2021年中考數(shù)學文化試題賞析

羅 偉

(江蘇省徐州市第二十四中學 221000)

南開大學顧沛教授指出，數(shù)學文化，從狹義方面說，指數(shù)學的思想、精神、方法、觀點、語言，以及它們的形成和發(fā)展，從廣義上說，還包含數(shù)學家、數(shù)學史、數(shù)學美、數(shù)學教育、數(shù)學發(fā)展中的人文成分、數(shù)學與社會的聯(lián)系、數(shù)學與各種文化的關系等[1].在2021年各地中考中，出現(xiàn)了一些數(shù)學文化試題，這些試題能培養(yǎng)學生的方法技能、基本思想、人文素養(yǎng)與科學精神，現(xiàn)從中精選部分試題與讀者共賞.

1 基本數(shù)學思想

例1(山西)在勾股定理的學習過程中，我們已經(jīng)學會了運用如圖1和圖2的圖形驗證著名的勾股定理，這種根據(jù)圖形直觀推論或驗證數(shù)學規(guī)律和公式的方法，簡稱為“無字證明”.實際 上它也可用于驗證數(shù)與代數(shù)、圖形與幾何等領域中的許多數(shù)學公式和規(guī)律，它體現(xiàn)的數(shù)學思想是( ).

圖1 圖2

A.統(tǒng)計思想 B.分類思想

C.數(shù)形結合思想 D.函數(shù)思想

解析 分別弄清兩個圖中各部分與整體面積之間的關系.

賞析我國著名數(shù)學家華羅庚說過：“數(shù)缺形時少直觀，形少數(shù)時難入微.”數(shù)形結合是解決數(shù)學問題的重要思想方法，而勾股定理被稱為“千古第一定理”，是數(shù)形結合的典范.我們在平時的教學中也要經(jīng)常向學生滲透基本數(shù)學思想，這是四基之一.

2 中國古代名著

例2(浙江寧波)我國古代數(shù)學名著《張邱建算經(jīng)》中記載：“今有清酒一斗直粟十斗，醑酒一斗直粟三斗.今持粟三斛，得酒五斗，問清、醑酒各幾何？”意思是：現(xiàn)在一斗清酒價值10斗谷子，一斗醑酒價值3斗谷子，現(xiàn)在拿30斗谷子，共換了5斗酒，問清、醑酒各幾斗？如果設清酒x斗，醑酒y斗，那么可列方程組為( ).

解析 根據(jù)題意分別從谷子和酒的斗數(shù)找兩個相等關系是列二元一次方程組的關鍵.

設兩個未知數(shù)之后，要找出兩個相等關系：清酒斗數(shù)+醑酒斗數(shù)=5斗，可得方程x+y=5；清酒可換的谷子斗數(shù)+醑酒可換的谷子斗數(shù)=30斗，可得方程10x+3y=30，故選A.

賞析本題考查用二元一次方程組解決中國古算問題.《張邱建算經(jīng)》系北魏張邱建所著，全書共三卷.現(xiàn)傳本保存92個問題，大部分為當時社會生活中的實際問題，如有關測量、紡織、交換、納稅、冶煉、土木工程和利息等.就數(shù)學內(nèi)容而言，包括分數(shù)乘除、直角三角形、一次方程(組)、二次方程、等差級數(shù)、等比級數(shù)和不定方程等，問題的創(chuàng)設和解法均超出《九章算術》，為《九章算術》之后有突出成就的數(shù)學著作.

據(jù)統(tǒng)計，在2021年中考中，考查頻數(shù)最多的是《九章算術》，有廣西、湖北恩施、湖北宜昌、湖南邵陽、江蘇宿遷、浙江衢州等地的試卷，這說明它的地位非常高，是中國乃至東方第一部自成體系的數(shù)學專著，幾乎可以和西方的《幾何原本》齊名.其余還有湖北荊門、甘肅白銀等地的試卷有題源自《孫子算經(jīng)》，浙江紹興卷有題源自《算法統(tǒng)宗》，湖北江漢油田卷有題源自《算學啟蒙》等著作.考慮到學生的語文水平，絕大多數(shù)先給出文言文，再給出現(xiàn)代漢語翻譯.從題的形式看，最多的為用二元一次方程組解決問題的選擇題，難度相對較低，另外，還有填空題，涉及列一元一次方程、一元二次方程解決問題，難度略有增大.

3 經(jīng)典成語故事

例3(浙江嘉興)看了《田忌賽馬》故事后，小楊用數(shù)學模型來分析：齊王與田忌的上中下三個等級的三匹馬記分如表1，每匹馬只賽一場，兩數(shù)相比，大數(shù)為勝，三場兩勝則贏.已知齊王的三匹馬出場順序為10,8,6.若田忌的三匹馬隨機出場，則田忌能贏得比賽的概率為.

表1

分析 可通過畫樹狀圖或列表把所有可能都排列出來，再求概率.

解由于田忌的上、中等馬分別比齊王的中、下等馬強，當齊王的三匹馬出場順序為10，8，6時，田忌的馬按5，9，7的順序出場，田忌才能贏得比賽，當田忌的三匹馬隨機出場時，雙方的對陣情況如表2所示.

表2

在2021年中考中，福建卷也有“田忌賽馬”的題目，它的兩個問題如下：

(1)如果田忌事先只打探到齊王首局將出“上馬”，他首局應出哪種馬才可能獲得整場比賽的勝利？并求其獲勝的概率.

(2)如果田忌事先無法打探到齊王各局的出馬情況，他是否必敗無疑？若是，請說明理由；若不是，請列出田忌獲得整場比賽勝利的所有對陣情況，并求其獲勝的概率.

福建卷考查的情形更細致，更能看出概率在實際生活中的價值及重要性.中國的成語故事很多，有的確實可以構造數(shù)學情境，增加數(shù)學韻味，如2020年中考中的新“龜兔賽跑”[2].將一些引人入勝的成語故事編成令人稱奇的數(shù)學趣題，這也是下一步教師和學生的新目標.

4 趣味數(shù)學拼圖

例4(四川樂山)七巧板起源于我國先秦時期，古算書《周髀算經(jīng)》中有關于正方形的分割術，經(jīng)歷代演變而成七巧板(圖3).19世紀七巧板傳到國外，被稱為“唐圖”(意為“來自中國的拼圖”)，圖4是由邊長為4的正方形分割制作的七巧板拼擺成的“葉問蹬”圖，則圖中抬起的“腿”(即陰影部分)的面積為( ).

圖3 圖4

解析 找出陰影中直角三角形與平行四邊形的邊與大正方形的邊的關系是關鍵，再求出面積.

圖5 圖6 圖7

圖8 圖9 圖10

賞析本題考查了七巧板中的圖形的構成和面積計算，熟悉七巧板中圖形的分類是解題的關鍵.七巧板可拼成一千多種圖形，充分顯示了我國古代勞動人民的智慧，“葉問蹬”圖就非常形象生動.在2021年中考中，還有江西卷考查了七巧板拼成軸對稱圖形，浙江金華卷考查了七巧板拼圖后相關頂點的坐標，浙江麗水卷考查了七巧板拼圖后兩平行線的距離等，這些問題的本質是弄清五個基本圖形的邊、角、面積、周長等數(shù)量關系.

5 著名文化遺產(chǎn)

圖11

圖12

賞析本題通過作輔助線，先求弧對應的圓心角的度數(shù)，再根據(jù)弧長公式求解.對于抖空竹這一富有技巧性的健身運動，很多學生都見過.實際上，這里面也蘊含著直線與圓相切的數(shù)學知識，豐富了我們的思維.

文化遺產(chǎn)是我們寶貴的財富，在2021年中考中，有關我們熟悉的非物質文化遺產(chǎn)太極拳，湖南張家界卷考查了太極圖的面積問題，河南卷則考查了世界文化遺產(chǎn)龍門石窟與三角函數(shù)的計算，彰顯了傳統(tǒng)文化中的數(shù)學魅力以及數(shù)學的應用價值.

6 國際數(shù)學視野

例6(浙江溫州)圖13是第七屆國際數(shù)學教育大會(ICME)的會徽，在其主體圖案中選擇兩個相鄰的直角三角形，恰好能組合得到如圖14所示的四邊形OABC.若AB=BC=1，∠AOB=α，則OC2的值為( ).

圖13 圖14

解析 要先運用三角函數(shù)將OB表示出來，再運用勾股定理即可求得結果.

賞析本題主要運用三角函數(shù)與勾股定理求解.我們可以看出第七屆國際數(shù)學教育大會的會徽非常漂亮，一個三角形不斷向外“擴張”，形如“迭代”的效果.

在2021年中考中，還有甘肅武威卷根據(jù)古希臘數(shù)學家阿基米德提出的有關圓的一個引理，讓學生作圖，湖北宜昌卷考查了“萊洛三角形”的面積計算問題，四川成都卷考查了菲爾茲獎獲得者年齡的統(tǒng)計問題等，數(shù)學無國界，這些題目讓我們開闊了視野，增長了見識.

中考試卷中數(shù)學文化試題不斷涌現(xiàn)，顯示了命題者的聰明與智慧，這也是學科育人的一種途徑.學生在做題過程中鞏固了知識與技能，培養(yǎng)了思維能力，感受傳統(tǒng)文化的熏陶.在日常教學中，教師可以精選蘊含傳統(tǒng)數(shù)學文化的問題讓學生閱讀、欣賞和解答，品味數(shù)學文化的精髓，引導學生發(fā)現(xiàn)這類問題所需要的知識、思想和方法.另外，教師可以推薦學生課余時間閱讀《九章算術》《孫子算經(jīng)》《幾何原本》等名著，寫些心得體會，體會數(shù)學文化之美，領略中外數(shù)學精神，進而提升自己的數(shù)學文化素養(yǎng)，力爭做到“文化搭臺，學生唱戲，教師喝彩”！