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一、为什么学习平面的基本性质
平面的基本性质是学习空间点、直线、平面的位置关系的基础,内容主要包括“三个公理”,是培养同学们空间想象能力的载体。通过挖掘三个公理的内涵及对外延复习探究,可为学习空间点、直线、平面的位置关系打下较好的基础。
二、三个公理的复习与问题探究
(一)公理1三种语言的互化
公理1:文字语言:如果一条直线上的两点在一个平面内,那么这条直线在此平面内。
图形语言:如图1。图1
符号语言:A∈l,B∈l,且A∈α,B∈αlα。
立体几何的学习过程,主要是围绕着三种语言互化的学习,即图形语言、文字语言、符号语言。图形语言是对空间中点、线、面位置关系的第一层级抽象;文字语言是对图形语言的进一步说明,属于第二层级抽象;而符号语言是学习立体几何的落脚点和归宿,属于第三层级抽象。借助三种语言的转化,有利于提升對公理内涵的理解。
问题1:为什么直线上需两个不同的点在平面内?只有一个呢?一个也没有呢?有无数多个呢?
图2图3①如图2,直线l在平面α内,lα,有无数个。
②如图3,直线l与平面α相交(外),l∩α=A,有一个。
图4③如图4,直线l与平面α平行(外),l∥α,有0个。
评注:通过问题1的设计,可以把公理1的学习与直线和平面的位置关系联系在一起,从而为在复习过程中形成知识网络。
问题2:如何判断点在平面内?如何用数学符号语言表示出来?
评注:由于公理中涉及点在面内,据此设计问题2,可引起同学们的注意,并要求同学们要学会如何用数学符号语言,能真正起到提升同学们的符号表达的能力,即由lα
M∈lM∈α。
在公理的复习过程中,通过引导同学们对上述两个问题的探究,有利于同学们形成问题意识,开拓视野,提升对立体几何学习的感觉。
(二)公理2三种语言的转化
图5公理2:如图5,过不在一条直线上的三点,有且只有一个平面。平面ABC在公理2复习过程中,设计如下问题:
问题1:怎样理解有且只有?
评注:有且只有表示存在且唯一,以此构建平面的思想。
问题2:有哪三个推论?
评注:三个推论可以说是公理2的拓展,即概念的外延。以“平面”这一概念切入,顺理成章地导入空间中直线与直线的位置关系的复习:
共面直线相交直线:同一平面内,有且只有
一个公共点;
平行直线:同一平面内,没有公共
点;
异面直线:不同在任何一个平面内,没有公
共点。
当然,异面直线这一概念也得到了关联,且有利于同学们理解“不同在任何一个平面”的意思。
(三)公理3三种语言的转化
公理3:如果两个不重合的平面有一个公共点,那么它们有且只有一条过该点的公共直线。如图6,图6P∈α,且P∈βα∩β=l,且P∈l。
问题1:若还有一个点既在平面α内又在平面β内呢?若有无数个公共点呢?
评注:这个问题有利于同学们理解如何证明点共线的问题。
问题2:若一个公共点都没有呢?
评注:由于两个平面无公共点,此时两平面就互相平行,此时就把立体几何内容的前后建立了联系。
图7如图7,两个平面平行,α∥β,有0个交点。
图8如图8,两个平面相交,则α∩β=l,有无数个交点(这些公共点均在交线l上)。
四、变式练习、深化理解
通过编制习题,深化理解三个公理,提高处理空间中点、线、面位置关系的问题。
1.在空间四边形ABCD的边AB、BC、CD、DA上分别取点E、F、G、H,如果EH、FG交于一点M,那么M一定在哪条直线上并证明。
2.以下四个命题中:①不共面的四点中,其中任意三点不共线;②若点A、B、C、D共面,点A、B、C、E共面,则点A、B、C、D、E共面;③若直线a、b共面,直线a、c共面,则直线b、c共面;④依次首尾相接的四条线段必共面。其中正确命题的个数是()。
A.0B.1
C.2D.3
作者单位:福建省南安国光中学
平面的基本性质是学习空间点、直线、平面的位置关系的基础,内容主要包括“三个公理”,是培养同学们空间想象能力的载体。通过挖掘三个公理的内涵及对外延复习探究,可为学习空间点、直线、平面的位置关系打下较好的基础。
二、三个公理的复习与问题探究
(一)公理1三种语言的互化
公理1:文字语言:如果一条直线上的两点在一个平面内,那么这条直线在此平面内。
图形语言:如图1。图1
符号语言:A∈l,B∈l,且A∈α,B∈αlα。
立体几何的学习过程,主要是围绕着三种语言互化的学习,即图形语言、文字语言、符号语言。图形语言是对空间中点、线、面位置关系的第一层级抽象;文字语言是对图形语言的进一步说明,属于第二层级抽象;而符号语言是学习立体几何的落脚点和归宿,属于第三层级抽象。借助三种语言的转化,有利于提升對公理内涵的理解。
问题1:为什么直线上需两个不同的点在平面内?只有一个呢?一个也没有呢?有无数多个呢?
图2图3①如图2,直线l在平面α内,lα,有无数个。
②如图3,直线l与平面α相交(外),l∩α=A,有一个。
图4③如图4,直线l与平面α平行(外),l∥α,有0个。
评注:通过问题1的设计,可以把公理1的学习与直线和平面的位置关系联系在一起,从而为在复习过程中形成知识网络。
问题2:如何判断点在平面内?如何用数学符号语言表示出来?
评注:由于公理中涉及点在面内,据此设计问题2,可引起同学们的注意,并要求同学们要学会如何用数学符号语言,能真正起到提升同学们的符号表达的能力,即由lα
M∈lM∈α。
在公理的复习过程中,通过引导同学们对上述两个问题的探究,有利于同学们形成问题意识,开拓视野,提升对立体几何学习的感觉。
(二)公理2三种语言的转化
图5公理2:如图5,过不在一条直线上的三点,有且只有一个平面。平面ABC在公理2复习过程中,设计如下问题:
问题1:怎样理解有且只有?
评注:有且只有表示存在且唯一,以此构建平面的思想。
问题2:有哪三个推论?
评注:三个推论可以说是公理2的拓展,即概念的外延。以“平面”这一概念切入,顺理成章地导入空间中直线与直线的位置关系的复习:
共面直线相交直线:同一平面内,有且只有
一个公共点;
平行直线:同一平面内,没有公共
点;
异面直线:不同在任何一个平面内,没有公
共点。
当然,异面直线这一概念也得到了关联,且有利于同学们理解“不同在任何一个平面”的意思。
(三)公理3三种语言的转化
公理3:如果两个不重合的平面有一个公共点,那么它们有且只有一条过该点的公共直线。如图6,图6P∈α,且P∈βα∩β=l,且P∈l。
问题1:若还有一个点既在平面α内又在平面β内呢?若有无数个公共点呢?
评注:这个问题有利于同学们理解如何证明点共线的问题。
问题2:若一个公共点都没有呢?
评注:由于两个平面无公共点,此时两平面就互相平行,此时就把立体几何内容的前后建立了联系。
图7如图7,两个平面平行,α∥β,有0个交点。
图8如图8,两个平面相交,则α∩β=l,有无数个交点(这些公共点均在交线l上)。
四、变式练习、深化理解
通过编制习题,深化理解三个公理,提高处理空间中点、线、面位置关系的问题。
1.在空间四边形ABCD的边AB、BC、CD、DA上分别取点E、F、G、H,如果EH、FG交于一点M,那么M一定在哪条直线上并证明。
2.以下四个命题中:①不共面的四点中,其中任意三点不共线;②若点A、B、C、D共面,点A、B、C、E共面,则点A、B、C、D、E共面;③若直线a、b共面,直线a、c共面,则直线b、c共面;④依次首尾相接的四条线段必共面。其中正确命题的个数是()。
A.0B.1
C.2D.3
作者单位:福建省南安国光中学