排列數(shù)學(xué)教案設(shè)計
排列數(shù)學(xué)教案設(shè)計
教學(xué)目標(biāo)
�。�1）正確理解排列的意義。能利用樹形圖寫出簡單問題的所有排列；
�。�2）了解排列和排列數(shù)的意義，能根據(jù)具體的問題，寫出符合要求的排列；
�。�3）掌握排列數(shù)公式，并能根據(jù)具體的問題，寫出符合要求的排列數(shù)；
�。�4）會分析與數(shù)字有關(guān)的排列問題，培養(yǎng)學(xué)生的抽象能力和邏輯思維能力；
（5）通過對排列應(yīng)用問題的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生通過對具體事例的觀察、歸納中找出規(guī)律，得出結(jié)論，以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度。
教學(xué)建議
一、知識結(jié)構(gòu)
二、重點(diǎn)難點(diǎn)分析
本小節(jié)的重點(diǎn)是排列的定義、排列數(shù)及排列數(shù)的公式，并運(yùn)用這個公式去解決有關(guān)排列數(shù)的應(yīng)用問題．難點(diǎn)是導(dǎo)出排列數(shù)的公式和解有關(guān)排列的應(yīng)用題．突破重點(diǎn)、難點(diǎn)的關(guān)鍵是對加法原理和乘法原理的掌握和運(yùn)用，并將這兩個原理的基本思想方法貫穿在解決排列應(yīng)用問題當(dāng)中．
從n個不同元素中任取m（m≤n）個元素，按照一定的順序排成一列，稱為從n個不同元素中任取m個元素的一個排列．因此，兩個相同排列，當(dāng)且僅當(dāng)他們的元素完全相同，并且元素的排列順序也完全相同．排列數(shù)是指從n個不同元素中任取m（m≤n）個元素的所有不同排列的種數(shù)，只要弄清相同排列、不同排列，才有可能計算相應(yīng)的排列數(shù)．排列與排列數(shù)是兩個概念，前者是具有m個元素的排列，后者是這種排列的不同種數(shù)．從集合的角度看，從n個元素的有限集中取出m個組成的有序集，相當(dāng)于一個排列，而這種有序集的個數(shù)，就是相應(yīng)的排列數(shù)．
公式推導(dǎo)要注意緊扣乘法原理，借助框圖的直視解釋來講解．要重點(diǎn)分析好 的推導(dǎo)．
排列的應(yīng)用題是本節(jié)教材的難點(diǎn)，通過本節(jié)例題的分析，應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生解決應(yīng)用問題的能力．
在分析應(yīng)用題的解法時，教材上先畫出框圖，然后分析逐次填入時的種數(shù)，這樣解釋比較直觀，教學(xué)上要充分利用，要求學(xué)生作題時也應(yīng)盡量采用．
在教學(xué)排列應(yīng)用題時，開始應(yīng)要求學(xué)生寫解法要有簡要的文字說明，防止單純的只寫一個排列數(shù)，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的分析問題的能力，在基本掌握之后，可以逐漸地不作這方面的要求．
三、教法建議
�、僭谥v解排列數(shù)的概念時，要注意區(qū)分“排列數(shù)”與“一個排列”這兩個概念．一個排列是指“從n個不同元素中，任取出m個元素，按照一定的順序擺成一排”，它不是一個數(shù)，而是具體的一件事；排列數(shù)是指“從n個不同元素中取出m個元素的所有排列的個數(shù)”，它是一個數(shù)．例如，從3個元素a，b，c中每次取出2個元素，按照一定的順序排成一排，有如下幾種：
ab，ac，ba，bc，ca，cb，
其中每一種都叫一個排列，共有6種，而數(shù)字6就是排列數(shù)，符號 表示排列數(shù)．
�、谂帕械亩x中包含兩個基本內(nèi)容，一是“取出元素”，二是“按一定順序排列”．
從定義知，只有當(dāng)元素完全相同，并且元素排列的順序也完全相同時，才是同一個排列，元素完全不同，或元素部分相同或元素完全相同而順序不同的排列，都不是同一排列。叫不同排列．
在定義中“一定順序”就是說與位置有關(guān)，在實際問題中，要由具體問題的性質(zhì)和條件來決定，這一點(diǎn)要特別注意，這也是與后面學(xué)習(xí)的組合的根本區(qū)別．
在排列的定義中 ，如果 有的書上叫選排列，如果 ，此時叫全排列．
要特別注意，不加特殊說明，本章不研究重復(fù)排列問題．
�、坳P(guān)于排列數(shù)公式的推導(dǎo)的教學(xué)．公式推導(dǎo)要注意緊扣乘法原理，借助框圖的直視解釋來講解．課本上用的是不完全歸納法，先推導(dǎo) ，…，再推廣到 ，這樣由特殊到一般，由具體到抽象的講法，學(xué)生是不難理解的．
導(dǎo)出公式 后要分析這個公式的構(gòu)成特點(diǎn)，以便幫助學(xué)生正確地記憶公式，防止學(xué)生在“n”、“m”比較復(fù)雜的時候把公式寫錯．這個公式的特點(diǎn)可見課本第229頁的一段話：“其中，公式右邊第一個因數(shù)是n，后面每個因數(shù)都比它前面一個因數(shù)少1，最后一個因數(shù)是 ，共m個因數(shù)相乘．”這實際是講三個特點(diǎn)：第一個因數(shù)是什么？最后一個因數(shù)是什么？一共有多少個連續(xù)的自然數(shù)相乘．
公式 是在引出全排列數(shù)公式 后，將排列數(shù)公式變形后得到的公式．對這個公式指出兩點(diǎn)：（1）在一般情況下，要計算具體的排列數(shù)的值，常用前一個公式，而要對含有字母的排列數(shù)的式子進(jìn)行變形或作有關(guān)的論證，要用到這個公式，教材中第230頁例2就是用這個公式證明的問題；（2）為使這個公式在 時也能成立，規(guī)定 ，如同 時 一樣，是一種規(guī)定，因此，不能按階乘數(shù)的原意作解釋．
�、芙ㄗh應(yīng)充分利用樹形圖對問題進(jìn)行分析，這樣比較直觀，便于理解．
�、輰W(xué)生在開始做排列應(yīng)用題的作業(yè)時，應(yīng)要求他們寫出解法的簡要說明，而不能只列出算式、得出答數(shù)，這樣有利于學(xué)生得更加扎實．隨著學(xué)生解題熟練程度的提高，可以逐步降低這種要求．
教學(xué)設(shè)計示例
排列
教學(xué)目標(biāo)
（1）正確理解排列的意義。能利用樹形圖寫出簡單問題的所有排列；
�。�2）了解排列和排列數(shù)的意義，能根據(jù)具體的問題，寫出符合要求的排列；
（3）會分析與數(shù)字有關(guān)的排列問題，培養(yǎng)學(xué)生的抽象能力和邏輯思維能力；
教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)
重點(diǎn)是排列的定義、排列數(shù)并運(yùn)用這個公式去解決有關(guān)排列數(shù)的應(yīng)用問題。
難點(diǎn)是解有關(guān)排列的應(yīng)用題。
教學(xué)過程設(shè)計
一、 復(fù)習(xí)引入
上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了兩個基本原理，請大家完成以下兩題的練習(xí)（用投影儀出示）：
1．書架上層放著50本不同的社會科學(xué)書，下層放著40本不同的自然科學(xué)的書．
�。�1）從中任取1本，有多少種取法？
（2）從中任取社會科學(xué)書與自然科學(xué)書各1本，有多少種不同的取法？
2．某農(nóng)場為了考察三個外地優(yōu)良品種A，B，C，計劃在甲、乙、丙、丁、戊共五種類型的土地上分別進(jìn)行引種試驗，問共需安排多少個試驗小區(qū)？
找一同學(xué)談解答并說明怎樣思考的的過程
第1（1）小題從書架上任取1本書，有兩類辦法，第一類辦法是從上層取社會科學(xué)書，可以從50本中任取1本，有50種方法；第二類辦法是從下層取自然科學(xué)書，可以從40本中任取1本，有40種方法．根據(jù)加法原理，得到不同的取法種數(shù)是50+40=90．第（2）小題從書架上取社會科學(xué)、自然科學(xué)書各1本（共取出2本），可以分兩個步驟完成：第一步取一本社會科學(xué)書，第二步取一本自然科學(xué)書，根據(jù)乘法原理，得到不同的取法種數(shù)是： 50×40=2000．
第2題說，共有A，B，C三個優(yōu)良品種，而每個品種在甲類型土地上實驗有三個小區(qū)，在乙類型的土地上有三個小區(qū)……所以共需3×5=15個實驗小區(qū)．
二、 講授新課
學(xué)習(xí)了兩個基本原理之后，現(xiàn)在我們繼續(xù)學(xué)習(xí)排列問題，這是我們本節(jié)討論的重點(diǎn)．先從實例入手：
1．北京、上海、廣州三個民航站之間的直達(dá)航線，需要準(zhǔn)備多少種不同飛機(jī)票？
由學(xué)生設(shè)計好方案并回答．
�。�1）用加法原理設(shè)計方案．
首先確定起點(diǎn)站，如果北京是起點(diǎn)站，終點(diǎn)站是上�；驈V州，需要制2種飛機(jī)票，若起點(diǎn)站是上海，終點(diǎn)站是北京或廣州，又需制2種飛機(jī)票；若起點(diǎn)站是廣州，終點(diǎn)站是北京或上海，又需要2種飛機(jī)票，共需要2+2+2=6種飛機(jī)票．
�。�2）用乘法原理設(shè)計方案．
首先確定起點(diǎn)站，在三個站中，任選一個站為起點(diǎn)站，有3種方法．即北京、上海、廣泛任意一個城市為起點(diǎn)站，當(dāng)選定起點(diǎn)站后，再確定終點(diǎn)站，由于已經(jīng)選了起點(diǎn)站，終點(diǎn)站只能在其余兩個站去選．那么，根據(jù)乘法原理，在三個民航站中，每次取兩個，按起點(diǎn)站在前、終點(diǎn)站在后的順序排列不同方法共有3×2=6種．
根據(jù)以上分析由學(xué)生（板演）寫出所有種飛機(jī)票
再看一個實例．
在航海中，船艦常以“旗語”相互聯(lián)系，即利用不同顏色的旗子發(fā)送出各種不同的信號．如有紅、黃、綠三面不同顏色的旗子，按一定順序同時升起表示一定的信號，問這樣總共可以表示出多少種不同的信號？
找學(xué)生談自己對這個問題的想法．
事實上，紅、黃、綠三面旗子按一定順序的一個排法表示一種信號，所以不同顏色的同時升起可以表示出來的信號種數(shù)，也就是紅、黃、綠這三面旗子的所有不同順序的排法總數(shù)．
首先，先確定最高位置的旗子，在紅、黃、綠這三面旗子中任取一個，有3種方法；
其次，確定中間位置的旗子，當(dāng)最高位置確定之后，中間位置的旗子只能從余下的兩面旗中去取，有2種方法．剩下那面旗子，放在最低位置．
根據(jù)乘法原理，用紅、黃、綠這三面旗子同時升起表示出所有信號種數(shù)是：3×2×1=6（種）．
根據(jù)學(xué)生的分析，由另外的同學(xué)（板演）寫出三面旗子同時升起表示信號的所有情況．（包括每個位置情況）
第三個實例，讓全體學(xué)生都參加設(shè)計，把所有情況（包括每個位置情況）寫出來．
由數(shù)字1，2，3，4可以組成多少個沒有重復(fù)數(shù)字的三位數(shù)？寫出這些所有的三位數(shù)．
根據(jù)乘法原理，從四個不同的數(shù)字中，每次取出三個排成三位數(shù)的方法共有4×3×2=24（個）．
請板演的學(xué)生談?wù)勗鯓酉氲模?/p>
第一步，先確定百位上的數(shù)字．在1，2，3，4這四個數(shù)字中任取一個，有4種取法．
第二步，確定十位上的數(shù)字．當(dāng)百位上的數(shù)字確定以后，十位上的數(shù)字只能從余下的三個數(shù)字去取，有3種方法．
第三步，確定個位上的數(shù)字．當(dāng)百位、十位上的數(shù)字都確定以后，個位上的數(shù)字只能從余下的兩個數(shù)字中去取，有2種方法．
根據(jù)乘法原理，所以共有4×3×2=24種．
下面由教師提問，學(xué)生回答下列問題
�。�1）以上我們討論了三個實例，這三個問題有什么共同的地方？
都是從一些研究的對象之中取出某些研究的對象．
�。�2）取出的這些研究對象又做些什么？
實質(zhì)上按著順序排成一排，交換不同的位置就是不同的情況．
�。�3）請大家看書，第×頁、第×行． 我們把被取的對象叫做雙元素，如上面問題中的民航站、旗子、數(shù)字都是元素．
上面第一個問題就是從3個不同的元素中，任取2個，然后按一定順序排成一列，求一共有多少種不同的排法，后來又寫出所有排法．
第二個問題，就是從3個不同元素中，取出3個，然后按一定順序排成一列，求一共有多少排法和寫出所有排法．
第三個問題呢？
從4個不同的元素中，任取3個，然后按一定的順序排成一列，求一共有多少種不同的排法，并寫出所有的排法．
給出排列定義
請看課本，第×頁，第×行．一般地說，從n個不同的元素中，任取m（m≤n）個元素（本章只研究被取出的元素各不相同的情況），按著一定的順序排成一列，叫做從n個不同元素中取出m個元素的一個排列．
下面由教師提問，學(xué)生回答下列問題
�。�1）按著這個定義，結(jié)合上面的問題，請同學(xué)們談?wù)勈裁词窍嗤呐帕�？什么是不同的排列�?/p>
從排列的定義知道，如果兩個排列相同，不僅這兩個排列的元素必須完全相同，而且排列的順序（即元素所在的位置）也必須相同．兩個條件中，只要有一個條件不符合，就是不同的排列．
如第一個問題中，北京—廣州，上海—廣州是兩個排列，第三個問題中，213與423也是兩個排列．
再如第一個問題中，北京—廣州，廣州—北京；第二個問題中，紅黃綠與紅綠黃；第三個問題中231和213雖然元素完全相同，但排列順序不同，也是兩個排列．
（2）還需要搞清楚一個問題，“一個排列”是不是一個數(shù)？
生：“一個排列”不應(yīng)當(dāng)是一個數(shù)，而應(yīng)當(dāng)指一件具體的事．如飛機(jī)票“北京—廣州”是一個排列，“紅黃綠”是一種信號，也是一個排列．如果問飛機(jī)票有多少種？能表示出多少種信號．只問種數(shù)，不用把所有情況羅列出來，才是一個數(shù)．前面提到的第三個問題，實質(zhì)上也是這樣的．
三、 課堂練習(xí)
大家思考，下面的排列問題怎樣解？
有四張卡片，每張分別寫著數(shù)碼1，2，3，4．有四個空箱，分別寫著號碼1，2，3，4．把卡片放到空箱內(nèi)，每箱必須并且只能放一張，而且卡片數(shù)碼與箱子號碼必須不一致，問有多少種放法？（用投影儀示出）
分析：這是從四張卡片中取出4張，分別放在四個位置上，只要交換卡片位置，就是不同的放法，是個附有條件的排列問題．
解法是：第一步把數(shù)碼卡片四張中2，3，4三張任選一個放在第1空箱．
第二步從余下的三張卡片中任選符合條件的一張放在第2空箱．
第三步從余下的兩張卡片中任選符合條件的一張放在第3空箱．
第四步把最后符合條件的一張放在第四空箱．具體排法，用下面圖表表示：
所以，共有9種放法．
四、作業(yè)
課本：P232練習(xí)1，2，3，4，5，6，7．
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