Изучение функций в школе

Изучение функций в школе. Не смотря на чрезвычайно большой объем, широту и сложность понятия функции, его простейший вариант дается уже в средних классах школы.

Это понятие в дальнейшем играет важную роль, являясь базовым понятием в изучении алгебры и начал анализа. Начиная с 7 класса средней школы идет постепенное изучение свойств функций и функциональных зависимостей. Рассматриваются различные классы функций начиная с простейших линейных функций и их графиков, затем следуют квадратичные функции, функции обратной пропорциональности и дробно-линейные функции. В более старших классах вводятся тригонометрические функции, и, наконец, показательные и логарифмические функции.

Все эти функции рассматриваются только как функции одной переменной, причем сами переменные не выходят за рамки множества вещественных чисел. В настоящее время, на волне педагогического поиска, стало появляться множество экспериментальных учебников для использования в школе. Наряду с добротными, толково написанными учебниками, в школы стала попадать, под предлогом апробации, масса учебников с довольно вольной трактовкой учебного материала, в том числе и глав, касающихся изучения функций.

Часто нарушается логический порядок следования изучаемых разделов, допускаются ошибки при построении графиков, материал необоснованно упрощается, примитивизируется или наоборот, чрезмерно перегружается терминами и символикой. Но тем не менее, в настоящее время в изучении понятия функции в школе преобладающими являются два основных подхода индуктивный и дедуктивный. Сложившись исторически, они наиболее полно отвечают целям и задачам образования, и поэтому именно им отдано предпочтение при изучении математики, в том числе функций, в средних классах школ. Вот как, примерно, реализуется индуктивный подход к изучению понятия функции в 7 классе На практике мы часто встречаемся с зависимостями между различными величинами.

Например, площадь круга зависит от его радиуса, масса металлического бруска зависит от его объема и плотности металла, объем прямоугольного параллелепипеда зависит от его длины, ширины и высоты.

В дальнейшем мы будем изучать зависимость между двумя величинами. Рассмотрим примеры. Далее следуют примеры призванные наглядно продемонстрировать только что изложенный материал. П р и м е р 1. Площадь квадрата зависит от длины его стороны. Пусть сторона квадрата равна a см, а его площадь равна S см2. Для каждого значения переменной a можно найти соответствующее значение переменной S. Так, если a 3, то S 32 9 если a 15, то S 152 225 если a 0,4, то S 0,42 0,16. Зависимость переменной S от переменной a выражается формулой S a2 по смыслу задачи a 0. Затем дается первое определение зависимой и независимой переменных Переменную a, значения которой выбираются произвольно, называют независимой переменной, а переменную S, значения которой определяются выбранными значениями a, зависимой переменной.

П р и м е р 2. На рисунке 2 изображен график температуры воздуха в течении суток. С помощью этого графика для каждого момента времени t в часах, где 0 t 24, можно найти соответствующую температуру p в градусах Цельсия.

Например, если t 6, то p 2 если t 12, то p 2 если t 17, то p 3 Здесь t является независимой переменной, а p зависимой переменной. П р и м е р 3. Стоимость проезда в пригородном поезде зависит от номера зоны, к которой относится станция. Эта зависимость показана в таблице буквой n обозначен номер зоны, а буквой m соответствующая стоимость проезда в тысячах рублей По этой таблице для каждого значения n, где n 1, 2, 9, можно найти соответствующее значение m. Так, если n 2, то m 1.5 если n 6, то m 4 если n 9, то m 8.5 В этом случае n является независимой переменной, а m зависимой переменной. Обилие примеров, призванных проиллюстрировать понятие функции, объясняется тем фактом, что проводя аналогии между различными примерами, учащиеся интуитивно нащупывают суть этого понятия, строят догадку относительно функциональных зависимостей в быту и в природе, и получают ее подтверждение в последующих примерах.

Второй не менее важной причиной является то, что каждый из этих примеров содержит функцию заданную одним из возможных способов.

В первом примере она задана аналитически, во втором графически, в третьем это таблица. Это не случайность, разбирая примеры вместе с учителем, дети сразу привыкают к различным способам задания функций. И когда преподаватель начнет рассказывать параграф о способах задания функций, ученикам будет гораздо легче осознать новый материал, потому что для них он не будет абсолютно новым они уже сталкивались с этим ранее.

Далее дается само определение функции, вводятся термины аргумент и значение функции. В рассмотренных примерах каждому значению независимой переменной соответствует единственное значение зависимой переменной. Такую зависимость одной переменной от другой называют функциональной зависимостью или функцией. Независимую переменную иначе называют аргументом, а о зависимой переменной говорят, что она является функцией от этого аргумента.

Так, площадь квадрата является функцией от длины его стороны путь, пройденный автомобилем с постоянной скоростью, является функцией от времени движения. Значения зависимой переменной называют значениями функции. Все значения которые принимает независимая переменная, образуют область определения функции. Так на практике реализуется индуктивный подход к изучению функций в школе. Альтернативой ему служит дедуктивный подход, который, хотя и применяется реже, имеет целый ряд положительных аспектов, которые и стали причиной его применения в школе. Для этого подхода характерно первоначальное полное и сжатое изложение учебного материала, пускай даже малопонятного при первом прочтении, и дальнейшая углубленная проработка всех примеров, терминов и определений.

Такой подход к изучению функций и не только их позволяет учащимся самостоятельно попытаться проследить логические связи в излагаемом материале, резко увеличивает интенсивность мыслительной деятельности, способствует более активному и глубокому запоминанию. Вот как выглядит изложение той же темы Понятие функции в соответствии с дедуктивным подходом 1. Зависимости одной переменной от другой называют функциональными зависимостями. 2. Зависимость переменной у от переменной х называют функцией, если каждому значению х соответствует единственное значение у. При этом используют запись у f х. 3. Переменную х называют независимой переменной или аргументом, а переменную у зависимой переменной. Говорят, что у является функцией от х. 4. Значение у, соответствующее заданному значению х, называют значением функции. 5. Все значения, которые принимает независимая переменная, образуют область определения функции все значения, которые принимает зависимая переменная, образуют множество значений функции. 6. Для функции f приняты обозначения D f область определения функции, E f множество значений функции, f х0 значение функции в точке х0. 7. Если D f R и E f R, то функцию называют числовой. 8. Элементы множества D f также называют значениями аргумента, а соответствующие им элементы E f значениями функции. 9. Если функция задана формулой и область определения функции не указана, то считают, что область определения состоит из всех значений независимой переменной, при которых эта формула имеет смысл. 10. Графиком функции называют множество всех точек, абсциссы которых равны значениям аргумента, а ординаты соответствующим значениям функции.

Затем, на следующих уроках, происходит детальный разбор этого материала при активной работе учащихся.

Тщательно рассматриваются все определения, прорешиваются примеры идет усвоение нового материала.

Рассмотренные выше подходы к изучению функций в школе не охватывают все многообразие способов и методов изучения этого понятия.

Они лишь являются основными, наиболее разработанными подходами к вопросу об изучении функций в школе, ориентируясь на которые можно разрабатывать новые, специфические методы обучения, которые были бы лишены недостатков вышеперечисленных подходов и были бы следующим шагом в деле обучения математике в школе.