有关《平行线的判定》教学引入的思考

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  北京市学科带头人,北京市海淀教师进修学校数学教研员,北京市规划课题“基于创新能力培养的数学实验教学研究”负责人,参与多项国家级、市级科研课题研究;北京师范大学访问学者及高精尖项目外聘专家;国培计划主讲教师;参与北京市九年义务教育数学教材及教参第十七册编写工作;《中考数学专项练习》《中考数学实战演练》主编;多篇论文及课例荣获国家级、市级一等奖;多篇文章发表在《中学数学教学参考》《中学数学》《中小学数学》等杂志上,部分文章全文转载在《初中数学教与学》杂志上。梁月梁月,北京市海淀实验中学教师,荣获北京市中小学新任教师第二届“启航杯”一等奖;多次参与校级公开课,获得“优秀课堂”荣誉;在学校组织的“青蓝工程”活动中,荣获“优胜奖”。
  一、教学背景
  《平行线的判定》位于人教版数学教材七年级下册第五章第二节第二小节的第一课时,是第五章《相交线与平行线》的重点内容,是图形与几何领域的基础知识,更是今后学习其他几何知识的前提和基础。《义务教育数学课程标准(2011年版)》中明确要求第三学段的学生应该“理解平行线的概念;掌握基本事实;探索并证明平行线的判定定理”。
  公理是人们在长期实践中总结出来的,并把它作为判断其他命题真假的原始依据,是不需要证明的真命题。教材中把“公理”换成了“基本事实”,就是把深奥的理论换成一种通俗易懂、大众化的表达,以便于学生理解及接受。虽然基本事实不需要证明,但可以启发学生通过大量操作、直观感受来探索结论的合理性。定理是根据一定事实依据经过推理证实的真命题,并可以进一步作为判断其他命题真假的依据。图形的判定讨论的是确定某种图形需要的条件,本节课中的同位角相等、内错角相等或同旁内角互补正是确定两直线平行的条件。
  本节课是在学生学习了“三线八角”、平行线、平行公理及推论的基础上的继续学习,为后续平行线的性质提供了条件和范式,起着承前启后的作用,同时为三角形、四边形甚至高中阶段的立体图形的学习做铺垫。通过本节课的学习,学生将加深对“角与平行线”的认识,建立空间观念,发展思维,并能在活动的过程中交流分享探索的成果,体验成功的乐趣,提高运用数学的能力。
  根据以上分析,本节课的教学重点确定为:探索并掌握平行线的判定方法。
  二、学情分析
  学生已经学习过“三线八角”、平行线的定义,平行公理及推论等基础知识,具备了过直线外一点作已知直线的平行線的能力,在第四章《几何图形初步》的学习中,学生已经对几何图形有一定的自主探究能力,但对角的数量关系和直线的位置关系仍不能建立联系。此外,学生对基本事实、判定等数学术语并不理解,对数学逻辑推理及符号语言的表述有所欠缺,所以处理好基本事实的呈现和定理的得出就成为教学的一个难点。
  从年龄特点来看,这个年龄阶段的学生好动、好表现,教师抓住学生特点,积极采用形象生动、形式多样的教学方法激发学生兴趣,有利于培养学生创新能力,促进学生个性发展。所以本节课通过动手实践、动手操作,让学生积累数学活动经验,了解数学基本事实。
  根据以上分析,本节课的教学难点确定为:探索得到“同位角相等,两直线平行”。
  教学设计
  三、教学目标
  根据本节课的课型特点,按照课标要求,结合学生已有的认知水平的年龄特征,确定本节课的教学目标如下:
  (1)掌握平行线的判定方法,能够结合图形说出平行线的三种判定方法,并应用其解决简单的问题;
  (2)通过培养学生“观察—分析—归纳—概括”的能力,进一步发展推理能力和有条理表达的能力,体验归纳和转化的数学思想方法;
  (3)通过学生间的交流、探索,激发学生学习数学的热情和求知欲望,体验数学活动是充满探索与创造的过程,感受数学的严谨性。
  学习重点、难点如下:
  (1)重点:探索并掌握平行线的判定方法。
  (2)难点:探索得到“同位角相等,两直线平行”。
  四、教学活动
  1.课前引入
  活动1:什么是平行线?
  师生活动:学生回顾平行线的定义:在同一平面内,不相交的两条直线叫做平行线。教师在黑板上画两条直线,让学生判断两直线是否平行。
  师追问(1):怎么判断两条直线是平行的?
  师生活动:学生立刻想出可以利用平行线的定义来判断两直线平行。教师提示学生首先考虑直线的无限延伸性,再利用平行线的定义进行想象、判定,在遥远的地方是否有交点?学生发现检验起来是非常困难的。学生还可以利用平行公理的推论来判定,但很快发现缺少与这两条直线都平行的第三条直线,也不能用来判断两直线平行。即这两种方法都不好用。
  师追问(2):除了以上两种方法,是否还有其他的方法呢?
  师生活动:教师引导学生思考是否还有其他办法判断两直线平行。
  【设计意图】通过实际问题,学生先回顾上节所学知识,复习平行线的定义的同时,发现无法测定两直线是否相交,也就不能利用定义来判断两直线是否平行。这时,再引导学生考虑平行公理推论,此时教师只需简单地追问,就让学生弄清问题未能解决,由此引入新课内容。
  2.探究新知
  活动2:上节课学习了过直线外一点作已知直线的平行线的画法,你还记得是怎么画的吗?
  师生活动:学生很快想到上节课所学的用三角尺平推。画平行线的步骤是:一“落”(三角尺的一边落在已知直线上),二“靠”(用直尺紧靠三角尺的另一边),三“移”(沿直尺移动三角尺,直至落在已知直线上的三角尺的一边经过已知点),四“画”(沿三角尺过已知点的边画直线)。
  师追问(1):请你思考,在刚才的画图过程中,直尺和三角尺分别起了什么作用?
  师追问(2):在刚才的作图过程中如果没有直尺可以吗?   师追问(3):是不是只要保证了这两个角相等,这两条直线就一定是平行的呢?
  师生活动:学生与教师回顾用直尺和三角尺画平行线的过程,思考每一个工具的作用与价值。在平推的过程中,紧靠直尺的三角尺的边在平移过程中始终在同一条直线上,即直尺相当于截线的作用,三角形的角始终保持不变。
  【设计意图】在动手操作的过程中,学生回想过直线外一点作已知直线的平行线的画法。教师积极与学生互动,激发学生学习的兴趣。分析操作过程中使用的每一个工具的作用,使学生思考在画平行线的过程中每一个工具的必要性。
  活动3:请各位同学用上节课使用过的工具(任意三角形)来画“过直线外一点作已知直线的平行线”。
  师追问:画平行线与角的大小有关系吗?
  师生活动:学生动手画平行线,并互相展示。学生动手操作过程中,教师提示学生直线的无限延伸性,并引导学生观察画平行线与角的大小无关。
  【设计意图】通过经历不同的操作,让学生体会几何的基本事实,引领学生观察操作结果,丰富学生的操作经验。
  活动4:如图,请学生思考平移前后的角是什么位置关系。
  师追问(1):能否通过两个角的数量关系找出两直线的位置关系?你的猜想是什么?
  师追问(2):你能将手中的模型抽象成几何图形,并结合图形用符号语言表述两直线平行吗?
  师生活动:师生共同总结两直线平行的判定方法1:两条直线被第三条直线所截,如果同位角相等,那么这两条直线平行。教师引导学生将图形语言转化为文字语言,进而转化为符号语言。
  活动5:我们再做一个数学实验,一起来验证我们的猜想吧!
  教师活动:教师通过几何画板展示同位角的数量发生变化时的各种情况,学生描述两直线的位置关系。
  【设计意图】培养学生的猜想和归纳总结的能力。引导学生将角度的数量关系和两直线的位置关系建立联系。多媒体的运用,不仅可以辅助教学,激活课堂,更可以突破难点,提高学习效益。
  活动6:两条直线被第三条直线所截,除了得到同位角,还有内错角和同旁内角。由同位角相等,可以判定两条直线平行,那么能否利用内错角、同旁内角判定两条直线平行?你们有何猜想?
  师生活动1:学生小组讨论,得到“内错角相等,两直线平行”的猜想,用数学语言描述问题并回答,教师规范板书。教师与学生共同合作完成判定方法2的简单推理过程。
  【设计意图】培养学生的逻辑推理能力,学会将图形语言、文字语言和符号语言互相转化。
  师生活动2:学生小组讨论后,提出“同旁内角相等,两直线平行”的猜想,此时教师鼓励学生证明自己的猜想,当学生发现行不通时,教师引导学生重新建立角的数量关系和两直线的位置关系的联系。
  师追问:如果同旁内角相等,两直线有可能平行吗?
  师生活动:学生思考并回答,当截线分别垂直于两条直线时,此时同旁内角相等,这两条直线平行。
  【设计意图】学生独立思考,自主探索出判定方法2和3,培养学生的简单推理和归纳总结能力。教师鼓励学生大胆猜想,学会由未知转化为已知或已解决问题的方法。
  3.课堂总结
  (1)通过什么方法得到第一种判定方法?
  (2)到目前为止,你学到了几种判定两条直线平行的方法?
  (3)三种判定方法之间有什么样的关系?
  【设计意图】借助第三条直线研究两直线平行的判定方法,将角之间的关系转化为两直线之间的平行关系。引导学生对已有的过程操作进行反思,培养了学生的逻辑推理能力和归纳总结能力。
  五、教学特色
  本节课的最大特点是依据《义务教育数学课程标准(2011年版)》的要求,立足于学生的认知水平来确定适当的学习目标。
  通过认真研读、充分利用教材,设置了递进关系的问题链。基于对基本事实的理解,对操作的分解、分析,将本节课的教学活动分为两个层次。第一个层次:判定方法1的学习是通过动手实践,积累活动经验来归纳基本事实,并将动手操作的过程用数学语言表达出来。第二个层次:由判定方法1通过简单推理得到判定方法2。当学生提出“同旁内角相等,两直线平行”的错误猜想时,教师并不是一带而过,此时鼓励学生大胆证明自己的猜想,当学生发现行不通时,教师引导学生重新建立角的数量关系和两直线的位置关系的联系,遵循启发、引导、探究的原则,培养学生探究的好习惯。
  内容安排从动手操作“画平行线”出发,确定每一个使用工具的作用,做到步步有据,进而用两个角之间的数量关系刻画两直线位置的关系,再到平行线的三个判定方法的猜想、探索、证明和运用,逐步展示知识形成的过程,使学生对“判定”有初步的认识,思维层层递进。
  六、教学反思
  《平行線的判定》是图形与几何领域的基础知识,更是今后学习其他几何知识的前提和基础。探索结论的合理性便成为本节课的重点内容,那么如何设计课堂的引入才能使学生理解判定方法1也就成为本节课的教学难点。
  在进行教学设计时,笔者开始时准备了课上用的学具:纸板、硬纸条、工字钉,将两个硬纸条a,c交叉固定,旋转纸条b,提问:将纸条b旋转至什么情况时,纸条a与纸条b是平行的?学生通过观察、猜想,很快利用测量的方法就得到了:当硬纸条a与硬纸条c的夹角和硬纸条b与硬纸条c的同侧夹角相等时,纸条a与b是平行的。再根据上节所学“三线八角”的知识,可以判断出“同位角相等,两直线平行”。
  专家提出一个问题:这个环节有必要吗?如果没有这个学具行不行?思考良久,笔者设计的初衷并不是为了设计而设计,这个年龄阶段的学生好动、好表现,抓住学生特点,积极采用形象生动、形式多样的教学方法激发学生兴趣,有利于培养学生创新能力。正是抓住了这个特点,笔者才让学生们动手操作,一是锻炼学生们的动手操作能力,二是为了让学生体会两条直线平行的第一种判定方法的合理性。但笔者经过慎重思考后发现,要利用已有的知识——平推三角尺来确定纸条a与纸条b是平行的也是没问题的,但纸板比较粗糙,而且纸条的一端或者两端被固定,在学生操作的过程中误差非常大,所以最后决定取消这个环节,改用一个操作起来比较方便的方法引入。   借鉴于第一种思路,笔者采取了误差比较小的几何画板。在几何画板上画出直线AB,CD,EF,直线AB和直线EF的夹角固定,拖动直线CD的另一端进行旋转,当直线CD旋转至什么情况时,直线AB与直线CD是平行的?学生们通过观察、旋转,可以得到:当直线AB,EF的夹角和直线CD,EF的同侧夹角相等时,直线AB与直线CD是平行的。但这个很快又被否定了,这种方案容易使学生混淆两直线平行的判定和性質。
  而两直线平行的判定方法是初中阶段学生们接触的第一个判定方法,所以这节课对于学生的意义很重大。笔者认真研读了教材和课程标准,重新确立了本节课的难点:两直线平行的判定方法1的呈现。判定方法1是基本事实,而基本事实并不需要证明,是人们在长期实践中总结出来的。既然不需要证明,那怎么才能让学生去接受并理解呢?这是专家再次提出的问题,不需要证明的基本事实如何让学生理解呢?通过上网查资料得知,教材中把“公理”换成了“基本事实”,就是把深奥的理论换成一种通俗易懂、大众化的表达,以便于学生接受并理解。虽然基本事实不需要证明,但教师在教学中可以启发学生通过大量操作、直观感受来探索结论的合理性。于是设计一个即可以让学生可以动手操作,又可以让学生容易理解的方法:利用小学已有的平行线的画法经验,使学生利用直尺和三角尺进行平推,为使学生充分感受基本事实,让学生利用三角尺的各个角进行平推。
  这个引入得到了各位老师的认可,但是并没有做到“大量”,三角尺有30°,45°,60°,90°角,对于这些特殊的角成立,那么非特殊的角也同样成立吗?基于此,笔者将引入环节又更改为让学生任意制作一个三角形,利用三角形的任意一个角进行平推,小组再合作交流,互相展示,这样就做到了“大量”。而这个三角形的角就是起到了“一个角”的作用,实际上也可以通过量角器来完成,但是由量角器、直尺与三角尺三个工具放在一起,学生们并不好实际操作。
  当教学设计的引入环节完成后,专家又给出了全面的分析,这才使笔者意识到,这并不是一节独立的课。概念课、命题课等都是有各自的教法的,对此,笔者好像突然明白了自己在讲什么,学生在学什么。本节课是命题课教学,探究的主要内容是两直线平行的三种判定方法,它们分别从同位角、内错角和同旁内角的角度说明两直线平行。
  最后一步工作是完善,本节课开篇用画“过直线外一点作已知直线的平行线”引入,分析作图过程中使用的每一个工具的作用进行展开,探索出“同位角相等,两直线平行”的判定方法,通过简单推理得到两直线平行的判定方法2和3。学生可能还提出“同旁内角相等”的猜想,此时教师鼓励学生大胆证明自己的猜想,当学生发现行不通时,教师引导学生重新建立角的数量关系和两直线的位置关系的联系,使学生自主探索出判定方法3。
  通过本节课的讲授,笔者发现教学中还存在一些问题,比如:在巩固新知环节中,学生不能有意识地将图形语言、文字语言转化成符号语言。原因可能是本节课是学习简单推理的开端,学生还没有形成将三种语言互相转化的意识,没有养成说理的习惯。所以在后面的教学中,笔者需要加强这方面的引导。
  以上是笔者在《平行线的判定》这节课当中的一点体会,作为青年教师,如果能够对数学教学的每一节课都进行如此细致的研究,用心为后续的教学做铺垫,设计学生喜欢的教学环节,那么学生一定可以养成良好的学科素养,对数学也更加感兴趣。
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