间内的所有数均可以作为近似解，但区间端点a，b是已知的值，所以可以取a或b作为近似解．”，最后得到方程的近似解（附录1的表格后面的内容）.
[设计意图]
1．开门见山，延续上一节课的内容继续深入地研究，使得知识有一个链接，让学生能够很容易地将新知识建构到旧的知识体系中．
2．运用问题1，将学生的思路与前面已解决的问题联系起来，引导学生层层深入，抽丝拨茧，学习如何分析问题、如何利用新的知识解决问题；培养学生分析问题、解决问题的能力，以及运用知识、驾驭知识的能力．
3．师生的互动有利于一边引导一边总结．将二分法应用于解决实际问题，即将新的知识应用于解决新的问题．培养学生实际应用的
能力，加强解决问题的严谨性，总结知识的逻辑性．使得最后方法的总结能够顺利进行．
4．有了前面的商品竞猜过程的经历，学生比较容易入手，分析比较容易到位，从而降低思维的难度．
[知识链接]
1．函数零点存在定理：
如果函数y＝f（x）在区间[a，b]上的图象是连续不断的一条曲线，并且有f（a）·f（b）＜0，那么，函数y＝f（x）在区间（a，b）内有零点，即存在c∈（a，b），使得f（c）＝0，这个c也就是方程f（x）＝0的根．
2．精确度是对同一个量的不同近似数的精确程度的度量．一般是：
一个近似数，四舍五入到哪一位，就说这个近似数精确到哪一位．
形
成
概
念
·
深
化
提
高
1．我们刚才的求解过程中有哪些过程是一直重复出现的？
2．我们取其一段，大家看如何用数学语言来描述？
3．点明求方程的近似解的“二分法”：
对于在区间（a，b）上连续不断、且f（a）·f（b）＜0的函数y＝f（x），通过不断地把方程的解所在的区间一分为二，使区间的两个端点逐步逼近近似解，进而得到近似解的方法叫二分法.
学生经过老师“问题1～2”的提示与引导，可以得到“取区间的中点，计算函数值，比较符号，确定新的区间”这样的相同的过程．
学生根据“二分法”的定义进行归纳总结：
运用二分法求方程的近似解的步骤（附录2）．其中步骤①“画图或利用函数值的正负，确定初始区间（a，b），验证f（a）f（b）＜0”；学生很有可能会有遗漏．此时可以提出“问题5”引导学生回忆、思考，从而得到运用二分法的前提——即步骤①.
对于“问题6”，较好的学生才能回答出来.
[设计意图]
1．不断的引导，将刚才的解题过程经过“自然语言——数学语言——去其糟粕取其精华——具体步骤”的过程，帮助学生学会归纳总结的方法．
2．课间的及时总结有利于学生对当前所学的内容进行升华，了解自己掌握了什么知识，在后面的做题中可以有法可依，可以提高解题的正确率，增强自信．
3．问题6的设计是将学生的思维进一步升华，不再停留在技能这一个层次，而是上升为数学思想方法的层次.
4．进一步提出问题：
运用二分法求方程的近似解的步骤是什么？
5．运用二分法的前提是什么（游戏开始时要先做什么工作）？
引例条件的内涵是什么？
6．二分法的实质是什么？
它有什么作用？
[知识链接]
1．运用二分法的前提是要先判断根在某个所在的区间．
2．二分法实际上是通过缩小区间长度寻找解的一种方法．
课
内
练
习
·
课
后
作
业
1．练习：
（1）
（2）题为例题仿照题，由同桌协助完成．（3）（4）题考查二分法的含义，由同学独立完成，可以寻求帮助．（附录4）
2．思考：
两道题均为实际应用题，为学有余力的同学提高能力．（附录4）
3．课后作业：
习题3.1A组3,4；B组1,2.
练习1．
（1）
（2）题经过同桌两位同学合作可以顺利完成．（3）（4）题独立完成如果有困难的同学在同伴或老师的帮助下可以完成．
练习2实际应用：
学有余力的同学与同伴合作探讨，也可以解决.
[设计意图]
1．不同层次的题目，层层递进，不断提高学生的能力．不仅巩固新学的知识，而且让不同层次的学生得到不同的收获；
2．培养合作、互助精神；
3．培养学生应用与创新的能力，利用二分法的逼近思想解决实际问题．
本
课
小
结
请同学们回顾一下本节课的教学过程，你觉得你已经掌握了哪些知识？
教师通过点名提问，学生借助教师的帮助对整节课进行最后的归纳总结，得到以下两点：
（1）二分法是一种求一元方程近似解的通法．
（2）利用二分法来解一元方程近似解的操作步骤（附录3）.
[设计意图]
学生的归纳总结的能力不强，需要不断的培养；课后的总结有利于学生对整节课的内容进行升华，了解自己掌握了什么知识，养成良好的学习习惯，建立自信心.
教学反思
1．本节课有两条线，明线：
“从生活实际、从学生熟知的现实生活、从学生喜爱的游戏——“竞猜商品的价格”入手，引导学生进入深层的思考——如何才能更快更好地赢得游戏？
与学生一道进行新知识的探索过程——二分法的得来；再将二分法充分地运用在函数零点的求解上；最后将二分法求解函数零点的过程程序化”；暗线：
“生活实际（特殊）——二分法的理论（一般）——二分法的应用（特殊）”．让学生经历知识的形成与应用过程，培养发现问题、提出问题、解决问题的能力，体现数学的基础性、时代性、典型性和可接受性，体会数学来自生活，应用于生活的最高境界，感受数学之美．
2．引入课题的方式，
（1）从生活中的常见现象——“商品价格的竞猜”引入；
（2）开门见山——“继续前面的研究”引入．
（附录1）解：
设f（x）＝lnx＋2x－6，x∈（2,3），先取区间的中点，再计算中点的函数值，接着应用“零点存在定理”确定零点所在的区间，从而缩小精确度，得到下表：
区间
中点的值
中点函数近似值
精确度
（2,3）
2.5
－0.083709268
1
（2.5,3）
2.75
0.511600912
0.5
（2.5,2.75）
2.625
0.215080896
0.25
（2.5,2.625）
2.5625
0.065983344
0.125
（2.5,2.5625）
2.53125
－0.008786748
0.0625
（2.53125,2.5625）
2.546875
0.028617117
0.03125
（2.53125,2.546875）
2.5390625
0.009919918
0.015625
（2.53125,2.5390625）
2.53515625
0.000567772
0.007813
（2.53125,2.53515625）
2.533203125
－0.004109191
0.003906
（2.533203125,2.53515625）
2.534179688
－0.001770634
0.001953
（2.534179688,2.53515625）
2.534667969
－0.000601412
0.000977
（2.534667969,2.53515625）
2.534912109
－1.68166×10－5
0.000488
所以，当精确度为0.01时，由于|2.5390625－2.53125|＝0.0078125＜0.01，因此我们可以将x＝2.53125作为函数f（x）＝lnx＋2x－6零点的近似值，也即方程lnx＋2x－6＝0根的近似值．
（附录2）二分法求解方程f（x）＝0〔或g（x）＝h（x）〕近似解的基本步骤：
①画图或利用函数值的正负，确定初始区间（a，b），验证f（a）·f（b）＜0；
②求区间（a，b）的中点x1x1＝
））；
③计算f（x1）：
若f（x1）＝0，则x1就是函数f（x）的零点，x1就是f（x）＝0的根，计算终止；
若f（a）f（x1）＜0，则选择区间（a，x1）；
若f（a）f（x1）＞0，则选择区间（x1，b）；
④循环操作②、③，直到当区间的精确度达到事先指定的精确度ε（若是要求精确到ε，两端点精确到同一个近似值时才终止计算）．
（附录3）
1．练习：
（1）应用计算器，求方程x3＋3x－1＝0的一个正的近似解．
（2）应用计算器，求方程2x＋x＝4的近似解．
（3）用二分法判断方程2x＝x2的根的个数（ ）
A．1B．2C．3D．4
（4）方程lg（x＋4）＝10x的根的情况是（ ）
A．仅有一根B．有一正根一负根
C．有两负根D．无实根
2．思考：
（1）从上海到美国旧金山的海底电缆有15个接点，现在某接点发生故障，需及时修理，为了尽快断定故障发生点，一般至少需要检查接点的个数为几个？
（2）一天，泉州七中校区与现代中学（分校）校区的电缆线路出了故障（相距大约10km），电工是怎样检测的呢？
答案：
略
教学设计（三）
作者：
罗志强，长汀县第一中学教师．本教学设计获福建省教学设计大赛三等奖．
整体设计
三维目标
1．知识与技能：
①通过具体实例理解二分法的概念及其适用条件；
②借助科学计算器，掌握运用二分法求满足一定精确度要求的简单方程近似解的方法．
2．过程与方法：
①了解数学上的逼近思想、极限思想；
②体验二分法的算法思想，培养自主探究的能力，为学习算法做准备．
3．情感、态度与价值观：
①通过了解数学家的史料来提高数学素养，并增强学习数学的兴趣；
②体会数学逼近过程，感受精确与近似的相对统一；
③通过具体实例的探究，归纳发现的结论或规律，体会从具体到一般的认知过程．
教学重点与难点
教学重点：
二分法的基本思想的理解，运用二分法求函数零点的近似值的步骤和过程；
教学难点：
精确度概念的理解及恰当地使用信息技术工具，利用二分法求给定精确度的方程的近似解．
教材分析
本节课在学生应用数形结合的数学思想指导下学习了方程的根与对应函数零点之间的关系的基础上，再介绍求函数零点的近似值的“二分法”，并在总结“用二分法求方程近似解步骤”中渗透算法的思想，为学生后续学习算法内容做准备．教科书不仅希望学生在数学思想与运用信息技术的能力上有所收获，而且希望学生通过了解古今中外数学家求方程的解的史料来渗透数学文化，提高数学素养．
学情分析
学生基础较好，学习的主动性较强，所以通过一节课掌握用二分法求方程的近似解的方法，体验二分法中的逼近思想、算法思想．但在求解的过程中，由于数值计算较为复杂，因此对获得给定精确度的近似解增加了困难，所以希望学生具备恰当地使用信息技术工具解决这一问题的能力．
信息技术分析
多媒体教室及几何画板、VisualBasic应用程序．
教学方法
动手操作、分组讨论、合作交流、课后实践．
教学过程
教学设计流程图
——由模仿中央电视台节目“幸运52”中的猜价游戏导入新课，提出二分法的思想
↓
——回顾例题，复习零点存在性定理，提出新问题：
能不能求出零点《几何画板》演示
↓
——借助《几何画板》软件探究用二分法求方程的近似解
↓
——总结出用二分法求方程近似解的步骤
↓
——学生借助科学计算器，用二分法求方程的近似解
↓
——介绍数学家求方程的近似解的历史
↓
——利用VisualBasic编写程序，渗透算法思想
教学设计理念
1．倡导积极主动、勇于探索的学习方式．
2．鼓励学生自主探究、合作交流．
3．注重信息技术与数学课程的整合．
4．体现数学的文化价值．
教学情境设计
一、创设情境，导入新课
问题情境：
中央电视台有一档娱乐节目“幸运52”，主持人李咏会给选手在限定时间内猜某一物品的售价的机会，如果猜中，就把物品奖励给选手，同时获得一枚商标．某次猜一种品牌的手机，价格在500～1000元之间，选手开始报价：
1000元，主持人回答：
高了；紧接着报价900元，高了；700元，低了；800元，低了；
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