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(1) 單項式絕對值函數基本圖形的判別:

(1) 單項式絕對值函數基本圖形的判別:

研究者請學生在紙上畫出二元一次方程式y=x+2的圖形,並請一位同學在黑板上 畫,由於國中的學習經驗,學生很快的就完成了。學生先畫出坐標平面,然後利用代入 法找出位於直線上的兩個點,多數學生皆取兩軸上的點,再將兩點連線畫出一直線,但 是問學生為什麼圖形是一條直線呢?有些學生的回答很妙:「國中老師就是這樣教的呀,

我也不知道為什麼。」。接著研究者請學生互相討論關於 y=∣x+2∣的圖形,並在紙 上畫出,結果出現了下面兩種不同的答案。

第一類學生認為圖形應該如右圖4-1-1,此 類學生根據以往的學習經驗,了解絕對值的結果 一定不是負的,但是卻誤以為是定義域的x須為 正數(雖然他不清楚定義域的概念),因此學生認 為直線應位於在X軸正向,所以圖形的左半部不 見了,學生就畫出如圖4-1-1的圖形。

圖4-1-1 圖形迷失類型(一)

第二類學生認為圖形應該如圖4-1-2,同樣 的此類學生根據以往的學習經驗,了解絕對值的 結果一定不是負的,因此他認為值域 y 的值必 須為正數,因此學生認為直線應位於在Y軸正向,

所以圖形在Y軸負向的部分被擦掉了,學生就畫 出如圖4-1-2的圖形。

圖4-1-2 圖形迷失類型(二)

這二類的同學很明顯的是對於定義域與值域的觀念是不清楚的,一知半解的結果把

兩種概念混在一起,在沒有仔細思考的情況下,才會畫出上述的圖形,如果養成學生多 動腦思考,許多這類的問題應該很容易被解決。

老師透過GeoGebra幾何視窗,指導學生設計目標函數,透過滑桿引導學生觀察函數 圖形之變化,學生看到函數圖形之後一陣詫異,如圖4-1-3,經過混亂的討論之後,每個 學生有如大夢初醒,不用老師講解都很了解自己剛才的問題在哪裡!

圖4-1-3 學生觀察學習歷程一

師:「你們想想看,圖形為什麼是這樣呢?」

學生TB:「嗯,因為絕對值的結果是正的,所以原來的值如果是負的,加上絕對值 之後就會變成正數。」

師:「不錯喔!清楚了嘛!那剛才的問題在哪裡?」

學生TB:「忘記加絕對值,所以少了另一半的圖形。」

師:「Good!你們看到這個圖形,有沒有感覺圖形像什麼英文字母呢?」

學生TB:「像英文字母的V。」

學生已經知道單項式絕對值函數的圖形長的像英文字母V,接下來的研究者想要引 導學生觀察函數圖形當中的轉折關鍵點的座標該如何計算或觀察,以及V字的左、右兩 條射線的方程式為何?還有左、右兩條射線與轉折關鍵點的關係為何?最後引導學生以

條件函數的型式表現出他看到的情形。藉此加強學生對於定義域與值域的概念,使得學 生對於函數的對應關係及觀念更清楚。

師:「大家既然都已經知道f(x)=∣x+2∣的圖形長的像英文字母的V,請利用剛才 的檔案,移動數值滑桿a,觀察轉折點的座標該如何計算呢?」

學生KB:「令x+2=0,x=-2,就可以得到轉折點的座標為(-2,0)。」

師:「很好,只要解f(x)=0,就可以得到轉折點。」

以上記錄擷取自99/09/06

師:「大家都已經了解f(x)=∣x+2∣的圖形長的像英文字母的V,也知道轉折點的 座標,圖形看起來很像是由兩條射線所組成的,請你們寫出這兩條射線的方程式?並寫 出其定義域x的範圍?也就是說當x的範圍是…時,f(x)=…?」

研究者發現,全班只有極少數的學生可以馬上在學習單上作答回答問題,多數學生 對此問題是感到困惑的。

師:「同學可以利用GeoGebra指令列”點”的工具,在射線上任取相異兩點,利用 GeoGebra指令列”直線”的工具,畫出直線,再從代數視窗觀察直線的方程式,如此找 出兩條射線方程式,注意觀察兩條線的關係!」

實驗之後約有三分之二的學生可以自行利用GeoGebra順利完成觀察並寫下直線方 程式,約三分之一的學生因為指令操作問題,須協助後才能完成觀察。但是對於定義域 x的範圍,五分之四的同學皆無法明確指出,甚至其中約有五分之一的學生對於定義域 的概念是非常薄弱的。

師:「請同學觀察右側這條射線的方程式與函數的關聯性?。」

學生CB:「把函數的絕對值符號直接去掉,就可以得到右邊的直線方程式。」

師:「漂亮!不過如果x項的係數是負的,你剛才的結論還是對的嗎?。」

學生LB:「嗯,因為右邊直線的方向都是從左下到右上,所以斜率都是正的,因此 x項的係數必須為正的,只要想辦法讓x項的係數為正的,所以如果x項的係數是負的,

只要方程式右側同時乘一個負號,使得x項的係數變正的就對了。」

師:「很棒喔!請觀察左、右這兩條射線的方程式有何關係?」

學生WG:「左、右兩支剛好差一個正負號,只要把右邊的射線方程式乘上一個負 號就會得到函數圖形左邊的射線方程式。」

(正確的說法應該是將y=ax+b改成y=-(ax+b),學生口語表達不是很精準,但是 從言行中可以知道學生是理解的,因此沒有予以修正。)

師:「漂亮喔!觀察得很仔細!那請你們再討論看看定義域的範圍呢?」

學生WB:「老師!什麼是定義域?」

師:「就是當x的範圍是…時,f(x)=…?」

對於老師的這個題目多數的學生是停滯的,因為學生不太了解何謂定義域與值域,

雖然國中學過函數,但是對於定義域與值域的感覺是很陌生的,教師解釋說自變數的範 圍稱做定義域,應變數的範圍稱為值域,學生還是不太清楚,於是教師又解釋說x的限 制範圍稱做定義域,y的範圍稱為值域,學生才開始作答。

師:「請你們觀察看看,左、右那兩條射線與關鍵點的關係為何?」

學生WG:「關鍵點右邊的直線斜率為正,關鍵點左邊的直線斜率為負。」

師:「很好喔,如果用關鍵點的x座標來描述兩射線方程式,你要怎麼形容呢?」

學生MG:「當x≧2,y=x+2,當x<2,y=-x-2」

以上記錄擷取自99/09/09

當學生按照老師的指示設計他所要觀察的射線方程式時,許多同學都遇到了相同的 問題,當他移動數值滑桿觀察射線方程式的時候,他所畫的射線會跑掉,導致影響到觀 察的結果,研究者要學生想想射線為什麼會跑掉,學生互相討論後還是想不出來原因,

研究者告訴他們,是射線建構方式的問題,請他重新建構射線,提示他其中一個點必須 是轉折點,學生操作後發現問題果真不見了,射線變正常了。研究者要學生想想兩種建 構方式的差別,學生依舊想不出來,研究者告訴他因為有滑桿,才可以用動態的方式觀 察函數圖形及射線方程式的變化,但是也因為如此,他原來所選取的兩個固定點位置會 因為函數圖形位置改變而改變,導致圖形與他的想像不同,但是選取轉折點時,轉折點 原本就是動態的,所以只要慎選另一固定點就可以了。研究者認為這是學生不熟習環境 的問題,當學生熟悉GeoGebra時,這些問題將會消失。數學是一門注重邏輯分析的課程,

透過建構的過程學生可以學習嚴謹的概念。現在許多的數學軟體都是注重學生在幾何物 件建構的過程當中學習數學概念,例如:Cabri 3D、Gsp……等數學軟體。比起傳統的

軟體輸入後即得到答案,學生不清楚做圖過程一知半解好太多了。這也是近年來有許多 的研究探討動態幾何系統融入課程的主要原因之一。

這個單元學完之後,隔天上課時研究者對學生做了一個小測驗,出了四道題目想了 解學生對於將絕對值函數轉換成條件函數,是否會有學習上的問題,其中一個題目如 下:

設f(x)=∣x-2∣,請畫出f(x)的圖形,並在圖形上標示轉折點座標,寫出左右半部 的射線方程式,並寫下其x的範圍。

結果發現一個很有趣的現象,那就是基本上90%的學生皆可完成小測驗,其中約有 50%的學生是依照前一天的學習經驗,很快的完成兩條射線方程式如圖4-1-4,但是約有 40%的學生,是先利用觀察法找出位於右側射線上的兩個格子點,然後再利用y=ax+b,

將兩個點的座標代入方程式,解出a、b,然後寫出右側的射線方程式,將方程式右側乘 上負號,再寫出左側的射線方程式如圖4-1-5。看到這個現象,令人哭笑不得,但也感受 到要學生學習新的方法,取代已沿用許久的方法是不容易的,而且也發現學生的觀察、

歸納、分析的能力有待加強,因為有高達40%的學生有如此的問題,比例比研究者想像 中的高,原先研究者認為如此簡單易懂的觀察學習法,學生應該印象深刻,馬上就能舉 一反三,但是事實並非如此,要學生接受新的東西是需要時間去磨的。

圖4-1-4 學生將絕對值函數以條件函數表示法之類型一

關於定義域的部分,超過半數的學生無法用數學符號表示定義域與射線的關係是原 本就是在研究者的判斷當中,因此又利用一節課的時間去電腦教室請學生重新操作一次,

研究者再次對定義域與值域的概念解說一次。經過此次再學習的結果,90%的學生都能 順利快速的完成任務,但是仍有極少數學生排斥它。

圖4-1-5 學生解題方法之類型二

師:「請設計二個數值滑桿a、m,其中m>0,指令列輸入f(x)=abs(mx+a),移動 數值滑桿m,觀察兩射線的變化為何?」

學生CB:「m愈大,兩射線的開口就愈小;m愈小,兩射線的開口就愈大。」

師:「如果只單看右側的直線呢?」

學生CB:「m愈大,直線越陡;m愈小,直線越平緩。」

師:「good!m代表斜率,斜率愈大,直線越陡;斜率愈小,直線越平緩。」

以上記錄擷取自99/09/13

(2) 單項式的絕對值方程式解的個數討論:∣ax+b ∣=k

師:「有沒有人知道絕對值方程式的解到底有多少個呢?例如:|x+2|=3、

|x+2|=0、|x+2|=-3。」

學生KB:「這太簡單了,我還可以告訴你它的答案喔。」

當學生KB要說下去的時候,馬上就被教師制止了。

師:「你們都很厲害,不過我目前只想要知道它的答案個數就好了喔。」