变形计

来源 :中学数学杂志(初中版) | 被引量 : 0次 | 上传用户:Leichenglin8888
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  【摘 要】 在学生的思维发展区内,对“题源”进行由易到难、循序渐进的变式训练,让学生经历问题变式的探索过程,丰富“变题”策略,感受探究乐趣,体验变与不变的辩证关系,引导学生养成“变式思考”问题的习惯,促进学生认知结构的优化和探索能力的提升.
  【关键词】 变式;探究;旋转
  2016年4月10—11日,我市开展了义务教育阶段骨干教师送教下乡活动.初中数学活动的主题定为“中考专题复习”,旨在通过本次活动,研讨九年级数学复习的思路与备战中考的相关策略,充分发挥课本的导向与辐射功能,进一步提升复习效率,有效提升学生分析问题和解决问题的能力,增进教师之间的业务交流,促进教师的教学研究与专业成长.
  1 课堂实录
  1.1 课前活动
  上课前,老师给每两位同学(同桌)发两个边长不等的等边三角形纸片,让学生分组“玩”拼图,“在玩中学,在学中玩”,充分调动学生.通过“动手”操作,使其在实验过程中感悟数学问题的存在.
  1.2 情境创设
  师:同学们,对于《西游记》中的主人公,大家最喜欢谁?
  生(齐):孙悟空.
  师:他有什么本领?
  生1:他神通广大,会七十二变!
  师:好!老师今天就带领大家一起来对一道习题进行变化,看看谁的本领大?(板书课题的第一个字:“变”)在变化之前先让我们一起来看课本上的这道习题.
  原题再现 ( 苏科版教材八年级上册第67页第10题)如图1,△ABC和△CDE都是等边三角形,点A、C、E在一条直线上,AD与BE相等吗?证明你的结论.
  教学说明 用学生喜欢的孙悟空为例引入课题,不但深受学生喜爱,而且能够充分吸引学生,激发学生学习的热情,达到了在较短的时间内调动学生进入学习状态的效果.所选例题也是大家所熟悉的课本原题,学生都会运用全等三角形的知识进行证明,在此基础上展开变式探究拓展空间很大.
  1.3 变式探究
  1.3.1 顺时针旋转
  师:请大家把课前准备好的两张等边三角形纸片按原题拼好图形,把较小的等边三角形绕点C顺时针旋转,观察并猜想:在旋转过程中AD与BE的长度是否相等?(如图2,老师用自制的教具演示)
  教学说明 用教具(AD与BE用橡皮筋代替)演示时,随着旋转的变化,线段AD与BE的长度也在不断变化,但它们相等的关系却始终未变.加之教者语言上的启发、动作的展示,使学生感到不能仅仅满足于课本问题的解决,从而激发学生学习的热情,使其形成强烈的探究愿望.
  生2:旋转过程中AD与BE的长度始终相等.
  师:请大家画出图形,进行证明.
  变式1 如图3,将△CDE绕点C顺时针旋转一定的角度,使点D落在△ABC外部(B、C、E不在同一直线上),求证:AD=BE.
  教学说明 学生猜想到AD与BE相等,预设的教学目标已经生成,笔者顺势请大家画出图形并进行证明,既训练了学生的动手画图能力,又为学生的探究指明了方向,学生乐于探索,也想尽快对变化后的结论是否成立进行求证,这样的设计不仅彰显了学生的主体地位,同时也体现了教师的主导作用.
  生3:证明的方法没有改变,依然是运用“边角边”证明△ACD≌△BCE,变化的是在证明∠ACD=∠BCE相等时,运用了“等角加同角”.
  师: 既然我们能够把等边△CDE绕点C顺时针旋转,那么,能否改变旋转的方向,在逆时针旋转的情况下进行探究呢?请大家画出图形,分组进行探究.
  1.3.2 逆时针旋转
  变式2 如图4,将△CDE绕点C逆时针旋转一定的角度,使点D落在△ABC内部,上述结论还成立吗?为什么?
  教学说明:学生刚刚感受到成功的喜悦,接着在逆时针旋转的情形下进行探究,学生的热情不减,可引导学生乘胜追击.
  生4:结论仍然成立,同样证明△ACD≌△BCE即可,唯一变化的是在找两个角相等的时候,用的是“同减”,而不是“同加”.
  教学说明 经历变式1,学生积累了一定的经验,在动手画图的基础上可以自己解决问题,有困难的同学可以请组内成员进行必要的帮助.
  教师:同学们,如果两个等边三角形中的“小弟弟△CDE”渐渐长大了,使得点D落在AB上,此时除了AD=BE之外,你还有哪些新的发现?
  1.3.3 旋转过程中的特殊情形
  变式3 (1)如图5,在旋转过程中,若点D落在AB边上,试猜想BE与AC之间的位置关系.
  生5:由△ACD≌△BCE得:∠A=∠CBE=60°,再由等边△ABC得:∠BCA=60°,所以∠CBE=∠BCA,故BE∥AC.
  师(追问):随着△CDE的不断长大,如果点D落在直线BA上,上述结论还成立吗?请你画出图形,继续探究.
  (2)如图6,在旋转过程中,若点D落在BA延长线上,BE∥AC是否仍然成立?若成
  立,请证明,若不成立,请说明理由.
  (3)如图7,在旋转过程中,若点D落在AB延长线上,BE∥AC是否仍然成立?若成立,请证明,若不成立,请说明理由. 图5 图6 图7
  教学说明 学生画出的图形通常有两种,一部分同学画出的是图6;一部分同学画出的是图7,但不管画出哪一种图形,只要抓住△ACD≌△BCE即可解决问题,课堂上可充分发扬民主,让学生动手画图,并说出自己的证明思路.
  师:刚才大家对等边三角形进行了旋转、放大,实质上就是针对图形做适当的变化(择机板书课题的第二个字:“形”).另外,我们还可以尝试对题目中的条件与结论进行互换,构造新的命题,并判断其是否为真,请大家看看下面的变式.
  1.3.4 逆向变化   变式4 (1)如图8,已知等边△ABC内部有一点D,外部有一点E,且△ACD≌△BCE,求证:△CDE是等边三角形;
  生6:由全等可得相等,抓住CD=CE和∠DCE=60°即可证得. 图8 图9
  师:(2)如图9,在(1)的条件下,连接BD,若∠ADC=150°,试证明:DA2 DC2=DB2.
  生7:证明DA2 DC2=DB2,可考虑把DA、DC、DB转化到一个直角三角形中去证明.
  师(追问):思路很好,那如何转化呢?
  生8:用全等,把它们都转化到Rt△BDE中去.
  ……
  教学说明 此处变化的目的主要是训练学生逆向思维的能力和对基本结论(“等边遇等边,全等边角边”)的运用能力,体会“题中”的思想方法,为最后灵活运用中探究三者平方关系做铺垫.
  1.3.5 建模思想
  如图10,等边△ABC外部有一点P,连接PA,若∠BPC=30°,试探究:PA2、PB2、PC2之间的关系.
  师:请大家借鉴变式4(2)中处理问题的方法和经验,思考如何探究PA2、PB2、PC2之间的关系?思考片刻后,老师提醒大家分组讨论.
  (问题提出后,学生的思维得到激发,讨论异常热烈,一会儿功夫,有几位同学高高举起了手,一副跃跃欲试的样子)
  生9:如图11,过点P作PD⊥BP,使PD=PC,连接CD、BD.(教师配合学生的表述,在黑板上画出辅助线)
  师:谈谈你是怎么想的?
  生9:由图可知:PA最长,所以它就是将来的直角三角形的斜边,PB、PC应该是未来的直角边,所以,我想过点P作一条直角边PD,来代替PC,这样就会得到PB2 PC2=PB2 PD2=BD2,下面只需要证到BD=AP就OK了.
  师:很好!思路很流畅!要证BD=AP,大家有办法吗?
  生10:先证:△PCD为等边三角形,再证:△ACP≌△BCD即可.
  师:对了,这就回到图3中的“等边遇等边,全等边角边”这个问题上来了.
  教学说明 此处灵活运用旨在引导学生构建数学模型,运用转化的思想处理三者之间的关系,教学过程中可视学生学习情况灵活处理.
  (此时,还有两个同学高高地举起右手,老师请其中一位同学发表自己的见解.)
  生11:我的构造方法与他不一样,如图12,过点P作PE⊥CP,使PE=PB,连接BE、CE.(教师配合学生的表述,在黑板上画出辅助线)把PB2 PC2转化为PE2 PC2=EC2,然后证明PA=EC即可.
  师(追问):怎样证明PA=EC呢?
  生12:证△EBC≌△PBA就可以了.
  师:还有其它想法吗?
  生13:我看到刚才两位同学的辅助线实际上就是以PC或PB为边作等边三角形,那么能否以PA边作等边三角形呢?
  师:想法很好!课后我们不妨试试.(作为课后作业的一部分,考虑到时间问题,教者把此种方法延伸到课后)
  教学说明 学生能往此方向去思考,变式的目的已经达到,教者顺势把这个问题顺延到课后,有效“拉长”了学习的长度和宽度.(事实上,运用这种思路也可以进行证明,如图13,由等边△PAD可以把PA转化为PD,由△PAC≌△DAB可以把PC转化为DB,只要证明到△PBD为直角三角形就可以了,结合四边形ABPC内角和为360°可得∠PCA ∠PBA=270°,即∠DBA ∠PBA=270°,从而得证.)
  师:结合刚才的几种变形,(黑板上图形的展示)谈谈这节课你的收获?
  生14:虽然图形在变,但结合两个等边三角形证明全等一直未变.
  生15:我们要学会思考问题,不能仅仅满足于解题,还要多思考题目可以怎么变化?
  师:两位同学归纳得都很好!我们围绕这道习题一直在思考一种“变形”的方法,即变形的“计谋”(择机板书课题的第三个字:“计”),如图14、15、16,事实上,我们还可以把两个等边三角形类比成两个正方形或其它图形,进行“变形”研究,请大家课后继续围绕“变形”这个话题,写一篇数学日记,把自己的思路与体会写出来,与大家一起分享! 图14 图15 图16
  师:最后,老师送给大家三句话:“形变法不变,你变我不变,以不变应万变!”下课!
  教学说明 此时,变形的目的已经达到,虽然题目在变,但解决问题的方法始终未变,学生似乎还沉浸在图形的变化中,意犹未尽!
  附:课后作业 :
  探索研究
  已知:△ABC和△CDE都是等边三角形.
  (1)如图17,若点A、C、E在一条直线上时,我们可以得到结论:线段AD与BE的数量关系为: ,线段AD与BE所成的锐角度数为 °;
  (2)如图18,当点A、C、E不在一条直线上时,请证明⑴中的结论仍然成立;
  灵活运用
  如图19,某广场是一个四边形区域ABCD,现测得:AB=60m,BC=80m,且∠ABC=30°,∠DAC=∠DCA=60°,试求水池两旁B、D两点之间的距离.
  2 教学反思
  2.1 变式教学应充分发挥课本的潜在功能
  数学教材不仅是传播知识的工具,而且是训练和培养学生思维的极好素材.课本提供的例、习题作为教材的有机组成部分,是教学中不可忽视的重要内容,它对帮助学生理解基础知识,形成基本技能,完善认知结构,培养和提高思维能力等都起着重要的作用.因此,如何深入挖掘课本典型题目的潜在价值,真正发挥其应有的功能,为学生的思维发展架梯搭桥,是我们在教学中值得重视和探讨的问题.
  课本上原题所提供的是两个等边三角形,其目的是让学生灵活运用等边三角形的性质来证明两个三角形全等.如果我们在学习过程中抓住了“等边遇等边,全等边角边”这一解决问题的核心,掌握图形变但方法不变的本质,学会一通百通,就能达到融会贯通.学会方法的根本目的,真正发挥习题应有的教学价值.同时为学生的思维发展“添梯搭桥”,以求学生学会举一反三、触类旁通,让学生经历探索问题的过程,感受数学探究的乐趣,体验数学中变与不变的辩证关系.   2.2 变式教学应充分尊重学生的主体地位
  回顾本节课的教学,由老师带着学生一起对基本图形做变式探究,到放手让学生通过动手操作、小组合作、建立模型,以图形变化、问题变式为导向,教者始终尊重学生的意见,使每位学生的潜能都得到最大可能的发挥,让不同层次的学生都能学有所获,彰显了学生的主体地位,使学生真正成为课堂学习的主人.
  本节课对问题变式步步深入、层层推进,既兼顾到学生的基础和能力,使每一个问题的变式都建立在前面问题的基础之上,又保持了适度的“空间”,让学生既不能轻易“得手”,又不觉得无计可施,使不同水平的学生在不知不觉中渐入佳境,在“拾阶”而上的过程中,学生的灵感得以激发,思维得到拓展.同时,立足学生思维的“最近发展区”,通过师生交流、生生合作,时刻关注每一位学生的思维变化和探究过程,引导学生学会“变式性”地去思考问题.
  德国哲学家狄慈根曾说过:“变式是学习之母”,对问题进行变式就是一种积极的“重复”.实践证明,在原题的基础上对图形和问题进行变式是一项很有意义的数学活动,变形过程中,给学生足够的思考时间和互动空间,使学生的思维得以发展,能力得到提高.随着学生从答题者到“变式者”身份的悄然变化,学生的主体地位得到保证,“探索权”得到提升,最终效果体现在学生学习上的事半功倍.
  2.3 变式教学应充分挖掘学生思维的“蘑菇”效应
  本节课主要对原题中的图形和所提出的问题进行“自然”变式,使学生经历了一个等边三角形的顺时针旋转、逆时针旋转、旋转中放大、位置特殊等过程,在“接力”式的变式探究过程中,让学生在力所能及的范围内充分参与、积极思考.
  著名数学家波利亚说过:“好问题如同某种蘑菇,有些相似,它们大都成堆地生长.找到一个以后,你应当在周围再找找,很可能在附近就有几个.”习题变式教学何尝不是如此!作为数学教学的重要组成部分,对此类问题的处理决不能就题论题,作为教者应在学生的思维发展区内,对其进行由易到难、循序渐进的变式拓展训练,对题源进行适度的“繁衍”,引导学生养成“变式思考”问题的习惯,并以此学会思考问题的方法,进一步丰富学生的“变题”策略,感受问题变化的过程和发展的内涵,促进学生认知结构的优化和探索能力的提升,以达到会一题、变一串,思一类、通一片的学习效果.
  值得我们思考的是,除了对题目所提问题进行变式外,我们还可以在解题方法、结论探索、课题研究等方面做一些类似的变式教学尝试,带领学生邀游于五彩缤纷的变式世界,让学生挖到更多、更粗壮、更鲜美的好“蘑菇”,在寻找蘑菇的道路上提升学生的思维能力,优化学生思考问题的方式,为学生的终身发展奠定基础.
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