Функциональная линия в стандартах школьного образования

«Та из двух связанных между собой переменных величин, которой можно придавать произвольные значения, называется независимой переменной или аргументом. Та переменная величина, числовые значения которой изменяются в зависимости от числовых значений другой, называется зависимой переменной или функцией этой другой переменной величины».

«Если каждому значению одной переменной величины х каким-либо образом поставлено в соответствие вполне определенное значение другой величины у, то говорят, что задана функция. Величину у при этом называют зависимой переменной величиной или функцией, а величину х - независимой переменной величиной или аргументом»

Недостатки первого определения: расплывчатость основного опорного понятия переменной величины, несоответствие объему этого понятия, т.е. отсутствие однозначности.

Недостатки второго определения: отсутствие четкости, двусмысленность, из этого определения неясно, что же такое функция; соответствие между переменными величинами х и у, способ, которым задается соответствие или переменная величина? Основным опорным понятием в этом определении, так же как и в первом, является понятие переменной величины, смысл которого остается нераскрытым.

Обсуждая методические подходы к определению понятия функции. АЯ. Хинчин говорил, что в понятии функции «как в зародыше уже заложена вся идея овладения явлениями природы и процессами техники с помощью математического аппарата. Вот почему мы должны со всей беспощадностью требовать от этого определения полной, безукоризненной ясности: ни одно слово в нем не должно вызывать и тени сомнения, малейшая двусмысленность здесь грозит сделать все величественное здание, которое строит наука на базе этого основного понятия, несовершенным, требующего капитальной перестройки».

2.1.1 Учебники Муравина К.С. и Муравина Г.К.

Вводятся понятия функции и ее графика в 7 классе. Введение начинается с рассмотрения кокретных задач (об объеме прямоугольного параллепипеда и высоте прямоуголька при данной площади и ширине). Далее дается точное определение понятия функции и ее графика, что само по себе является преждевременным и учащиеся еще не могут полностью понять глубину этих важных понятий.

Рассматривается функция y=kx (опять от кокретных задач), дается ее определение через понятие пропорциональности, определение графика, построение графика. Линейная функция, ее определение и график. Линейное уравнение с двумя переменными и его график (не объясняется связь между линейными уравнениями с двумя переменными и линейными функциями).

Вводится понятие функции y=x2. Строится ее график и рассматриваются свойства: расположение графика, симметричность графика. Третье свойство тяжело для понимания: зависимость большей (меньшей) ординаты от большей (меньшей) абсциссы при x0, при x0. Задачи и упражнения по этой теме не имеют тесной связи с объясняемым материалом, нет разнообразия и подходов с разных сторон, нет «лестницы сложности».

Функция y=k/x. Построение графика. Рассматриваются свойства, касающиеся расположения графика.

Основные недостатки:

Отсутствие равномерности, последовательности и блочности изложения материала, все функции даются вперемешку, а не по их значению в реальных жизненных ситуациях (отсутствие опоры на понятие математической модели). Отсутствует взаимосвязь между функциями некоторых видов, функциями и уравнениями с двумя переменными. Определения и свойства даются рано, учащиеся еще не проникли в суть вещей, тем более что формулировки громоздки и тяжелы для запоминания.

Теперь рассмотрим какие типы задач представлены в данных учебниках по теме «Функции» и проанализируем на выполнение каких задач они направлены. Так как после анализа стандарта по функциональной линии был сделан вывод о том, что задачи курса математики по рассматриваемой линии практически совпадают, то просмотрим выполнение данных задач на примере проекта стандарта 2002 года.

Тип 1: графические задачи.

1.1 Задания направленные на составление таблицы по данному графику функции.

Пример. На рисунке изображен график, показывающий, как зависит атмосферное давление р (мм рт. ст.) от высоты H (км) над уровнем моря. Пользуясь графиком заполните таблицу значений функции р=g(H):

H (км)	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
р (мм рт. ст.)

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, осознание необходимости графических представлений для описания реальных зависимостей.

Тип 2: аналитические задачи.

2.1 Задачи на задание какого-либо процесса с помощью функции, нахождение ее области определения:

Пример. В баке емкостью 400 л содержится 160 л воды. Каждую секунду в бак вливается 6 л воды. Сколько литров воды V будет в баке через t секунд? Укажите множество допустимых значений переменной t. Является ли переменная V функцией переменной t? Какое значение V соответствует значению t, равному 2.

Данный тип задач направлен на овладение понятием функции, функциональным языком, использование функциональных представлений для описания и анализа реальных зависимостей, совершенствование интеллектуальных и речевых умений.

2.2 Задания на нахождение значений функции, заданной формулой по данным значениям аргумента (обратная задача).

Пример. Найдите значение функции: f(x)=х(х-8) при х=-4; 5

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, формирование умения использовать символический язык математики.

2.3 Задания на нахождение области определения функции:

Пример. Дана функция y=1,6x+4. Укажите множество допустимых значений аргумента данной функции.

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий.

ВЫВОД: Данный учебник в полном объеме не подходит для изучения темы «Функции» в школе, так как он предназначен для технических заведений, он широко отражает связь с процессами происходящими в природе, но по нему совершенно невозможно научиться читать графики функции, работать с ними, задачи слишком трудны для уровня 7 класса общеобразовательной школы, при изучении понятия функции не вводятся ее свойства, он не выполняет всех задач и требований проекта стандарта 2002 года.

2.1.2 Учебники под редакцией Теляковского С.А.

Понятие функции вводится в учебнике 7 класса на основе рассматриваемых задач. Вводится определение графика функции, области определения функции.

Понятие линейной функции вводится из задач. Система упражнений в основном состоит из заданий, которые нужно записать в виде линейной функции, и заданий на построение графика функции. Следовательно имеется недостаток в разнообразии типов упражнений.

Функции y=x2 и y=x3. Строятся графики этих функций по точкам и перечисляются некоторые свойства: расположение по четвертям, симметричность. Система упражнений состоит из задач на отыскание значений y и x по графику.

Основные недостатки:

Нет разделения на различные виды функций по классам. Большинство задач в системе упражнений делается чисто механическим способом, т.е. учащимся либо нужно что-нибудь подставить, либо увидеть на графике, нет смысловых упражнений на свойства функций, на связь между функциями и другими разделами алгебры. Даются громоздкие определения, непосильные для понимания учащихся. Определения вводятся до объяснения нового материала. Некоторые объяснения и свойства записываются словами, хотя их можно было бы записать короткой общей формулой, что было бы наглядней и полезней для работы с математическим языком. Некоторые простейшие свойства вводятся после изучения многих функций. Иногда рассуждения бываю ненаглядны, что не может обеспечить хорошее запоминание и понимание материала.

Рассмотрим какие типы задач представлены в данных учебниках по теме «Функции» и проанализируем на выполнение каких задач они направлены.

Тип 1: графические задачи.

1.1 По графику определить количество, время, температуру и т.п.

Данный тип задач направлен на пропедевтику понятия функции, использование и развитие графических представлений для описания и анализа реальных зависимостей (в том числе и в смежных предметах), формирование умения использовать графический язык математики, совершенствование речевых умений.

1.2 Задания на нахождение значений функции по графику и данным значениям аргумента (обратная задача):

Пример. Крива CD - график некоторой функции. Используя график, найдите:

1) значения у при х= -4; -3; -1; 0; 1; 2;

2) значения х, которым соответствует у= -2; -1; 0; 3.

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, формирование умения использовать символический язык математики.

Тип 2: аналитические задачи.

2.1 Упражнения на аналитическое задание функции (какое аналитическое задание функции соответствует данным графическим, прикладные задачи на аналитическое задание функции):

Пример. Функция задана формулой s=12/x. В таблице указаны значения аргумента. Заполните таблицу, вычислив соответствующие значения функции:

х	-6	-3	2	5	6	12
у

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, функциональным языком и символикой, использование функциональных представлений для описания и анализа реальных зависимостей, формирование умения использовать словесный, символический языки математики.

2.2 Задания на нахождение области определения функции:

Пример. Найти область определения функции, заданной формулой:

y=.

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий.

ВЫВОД: Данный учебник не совсем подходит для изучения темы «Функции» в школе, так как в нем мало представлено заданий на чтение графиков функции, задачи направлены на прямое воспроизведение теории, при изучении понятия функции не вводятся ее свойства, он не выполняет всех задач и требований проекта стандарта 2002 года.

2.1.3 Учебники Алимова Ш.А. и др.

Понятие функции вводится от конкретной задачи (скорость, время, расстояние).

Рассматривается функция y=kx от задачи на площадь прямоугольника, строится график. Упражнения на построение графика, на запись формулы зависимости.

Дается определение линейной функции, ее графика, который получается путем сдвига графика функции y=kx. Здесь нет связи между уравнениями и функциями.

Точное и полное определение понятия функции дается в 9 классе, проходятся ее свойства: возрастание и убывание, четность и нечетность.

Основные недостатки:

Материал изучается в принципе полно и разнообразно, но нет системы и последовательности изложения. Имеются многократные повторения определений с добавлениями. Не показана связь между уравнениями и функциями. В системе упражнений мало смысловых заданий, нет логично составленной системы, нет определенных направлений и связи с другими важнейшими понятиями и свойствами.

Рассмотрим какие типы задач представлены в данных учебниках по теме «Функции» и проанализируем на выполнение каких задач они направлены.

Тип 1: графические задачи.

1.1 Задания на нахождение значений функции по графику и данным значениям аргумента (обратная задача):

Пример. Функция у(х) задана графиком:

1) Найти у(0), у(3), у(-1);

2) При каком значение х значение функции равно 2;3;0?

3) Назвать несколько значений х, при которых значение х положительно;

4) Назвать несколько значений х, при которых значение х отрицательно.

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, формирование умения использовать символический язык математики.

Тип 2: аналитические задачи.

2.1 Упражнения на аналитическое задание функции (какое аналитическое задание функции соответствует данным графическим, прикладные задачи на аналитическое задание функции):

Пример. Функция задана формулой s=60t, где s - путь, и t -время:

а) Найдите s(2), s(5);

б) найдите t, если s= 240.

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, функциональным языком и символикой, использование функциональных представлений для описания и анализа реальных зависимостей, формирование умения использовать словесный, символический языки математики.

2.2 По данной функции заполнить таблицу.

Пример. Заполните таблицу:

х	-2	-1	0
у=-7х+1				1	8	15

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, осознание необходимости графических представлений для описания реальных зависимостей.

2.3 Задания на нахождение области определения функции:

Пример. Найти область определения функции, заданной формулой:

y=.

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий.

2.4 Задания, направленные на нахождение свойств функции (определение промежутков возрастания и убывания функции, промежутков знакопостоянства, нахождение нулей функции, четности и нечетности функции).

Пример. Построить график и найти промежутки возрастания и убывания функции: у=2х+3.

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, функциональным языком и символикой, формирование умения использовать словесный и символический языки математики, расширение и систематизацию общих сведений о функциях, расширение и совершенствование математического аппарата, совершенствование интеллектуальных и речевых умений.

ВЫВОД: Данный учебник не очень подходит для изучения темы «Функции» в школе, так как по нему невозможно научиться читать графики функции, работать с ними, задачи направлены на прямое воспроизведение теории, не вводятся понятия наибольшего и наименьшего значения функции, нет задач на нахождение промежутков знакопостоянства, практически нет задач на то, чтобы показать необходимость изучения функций, их применения в повседневной жизни, то есть он не выполняет всех задач и требований проекта стандарта 2002 года.

2.1.4 Учебники Г.В. Дорофеева и др

В учебнике Дорофеева в 7-ом классе понятие функции еще не вводится. Но все же в этом учебнике в главе «Координаты и графики» рассматриваются следующие темы», которые являются вспомогательными в теме «Функции» в 8-ом классе:

Множество точек на координатной прямой;

Множество точек на координатной;

Графики;

Эта тема изучается без самого понятия функции , вместо этого говорится, что абсцисса и ордината связываются каким-либо условием, зависимостью. Изучаются графики: у=х, у=-х, у=|х|, у=х2, у=х3. Эти графики строятся по предварительно заполненным таблицам.

Графики вокруг нас.

Эта тема посвящена графикам, которые наиболее часто встречаются вокруг нас.

Глава «Функции» в 8-ом классе начинается с темы «Чтение графиков», которая изучается на примерах из жизни (зависимость роста от возраста и т.д.). Здесь фактически рассматривается свойство возрастания и убывания функции.

Далее вводится понятие функции через соответствие каждого значения х некоторого числового множества одному определенному значению переменной у. Предваряет это введение разговор о зависимой и независимой переменной, который плавно вытекает из графиков реальных зависимостей. В этой же теме вводится понятие области определения функции.

Потом излагается тема «График функции», где уже более глубоко, с точки зрения функций, рассматриваются уже знакомые учащимся графики из 7-го класса, а также более сложные графики.

Следующая тема посвящена свойствам функций, а именно, наибольшее и наименьшее значения функций, возрастание и убывание функций, нули функции.

После рассмотрения некоторых свойств функции вводится линейная функция, ее введение начинается с примеров из реальной жизни (движение тела, оплата за такси). Дается ее определение , обозначение у=kх+l, сразу же говорится о ее графике и зависимости коэффициентов k и l от его расположения.

Далее рассматривается функция у=k/x и ее график. Обобщаются примеры, говорится об общей модели реальных процессов, которая задается этой формулой. После этого учащиеся рассуждают о расположении графика этой функции, его особенностях и графику дается название (гипербола).

Проанализировав учебники Дорофеева можно сделать вывод о некоторой нестандартности подхода к понятию функции. В 7-ом классе это понятие не вводится, но уже видна пропедевтика темы «Функции», которая заключается в изучении графиков непосредственно без самого понятия функции. Введение понятия функции, ее свойств и графика функции происходит в 8-ом классе, и определение дается через соответствие элементов множества друг другу. Все темы в каждом из учебников, которые касаются функциональной линии, собраны в один раздел.

Можно сделать вывод об отсутствии некой системы изложения функционального материала и важных элементов этой темы. Нет единства в определении понятия функции. Системы упражнений не имеют четких направлений и не совсем соответствуют принципу «от простого к сложному».

Рассмотрим какие типы задач представлены в данных учебниках по теме «Функции» и проанализируем на выполнение каких задач они направлены.

Тип 1: графические задачи.

1.1 Построить график и по нему определить количество, время, температуру и т.п.

Пример. Метеоролог каждый полдень в течении месяца измерял температуру воздуха. Результаты своих наблюдений он представил в виде таблицы:

День наблюдения	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
t, C	-4	-3	-2	-1	0	2	2	3	3	4	5	5	5	5	6
День наблюдения	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
t, C	7	8	8	7	7	7	7	7	9	10	10	9	9	9	10

Постройте график температуры. Проанализируйте, как менялась температура в течении этого месяца. В каком месяце в Вашей местности возможна такая ситуация?

Данный тип задач направлен на пропедевтику понятия функции, использование и развитие графических представлений для описания и анализа реальных зависимостей (в том числе и в смежных предметах), формирование умения использовать графический язык математики, совершенствование речевых умений.

1.2 Задания на работу с графиками функций (нахождение значений функции по значению аргумента, составление таблицы значений функции, построение графика по данной таблице, построение графика по условию задачи, определение точек принадлежащих графику, нахождение точек пересечения с осью х и у, по графику определить является ли он графиком функции).

Пример. Составить таблицу значений функции и построить ее график: у=х3-3х. Найти точку пересечения с осью х.

Данный тип задач направлен на пропедевтику изучения свойств функции, овладение системой функциональных понятий, функциональным языком и символикой, использование функционально-графических представлений для описания и анализа реальных зависимостей, формирование умения использовать словесный, символический и графический языки математики и свободно переходить с языка на язык для иллюстрации и интерпретации задач.

1.3 Задания, направленные на нахождение свойств функции по графику (чтение графика для описания свойств данной функции, определение промежутков возрастания и убывания функции, промежутков знакопостоянства, нахождение нулей функции)

Пример. На рисунке изображен график функции y=f(x), областью определения которой является отрезок [-2;2]. Используя график ответьте на вопросы:

1) Есть ли у функции наибольшее или наименьшее значение, и если есть, то чему оно равно? При каком значении аргумента функция принимает это значение?

2) Укажите нули функции?

3) Укажите промежутки, на которых функция принимает положительные значения; отрицательные значения.

4) Укажите промежутки, на которых функция возрастает; убывает.

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, функциональным языком и символикой, использование функционально-графических представлений для описания и анализа реальных зависимостей, формирование умения использовать словесный, символический и графический языки математики и свободно переходить с языка на язык для иллюстрации и интерпретации задач, расширение и систематизацию общих сведений о функциях, расширение и совершенствование математического аппарата, совершенствование интеллектуальных и речевых умений.

Тип 2: аналитические задачи.

2.1 Задачи на задание какого-либо процесса с помощью функции, нахождение ее области определения:

Пример. Нужно купить карандаши по 50 коп. за штуку. Всего имеется 5 руб. После покупки n карандашей останется с руб. Задайте формулой зависимость с от n. Составьте таблицу значений аргумента n и функции с. Постройте соответствующие точки в координатной плоскости. Сколько точек получилось? Какова область определения функции?

Данный тип задач направлен на овладение понятием функции, функциональным языком, использование функциональных представлений для описания и анализа реальных зависимостей, совершенствование интеллектуальных и речевых умений.

2.2 Задания на нахождение значений функции, заданной формулой (в том числе и системой) по данным значениям аргумента (сравнение полученных значений):

Пример. Известно, что f(x)=0,5x2-4. Сравните: f(-5) и f(4).

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, формирование умения использовать символический язык математики.

2.3 Задания на нахождение области определения функции:

Пример. Найти область определения функции, заданной формулой: y=5x-12.

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий.

2.4 Задания, направленные на нахождение свойств функции (определение промежутков возрастания и убывания функции, промежутков знакопостоянства, нахождение нулей функции)

Пример. Найдите нули функции: у=х2-2х-8.

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, функциональным языком и символикой, использование функциональных представлений для описания и анализа реальных зависимостей, формирование умения использовать словесный и символический языки математики и свободно переходить с языка на язык для иллюстрации и интерпретации задач, расширение и систематизацию общих сведений о функциях, расширение и совершенствование математического аппарата, совершенствование интеллектуальных и речевых умений.

ВЫВОД: Данный учебник подходит для изучения темы «Функции» в школе, так как в данном учебнике хорошо подобраны задачи для того, чтобы показать необходимость использования функций в жизни, работа идет на графическом, символическом и словесном языке, детям прививается грамотность его употребления, он развивает интеллектуальные и речевые умения, совершенствует математический аппарат, расширяет и систематизирует его, ученики используют функциональные представаления для описания и анализа реальных зависимостей, то есть он выполняет все задачи и требования проекта стандарта 2002 года.

2.1.5 Учебники А.Г. Мордковича

Во втором полугодие 7-го класса начинается изучение функциональной линии:

Линейное уравнение с одной переменной;

Линейное уравнение с двумя переменными и его график;

Представление о функции у=kx+b как о формуле;

Линейная функция и ее график;

Прямая пропорциональность;

Графическое решение линейных уравнений;

Функция у=х2 и ее график;

Решение уравнений с помощью графиков;

Возрастание и убывание функции;

Исследование на монотонность функций у=kx+b и у=х2

Наибольшее и наименьшее значения данных функций на данных промежутках.

Кусочные функции. Смысл записи у=f(x).

В учебниках Мордковича не вводится формальное определение функции в 7-ом классе, это понятие формируется в 9-ом классе. Это достаточно правильный подход, так как торопливость введения данного понятия может привести к отождествлению понятия функции с формулой.

В учебниках Мордковича все свойства функции проходят три стадии: наглядно-интуитивную, рабочую, формальную. Эти стадии проходят до 10-класса, за исключением непрерывности и периодичности. И это большой плюс перед другими учебниками, в которых все сосредоточено в 10-11 классах.

В учебниках Мордковича удачно подобрана система функциональных упражнений:

Дидактические (отрабатывается сторона понятия);

Случайные (специфические для данного класса функций);

Инвариантное ядро (стандартный набор сюжетов от одного вида функций к другому):

графическое решение уравнений;

преобразование графиков;

наибольшее и наименьшее значения;

функциональная символика;

кусочные функции;

чтение графика.

Рассмотрим какие типы задач представлены в данных учебниках по теме «Функции» и проанализируем на выполнение каких задач они направлены.

Тип 1: графические задачи.

1.1 Задания на нахождение значений функции по графику и данным значениям аргумента (обратная задача):

Пример. На рисунке изображен график некоторой функции.

Найдите по графику:

а) значение функции, соответствующее значению аргумента, равному -2; -1; 0; 1; 2;

б) значение аргумента, при котором значение функции равно -3; -1; 0; 1; 1,5.

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, формирование умения использовать символический язык математики.

1.2 Упражнения на графическое задание функции (по графику определить является ли он графиком функции, какое графическое задание функции соответствует данным аналитическим).

Пример. Какой из графиков, изображенных на рисунках, задает функцию y=f(x)? Если это возможно задайте функцию аналитически.

а)		б)
в)		г)

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, функциональным языком и символикой, использование функционально-графических представлений для описания и анализа реальных зависимостей, формирование умения использовать словесный, символический и графический языки математики и свободно переходить с языка на язык для иллюстрации и интерпретации задач.

1.3. Задания, направленные на нахождение свойств функции по графику (чтение графика для описания свойств данной функции, определение промежутков возрастания и убывания функции, промежутков знакопостоянства, нахождение нулей функции).

Пример. Постройте и прочитайте график функции, укажите ее свойства:

у=

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, функциональным языком и символикой, использование функционально-графических представлений для описания и анализа реальных зависимостей, формирование умения использовать словесный, символический и графический языки математики и свободно переходить с языка на язык для иллюстрации и интерпретации задач, расширение и систематизацию общих сведений о функциях, расширение и совершенствование математического аппарата, совершенствование интеллектуальных и речевых умений.

Тип 2: аналитические задачи.

2.1 Задания на нахождение области определения функции (в том числе обратные задачи).

Пример. Найти область определения функции: y=2x+1/х(х+1).

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий.

2.2 Задания на нахождение значений функции, заданной формулой (в том числе и системой) по данным значениям аргумента.

Пример. Дана функция

f(x), где f(х)=

Укажите: 1) Укажите D(f); 2) вычислите f(-2), f(0), f(3); 3) постройте график функции;

4) Найдите Е(f).

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, формирование умения использовать символический язык математики.

2.3 Упражнения на аналитическое задание функции (какое аналитическое задание функции соответствует данным графическим, прикладные задачи на аналитическое задание функции):

Пример. Функция задана формулой t =s/12, где s - путь, и t -время:

а) Найдите t(36), t(2,7), t(144);

б) найдите s, если t=4,5 ч.;

в) найдите t, если s= 150 м.

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, функциональным языком и символикой, использование функционально-графических представлений для описания и анализа реальных зависимостей, формирование умения использовать словесный, символический и графический языки математики и свободно переходить с языка на язык для иллюстрации и интерпретации задач.

2.4 Задания, направленные на нахождение свойств функции (определение промежутков возрастания и убывания функции, доказательство данных свойств, определение ограниченности функции, нахождение наибольшего и наименьшего значения функции, определение ее четности или нечетности)

Пример. Найдите наибольшее и наименьшее значение функции: у=2х+3, х0;1.

Данный тип задач направлен на овладение системой функциональных понятий, функциональным языком и символикой, формирование умения использовать словесный, символический и графический языки математики и свободно переходить с языка на язык, расширение и систематизацию общих сведений о функциях, расширение и совершенствование математического аппарата, совершенствование интеллектуальных и речевых умений.

ВЫВОД: Данный учебник подходит для изучения темы «Функции» в школе, так как в данном учебнике хорошо подобраны задачи не только на прямое воспроизведение теории, но и для того, чтобы показать необходимость использования функций в жизни, работа идет на графическом, символическом и словесном языке, детям прививается грамотность их употребления, сразу после изучения понятия функции, он вводит много ее свойств, а до этого он осуществляет их пропедевтику, учебник развивает интеллектуальные и речевые умения, совершенствует математический аппарат, расширяет и систематизирует его, ученики используют функциональные представления для описания и анализа реальных зависимостей, то есть он выполняет все задачи и требования проекта стандарта 2002 года.

§3. Разработка задач для проверки знаний и умений учеников в соответствии с требованиями проекта стандарта 2010 года по теме «Функции»

При первом появление понятия функции следует отказаться от четкой формулировки определения. В ныне действующих учебниках нет единства в вопросе определения функции. Поэтому целесообразно вводить определение понятия в 9 классе, а до этого строить теорию при отсутствии определения. Определение функции лучше ввести через понятие соответствия, когда учащиеся накопят большой опыт в работе с этим понятием и вполне осмыслят его как на интуитивном, так и на рабочем уровне.

Проанализировав накопленный опыт в использовании понятия функции и в работе со свойствами функции в курсе алгебры 7-8 классов, у учащихся появляется потребность в формальном определении понятия функции и соответствующих свойств функции. При введении понятия необходимо выделить два обстоятельства, подводящие к определению функции: область определения и правило соответствия. Вначале дается определение независимой и зависимой переменных.

Для правильного формирования понятия функции полезно рассматривать кусочные функции, то есть функции заданные разными формулами на разных промежутках. Они во многих случаях являются математическими моделями реальных ситуаций. Изучение таких функций препятствует отождествлению функций с их аналитической записью, помогает легче понять тонкость, содержащуюся в определении «правило f»

С учетом всего выше сказанного предлагается вводить понятие функции и ее свойств в 9 классе по следующей схеме:

1) Определение числовой функции. Область определения, область значения функции; способы задания функций и чтение графиков;

2) Свойства функций.

Далее предлагается банк задач направленный на проверку умений учеников в соответствии с требованиями проекта стандарта 2002 года по теме «Функции». Задачи собраны по каждой теме таким образом, чтобы учитель мог проверить на какую оценку претендует ученик.

Критерии оценки учащегося:

Для получения отметки «3» необходимо уметь решать задачи на прямое воспроизведение теории (простой уровень). Эти задачи должны выполнять требования стандарта.

Для получения отметки «4» необходимо уметь решать задачи на прямое воспроизведение теории (средний и сложный уровень), ученик должен уметь решать задачи используя перенос знаний (простой уровень), должен решать задачи простого уровня имеющие нестандартный вид (по формулировке).

Для получения отметки «5» необходимо уметь решать задачи на применение знаний (умений) в незнакомой ситуации, для решения нового круга задач, использовать творческий перенос знаний (самостоятельное использование ранее усвоенных знаний в новой ситуации, для решения проблемы; видение проблемы и способов ее решения и т.п.), ученик должен решать задачи среднего и сложного уровня имеющие нестандартный вид, должен уметь решать задачи на применение не только математического аппарата, но и логического, физического и др.

1) Определение числовой функции. Область определения, область значения функции, способы задания функций, чтение графиков.

Отметка «3».

На эту оценку собраны задачи, в которых ученик должен воспроизвести полученные теоретические знания. Задачи являются простыми, они обязательны для решения, так как без них не будут выполняться требования стандарта к математической подготовке школьников.

Графические:

1) На рисунке изображен график функции у=f(x). Найдите по графику:

а) значение функции, соответствующее значению аргумента, равному -1; 0; 2;

б) значение аргумента, при котором значение функции равно -1; 1; 4.

в) f(0); f(2);

г) значения х, при которых f(x)=-1; f(x)=4.

Данная задача на прямое воспроизведение теории. Здесь необходимо по графику найти значение функции по данному аргументу и наоборот. Идет работа над символьным языком

3) В таблице приведены данные об изменении температуры в течении 30 дней. Постройте график температуры. Проанализируйте как менялась температура. Какой день был самым теплым? В какие дни температура не менялась?

День	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
t, С	-5	-6	-4	-3	-5	-4	-5	-3	-2	-2	-2	0	-1	-2	1
День	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
t, С	0	2	0	1	4	5	4	7	6	7	5	7	8	9	8

Данная задача на прямое воспроизведение теории. Здесь от учащихся требуется использовать графические представления для описания и анализа реальных зависимостей.

4) Функция задана формулой f(x) = x2-х+2. Составьте таблицу значений функции на промежутке [-1;4] с шагом 1. Нарисуйте график данной функции.

Задача на прямое воспроизведение теории, на способы задания функций.

5) Какой из графиков изображенных на рисунке задает функцию y=f(x)?

а)		б)
в)		г)

Данная задача на прямое воспроизведение теории. Ученик должен проанализировать определение функции и понять какой из графиков не является функцией. У ученика должен сложиться стереотип графика функции.

Постройте график функции y=x2-4. С помощью графика определите:

а) чему равно значение функции при x=2,5;

б) при каких значениях аргумента значение функции равно 3.

Задача аналогична задачам №1 и №2, но добавляется задание построить график.

7) Начертите график какой-либо функции , для которой:

а) , ;

б) , .

Задача на прямое воспроизведение теории. Проверяет, как ученик усвоил понятия D(f) и E(f), ученик должен понять с помощью каких осей координат их можно найти.

Аналитические:

Найдите значения функции y=x2-3x+2 при x=-5, x=0.

Данная задача на прямое воспроизведение теории. Задача проверяет как ученик понял понятия, введенные в теории.

При каком значении x функция y=5x-4 принимает значение:

а) равное 26;б) равное 0?

Задача является обратной к предыдущей задаче.

Укажите область определения функции, заданной формулой:

а) y=; в) y=; д) y=

б) y=; г) y= ;е) y=.

Данный тип задач направлен на проверку понимания области определения функции, здесь собраны функции, которые имеют в своем составе простые функции, область определения находится просто.

Постройте график функции:

а) y=0,5x; в) y=2x2; д) y=x2-6x+5;

б) y=-2x+6; г) y=-x2+4;е) y=x2+1.

Задача на прямое воспроизведение теории. По данной аналитической записи построить графики линейных и квадратичных функций.

Проходит ли график функции y=-2x2 через:

а) точку A (0,5; -0,125);

б) точку B (-1,5; -1,1).

Данная задача на прямое воспроизведение теории. Задача преследует цель, чтобы ученик понял смысл графика, аналитического задания функции, понял связь между ними.

Какая из прямых y=0,5x-4; y=-0,5x или y=-0,5x+4 проходит через начало координат? Постройте эту прямую.

Задача аналогична предыдущей задаче, добавляется построение графика.

Известно, что . Сравните:

а) и ;

б) и ;

в) и ;

Задача на прямое воспроизведение теории. Задача направлена на то, чтобы ученик мог пользоваться всеми языками математики, свободно переходить с одного на другой.

Придумайте функцию с указанной областью определения:

а) ();

б) ().

Данная задача аналогична задаче №7 из графического типа.

Отметка «4»

На отметку «4» ученик должен уметь решать все задачи на отметку «3». Чтобы получить отметку «4» ученик должен решать задачи с переносом знаний, должен увидеть в нестандартной записи условия задачу на тот или иной метод решения.

Графические:

1) Опишите процесс загрузки и разгрузки машины, показанный графически на рисунке. Вычислите скорость, с которой машина загружалась и разгружалась.

В данной задаче ученик не просто читает график функции, но и использует межпредметную связь, вычисляя скорость разгрузки и загрузки.

2) На рисунке изображен график движения пешехода из пункта А в пункт В и график движения велосипедиста из пункта В в пункт А. Ответьте на вопросы:

а) Каково расстояние между А и В?

б) Через сколько времени после начала движения пешеход и велосипедист встретились? Сколько километров к этому времени прошел пешеход и сколько проехал велосипедист?

в) Кто раньше прибыл в конечный пункт - пешеход или велосипедист? На сколько времени?

г) Во сколько раз скорость велосипедиста больше скорости пешехода?

Данная задача усложнена тем, что в одной системе координат нарисованы графики двух функций, это разрушает стереотип, ученик должен ответить на вопросы, применяя полученные знания и межпредметную связь.

3) Является ли графиком какой-либо функции фигура, изображенная на рисунках. Если да, то задайте эту формулу аналитически.

а)		б)
в)		г)

В данной задаче требуется не просто «узнать» функции, но и по графику задать ее. Здесь собраны графики функций, которые задаются с помощью линейных функций или их систем.

Аналитические:

Придумайте функцию с указанной областью определения:

а) ();

б) .

Данная задача аналогична задаче №8 из отметки «3». Здесь задана более сложная область определения

Дана функция

, где

а) укажите ;

б) вычислите: , , , , ;

в) постройте график функции;

г) найдите .

Данная задача направлена на прямое воспроизведение теории, здесь аналитически задана сложная функция, по которой требуется ответить на вопросы.

Дана функция , где

а) укажите ;

б) вычислите: , , , , ;

в) постройте график функции;

г) найдите .

Задача аналогична предыдущей задаче.

Является ли корректным задание: построить график функции , где

а) б)

Ученик должен проанализировать определение функции, он должен отличать функцию не только с помощью графика, но и в аналитическом виде.

Функция задана формулой , где V- объем конуса (в м3), S - площадь его основания (в м2), h - высота конуса ( в м).

а) Выразите каждую переменную через две другие;

б) найдите значение V, если S=2м2, h=140см;

в) найдите значение S, если V=45дм3, h=0,4м;

г) найдите значение h, если V=5м3, S=2500см2.

Данная задача аналогична задачам №1,2,5 из отметки «3», она усложнена нестандартным заданием функции.

Даны функции

и Покажите, что:

а) б)

Данная задача аналогична задаче №7 из отметки «3». Усложнение происходит из за того, что идет работа с двумя более сложными функциями.

Существуют ли значения аргумента, при которых:

а) функция принимает значение, равное 5;

б) функция принимает значение, равное -4.

Задача аналогична №2 из отметки «3», здесь рассматривается более сложная функция, возможно получение различных ответов.

Найдите область определения каждой из функций:

а) ; б);в) ;

г) д) е) .

Задача аналогична №3 из отметки «3», заданы более сложные функции.

Пусть Найдите:

а) в)

б) г)

Докажите, что график функции:

а) целиком расположен в верхней полуплоскости;

б) не пересекает ось x;

в) не пересекает ось y.

Задача имеет нестандартную запись условия, но имеет достаточно простое решение.

Отметка «5»

Ученик должен решать задания отметки «3» и «4». Для получения отметки «5» необходимо уметь решать задачи на применение знаний (умений) в незнакомой ситуации, для решения нового круга задач, использовать творческий перенос знаний (самостоятельное использование ранее усвоенных знаний в новой ситуации, для решения проблемы; видение проблемы и способов ее решения и т.п.), ученик должен решать задачи среднего и сложного уровня имеющие нестандартный вид, должен уметь решать задачи на применение не только математического аппарата, но и логического, физического и др.

Графические: 1) На рисунке изображены графики функций

; ; ; .

Для каждого графика укажите соответствующую формулу.

а)		б)
в)		г)

В данной задаче требуется поставить в соответствие графику определенную формулу. Задача направлена на то, чтобы ученик проследил и нашел некоторую закономерность.

2) Такси выехало из таксомоторного парка и в течении часа ездило по городу. Через час оно вернулось в таксомоторный парк. Максимальное удаление от парка составило 3 км.

а) Начертите график, показывающий как в течение этого часа могло меняться расстояние S (км) от парка до такси, и прокомментируйте этот график.

б) Используя свой график, постройте движение такси, отложив по горизонтальной оси время движения, а по вертикальной - пройденный такси путь.

В данной задаче ученик по условию должен сам построить график, он должен понять процесс движения такси, проанализировать его и сделать соответствующие выводы, требуемые в условии задачи.

Является ли графиком какой-либо функции фигура, изображенная на рисунках. Если да, то задайте эту формулу аналитически.

а)		б)
в)		г)

В данной задаче требуется не просто «узнать» функции, но и по графику задать ее. Здесь уже собраны графики не линейной функции, а более сложных для понимания функций.

Аналитические:

Приведите пример функции, у которой:

а) в)

б) г) и

Данная задача является нестандартной по записи условия, ученик должен понимать символьный язык, перевести условие задачи на любой другой язык, он должен не просто нарисовать график такой функции, но и задать его аналитически.

Задайте функцию с указанной областью определения:

а) в)

б) г)

Данная задача аналогична задаче №1 из отметки «4», здесь задана более сложная область определения.

Дана функция , где

а) укажите ;

б) вычислите: , , , , ;

в) постройте график функции;

г) найдите .

Задача аналогична задачам №2,3 из отметки «4». Функция имеет более сложное аналитическое задание.

Постройте график функции

В данной задаче необходимо указать область определения, составить таблицу и понять как будет проходить график функции, не знакомой ученикам.

Найдите область определения каждой из функций:

а) в)

б) г)

Задача аналогична №8 из отметки «4», функции имеют более сложные задания.

2) Свойства функций.

Задачи подобраны аналогично задачам на предыдущую тему.

Отметка «3».

Графические

1) На рисунке изображен график функции y=f(x), областью определения которой является отрезок [-3;2]. Используя график ответьте на вопросы:

а) Есть ли у функции наибольшее или наименьшее значение, и если есть, то чему оно равно? При каком значении аргумента функция принимает это значение?

б) Укажите нули функции?

в) Укажите промежутки, на которых функция принимает положительные значения; отрицательные значения.

г) Укажите промежутки, на которых функция возрастает; убывает

2) На рисунке изображены графики функций, определенных на множестве всех чисел. Какие свойства каждой из функций можно выяснить с помощью ее графика.

а)		б)

3) Среди графиков, изображенных на рисунке, найдите график функции, которая возрастает при и убывает при .

а)		б)		в)

4) Начертите график какой-нибудь функции, нулями которой являются числа:

а) -3; 0; 2;б) -5; -2; 0; 2,5; 4.

Для каждой функции укажите промежутки, на которых ее значения положительны; отрицательны.

5) Постройте график функции и прочитайте по графику ее свойства:

а) у=х2;б) у= -х3;в) у=.

6) Исследуйте на четность функции, графики которых изображены на рисунках:

а)		б)
в)		г)

Аналитические:

1) Найдите нули функции:

а) y=3x2+x-2;б) y=10-x2;

в) f(x)=(х-1)(х+2);г) f(x)=x2(x+0,5)(2x-3).

2) Используя свойства числовых неравенств, докажите, что заданная функция возрастает:

а) у=5х;б) у=х3+1;

в)у=х/2+4;г) у=2х3.

3) Используя свойства числовых неравенств, докажите, что заданная функция убывает:

а) у=-5х;б) у=-х3+1;

в)у=4-х/2;г) у=-3х3.

4) Для данной функции ответьте на вопрос, является ли она ограниченной снизу, ограниченной сверху, ограниченной:

а) у=7х+2;б) у=х2;

в) у=1/x, x>0;г) у=.

5) Найдите наименьшее и наибольшее значения функции:

а) у=2х+3, х[0;1];б) у=0,5х2, х(0;2].

6) Является ли симметричным заданное множество:

а) [-3;3];б) [-4;1];

в) (-;+);г) [0;+).

7) Исследуйте на четность функцию:

а) у=х2;б) у=х3.

Отметка «4»

Графические:



1) На рисунке изображен график функции y=f(x), областью определения которой является отрезок [-1,5;1,5]. Используя график ответьте на вопросы:

а) Есть ли у функции наибольшее или наименьшее значение, и если есть, то чему оно равно? При каком значении аргумента функция принимает это значение?

б) Укажите нули функции?

в) Укажите промежутки, на которых функция принимает положительные значения; отрицательные значения.

г) Укажите промежутки, на которых функция возрастает; убывает

2) На рисунке изображены графики функций, определенных на множестве всех чисел. Какие свойства каждой из функций можно выяснить с помощью ее графика?

а)		б)

3) Начертите график какой-нибудь функции, обладающей следующими свойствами: при х1 функция возрастает, а при х1 функция убывает; нулями функции являются числа -1 и 2.

4) График какой-функции изображен на рисунке:

а) f(x)=(x+5)(x-5)(x-10);

б) g(x)=(x+5)(5-x)(x-15);

в) h(x)=(x+5)(x-5)(x-15);

г) р(х)=0,05(x+5)(x-5)(x-15).

5) Постройте график функции и перечислите ее свойства:

а) у=х3+х2-1;б) у=

6) Исследуйте на четность функции, графики которых изображены на рисунках:

а)		б)
в)		г)

Аналитические:

1) Найдите нули функции:

а) f(x)=10х4-250х2;б) f(x)=3х3-108х2.

2) Задайте формулой какую-нибудь функцию, нулями которой являются числа:

а) -3; 1; 7;б) -4; 2,5; 1/3.

3) Используя свойства числовых неравенств, докажите, что заданная функция возрастает:

а) у=х2, x;б) у=-1/x, x>0.

4) Используя свойства числовых неравенств, докажите, что заданная функция убывает:

а) у=х2, x;б) у=3/x, x>0.

5) Для данной функции ответьте на вопрос, является ли она ограниченной снизу, ограниченной сверху, ограниченной:

а) у=-x2+4x-5, x;б) у=-3х2+6x+2, x.

6) Найдите наименьшее и наибольшее значения функции:

а) у=;б) у=4-.

7) Исследуйте на четность функцию:

а) у=, x[-1;1];б) у=х5, x[-4;4].

8) Докажите, что функция является четной: у=3х2+х4.

9) Докажите, что функция является нечетной: у=х2(2х-3).

10) Дана функция f(x)=

Задайте h(x) так, чтобы функция f(x) являлась четной.

11) Известно, что функция у - четная и возрастает при x>0. Определите характер монотонности функции при x<0.

Отметка «5»

Графические:

1) Постройте график функции и перечислите ее свойства:

а) у=;б)у=

2) На рисунке изображены графики функций, определенных на множестве всех чисел. Какие свойства каждой из функций можно выяснить с помощью ее графика?

а)		б)

3) На рисунках построена ветвь графика функции у=р(х). Постройте весь график, если известно, что:

а) функции на рисунках а, г -четные функции;

б) функции на рисунках б, в -нечетные функции.

а)		б)
в)		г)

Аналитические:

1) Найдите нули функции:

а) f(x)=х3-х2-х+1;б) f(x)=х3-х2+х-1.

2) Докажите, что функция возрастает:

а) у=, x>-3;б) у=, x<2.

3) Докажите, что функция убывает:

а) у=, x>4;б) у=, x<-3.

4) Для данной функции ответьте на вопрос, является ли она ограниченной снизу, ограниченной сверху, ограниченной:

а) у=-x3+1, x;б) у=-3x3+6x+2, x.

5) Найдите наименьшее и наибольшее значения функции:

а) у=, x[-5;1];б) у=-, x[-1;1].

6) Докажите, что функция у=х2+х не является ни четной, ни нечетной.

7) Представьте функцию у=4х4-х3+3х2-2х+4 в виде суммы четной и нечетной функции.

8) Дана функция f(x)=

Задайте, если это возможно, h(x) так, чтобы функция f(x) являлась:

а) четной; б) нечетной.

9) Известно, что функция у - четная и ограничена снизу при х>0. Можно ли утверждать, что она при х<0:

а) ограничена сверху;б) ограничена снизу?

Заключение

Кризис современного школьного образования в настоящий момент влечет много негативных последствий для общества. Правительство РФ стремится к выходу из создавшегося положения, оно проводит реформы, в частности пытается ввести общероссийский стандарт школьного образования.

Несмотря на то, что история стандарта непродолжительна, после изучения вопроса о стандартизации школьного образования можно говорить о том, что стандарт нужен всем: государству, учителям, ученикам, их родителям, всему обществу. Стандартизация является объективно необходимой деятельностью по упорядочению практики ее систематизации в соответствии с исторически изменяющимися потребностями общества.

В дипломной работе была рассмотрена функциональная линия в стандартах школьного образования, после чего был сделан вывод о том, что задачи курса математики по данной линии в целом совпадают. В проекте стандарта 2002 года делается основной упор на применение функций в жизни, на правильность функционального языка. Развитие функциональной линии происходит на одинаковых ступенях обучения. В средней школе разница в содержание обучения по функциональной линии заметна несильно, зато в старшей школе эта разница наиболее заметна: упор в проекте стандарта 2002 года делается на применение функциональной линии в жизни, описание процессов природы с помощью функций, из проекта исключено изучение геометрического смысла определенного интеграла, зато в профильном курсе программа гораздо сильнее: добавлено обязательное изучение обратной функции, преобразования графиков, асимптот графиков.

Так как на изучение базового курса в старшей школе объемными показателями отводиться гораздо меньше времени, чем в БУП 1998 года, а курс функциональной линии практически не сократился, то можно сделать вывод, что по новому стандарту предусмотрено недостаточно времени на изучение данной линии.

Обзор развития понятия функции показал, насколько это понятие сложное, широкое, многогранное, что оно заставляло задумываться над собой десятки умов великих ученых - математиков и физиков. И отсюда следует, что к формированию этого понятия в школьном курсе математики требуется найти особый подход, учитывая при этом и историческое прошлое понятия функции.

После анализа учебных пособий и учебников различных авторов был сделан вывод о том, что наиболее удачно подобран материал в учебниках Мордковича и Дорофеева, эти учебники полностью удовлетворяют проекту стандарта 2002 года и БУП 1998 года. В данных учебниках хорошо подобраны задачи не только на прямое воспроизведение теории, но и для того, чтобы показать необходимость использования функций в жизни, работа идет на графическом, символическом и словесном языке, детям прививается грамотность их употребления, сразу после изучения понятия функции, вводится много ее свойств, а до этого осуществляется их пропедевтика, учебники развивают интеллектуальные и речевые умения, совершенствуют математический аппарат, расширяют и систематизируют его, ученики используют функциональные представления для описания и анализа реальных зависимостей.

При первом появление понятия функции следует отказаться от четкой формулировки определения. Целесообразно вводить определение понятия в 9 классе, а до этого строить теорию при отсутствии определения. Определение функции лучше ввести через понятие соответствия, когда учащиеся накопят большой опыт в работе с этим понятием и вполне осмыслят его как на интуитивном, так и на рабочем уровне.

Проанализировав накопленный опыт в использовании понятия функции и в работе со свойствами функции в курсе алгебры 7-8 классов, у учащихся появляется потребность в формальном определении понятия функции и соответствующих свойств функции. Для правильного формирования понятия функции полезно рассматривать кусочные функции, то есть функции заданные разными формулами на разных промежутках. Они во многих случаях являются математическими моделями реальных ситуаций. Изучение таких функций препятствует отождествлению функций с их аналитической записью, помогает легче понять тонкость, содержащуюся в определении «правило f».