经历动态过程 还原思维历程
引言:抛砖方能引玉,与大家交流,目的是想偷各位高手们的绝招,为我的课堂教学服务,解救自己,造福学子。群内高手们绝招太多,或许用起来时根本就想不起来应该用哪一招,所以成此拙作,就是想诱发大家的课堂教学回忆,激发思考,求同存异,为动点几何教与学共支招,造福更多的师生。
运动几何问题以平移、旋转、翻折等图形变换方式呈现,代数、几何核心知识联袂,动静有序,充满创意,凝聚着命题者的智慧与心血。受时间等因素的影响,批阅或评讲时,过于迷信答案,或受参考答案先入为主的制约,就会考虑不周而出错,或者不能揭示思考过程,从而错失提升学生解决问题能力的良机。笔者以平常我们为学生选择的8个练习作业的立意、评讲及解答为例,从点动、线动、面动三个类型,剖析动态类几何教学现状,探讨如何动态几何教学引入时机、如何引导学生揭示解答动态几何问题等策略,还原思维历程,提升学生解决问题的能力,抛砖引玉。
1当前动态几何教学现状
1.1学生因素
由于学生基础知识不均衡,思维水平参差不齐,思考问题方式及层次差异,加上学习缺少毅力,大约有七成学生是惧怕动态类几何题,他们感觉无法下笔,对这类题一般是放弃。但事实表明,如果我们早介入,早指导,早训练,相当多的学生还是能接受的。
1.2教师因素
动态几何问题,作为教师,两个方面有待改进。一是担心,二是指导不得法。担心过早介入,会影响整体学生学习积极性,让学生有畏难情绪,从而影响学习效果,所以总是在放在九年级用专题复习,收效甚微。就题讲题、用而不研,课堂内重结论、轻视学生基本活动经验的做法很普遍,导致学生不能发现、提出问题;缺少对基本思想方法的归纳,无法提升学生分析、解决问题的能力;不能形成系统的模型思想。考试时很难实现整体水平提高、及格到优分、优分更优的蜕变。
案例1:如图(1),已知AC=AE,∠BAD=∠EAC=∠EDC
(1)若△ABC中,∠B﹤90°,D为BC上的一点,点E在△ABC的外部,求证:AD=AB。
(2)若△ABC中,∠B﹥90°,D在CB延长线上,点E在△ABC的下方,则(1)的结论是否仍然成立?若成立,请在图(2)中画出图形,并加以证明;若不成立,请说明理由。
试题立意解读:本题是在学生学习了全等三角形四个判定方法后,选配的一道习题。题目意图很明显,以等腰三角形和“X”型基本图形为背景,借助全等变换,全面提升学生推理论证能力。对八年级学生来说,有一定的训练价值,为学生掌握动态几何问题解题策略早布局,是一道难得的好题。
参考答案剖析
笔者百度了下,发现网上呈现的解答都和参考答案完全一致,现摘录如下:
解:(1)因为∠EAC+∠E+∠AFE=∠AFE+∠CFD+∠C,而?∠EAC=∠EDC,∠AFE=∠CFD,?所以∠C=∠E ,又因为∠BAD=∠EAC,所以∠BAD+∠DAC=∠EAC+∠DAC,从而∠BAC=∠DAE,? 而AC=AE,? 所以△BAC≌△DAE,?所以AB=AD。
(2)如图(图6), 如图(图6),AE与DC交于F,因为∠EAC+∠C+∠AFC=∠DFE+∠EFD+∠E,而?∠EAC=∠EDC,∠AFC=∠DFE,?所以∠C=∠E ,?因为∠BAD=∠EAC,所以∠BAD-∠EAB=∠EAC-∠EAB,?从而∠BAC=∠DAE,而已知AC=AE,所以△BAC≌△DAE,得到AB=AD。
对于第(2)小题,略加思索,依照条件,画出了不同于上述答案的图形。笔者在图(1)的基础上,把AE绕A顺时针旋转,由于AC=AE,发现此时E与C正好重合,如图(3)但此时,显然与点E在△ABC的下方这个条件不符,应该舍去。再继续旋转便得到图(4),显然符合题意;继续旋转,得到E正好落在AB的延长线上得到图(5),也符合题意;继续旋转,便得到图(6),得到和参考答案一样的解答图。至此,难免产生了两点疑问,一是同题同解图却不同,那些符合题意的图形,是不是会有不同于参考答案提供的结论或推理过程呢?换句话说,参考答案或许掩盖了解决这类问题的思维历程;二是依照答案那样解答和评讲,能否诠释命题者的意图,学生是否就能获得解决这类问题的方法和经验呢?也就是说,评析时,如何引导学生感受线段AE的运动过程呢?
经过仔细解答,发现各类参考答案并没有出错,只是考虑问题不全面,以偏概全,从数学角度看,解答不严谨,分类不全面。解决一个问题,常会从特殊到一般,找到解决问题的办法后,对这个问题进行系统研究。对照上述图例,在排除图(3)这种情况后,对第(2)问可对AE位置分成三种情形:一是AE落在∠BAC内部;二是AE落在∠BAC边AB的延长线上;三是AE落在∠BAC外部。可进行以下全面的解答:
如图(4),AE与DC交于F,因为∠EAC+∠C+∠AFC=∠DFE+∠EFD+∠E,而?∠EAC=∠EDC,∠AFC=∠DFE,?所以∠C=∠E ,?因为∠BAD=∠EAC,所以∠BAD+∠EAB=∠EAC+∠EAB,从而∠BAC=∠DAE,?而已知AC=AE,所以△BAC≌△DAE,得到AB=AD。
如图(5),继续旋转,得到E正好落在AB的延长线上,而∠EAC=∠EDC=∠BAD,又∠EAC+∠C+∠AFC=∠DFE+∠EFD+∠E,而?∠EAC=∠EDC,∠AFC=∠DFE,?所以∠C=∠E ,已知AC=AE,所以△BAC≌△DAE,得到AB=AD。
如图(6),AE与DC交于F,因为∠EAC+∠C+∠AFC=∠DFE+∠EFD+∠E,而?∠EAC=∠EDC,∠AFC=∠DFE,?所以∠C=∠E ,?因为∠BAD=∠EAC,所以∠BAD-∠EAB=∠EAC-∠EAB,?从而∠BAC=∠DAE,而已知AC=AE,所以△BAC≌△DAE,得到AB=AD。
2、动态几何教学策略
解决运动几何关键是抓住运动与变化中的不变量、不变关系或特殊关系。如何找出这些关系,必要的一步就是引导学生认真分析运动过程,画出各种情形下的静态图形,通过画图让学生经历探索的过程,发现图形性质及图形变化,并合情推理,掌握数学建模方法,提升学生获取信息和处理信息的能力。
2.1动态几何教学基本设想
2.1.1从早布局破局
七年级借助数轴和线段和差,设计动点问题,包括单点及双动点运动,消除对几何运动问题的恐惧心理;八年级借助角平分线及全等变换,渗透线动、面动等问题,帮助学生建立解决动点问题的兴趣;九年级再分专题,研究中考题,进行点、线、面等动点问题专题训练,提升和优化学生处理动点问题的基本策略。
案例2:已知数轴上点A在原点左边,到原点的距离为8个单位长度,B在原点的右边,从A走到B要经过32个单位长度。
(1)求A、B两点所对应的数。
(2)若点C也是数轴上的点,C到B得距离是C到原点的距离的3倍,求C对应的数。
(3)已知M从A向右出发,速度为每秒一个单位长度,同时N从B向右出发,速度为每秒2个单位长度,设NO的中点为P,PO-AM的值是否变化?若不变求其值。
试题立意解读:(长江学案七上12页)。本题以数轴这个核心知识点,渗透方程思想。由于刚上七年级的学生,思维能力有限,初次接触这类动态问题,感觉还是比较困难,这时需要教师主动引导他们画出相应的静态图,从而找出解决问题的办法,养成方程(函数)模型解决这类问题的思考习惯。
(1)A、B两点所对应的数分别为:-8,24.
(2)若点C也是数轴上的点,点C到点B的距离是点C到原点的距离的3倍,求点C对应的数,设C点为x,则|x-24|=3|x|,所以x-24=3x,x=-12,2.x-24=-3x,x=6,C对应的数为:-12或6.
(3)设运行时间为t,则M点的坐标为:-8+t,N点的坐标为:24+2t,P点的坐标为:(24+2t)/2=12+t,|AM|=-8+t-(-8)=t,|PO|=12+t,PO—AM=12+t-t=12,即值不变=12.
案例3:如图,射线OM上有三点A、B、C,满足OA=20cm,AB=60cm,BC=10cm,
点P从点O出发,沿OM方向以1cm/秒的速度匀速运动,点Q从点C出发在线段CO上向点O匀速运动(点Q运动到点O时停止运动),两点同时出发.
(1)当P在线段AB上且PA=2PB时,点Q运动到的位置恰好是线段AB的三等分点,求点Q的运动速度;
(2)若点Q运动速度为3cm/秒,经过多长时间P、Q两点相距70cm?
(3)当点P运动到线段AB上时,分别取OP和AB的中点E、F,求 的值.
试题立意解读:2014-2015江苏泰州靖江七上期未试题,从题中我们可以看出点P及Q是运动的,当PA=2PB时,实际上是P正好到了AB的三等分点上,而且PA=40,PB=20.由速度公式就可求出它的运动时间,正好是点Q的运动时间,点Q运动到时的位置恰好是线段AB的三等分点,要注意三等分点是二个点,因此要分两种情况,分别是时,时,由此可求出它的速度。
对于第二小问,要分P,Q相向而行和相背而行,同样可求解。
对于第三小问,F是固定的,由于P的运动,导致E成为一个单动点问题。弄清P的运动状况决定解题成败。七年级学生,思维有一定局限性,用画板动态演示动态问题,直观但忽视学生能力培养。怎么办?评讲时,就必须引导学生视作一个静态图形,还是回到读题,引导学生读懂过程,画出直观图,让动态问题相对静止,找出临界点,分清情况,比老师告诉他们这是分类、方程思想来求解,有效得多。评讲时,关键就是以A、B、C、F为临界点,特殊引路,方法自然而然得出,从而得出五种运动过程,P与A重合、P在AF之间,P与F重合,P在BF之间, P与B重合,显然比用画板演示,更能培养思维能力,形成思考问题有效方式,更为重要的是学生学会了解动态问题的方法和策略。
解:(1)当P在线段AB上时,由PA=2PB及AB=60,可求得:
PA=40,OP=60,故点P运动时间为60秒.
若AQ=时,BQ=40,CQ=50,点Q的运动速度为:50÷60=(cm/s);
若BQ=时,BQ=20,CQ=30,点Q的运动速度为:30÷60=(cm/s).
(2)设运动时间为t秒,则:
①在P、Q相遇前有:90-(t+3t)=70,解得t=5秒;
②在P、Q相遇后:当点Q运动到O点是停止运动时,点Q最多运动了30秒,而点P继续40秒时,P、Q相距70cm,所以t=70秒,
∴经过5秒或70秒时,P、Q相距70cm .
(3)设OP=xcm,点P在线段AB上,20≦x≦80,OB-AP=80-(x-20)=100-x,
EF=OF-OE=(OA+)-OE=(20+30)-=50-,∴.
案例4:已知:CD经过∠BCA顶点C的一条直线,CA=CB.E,F分别是直线CD上两点,且∠BEC=∠CFA=∠α.?
若直线CD经过∠BCA的内部,且E,F在射线CD上,请解决下面两个问题:?
①如图1,若∠BCA=90°,∠α=90,则BE____CF;EF____|BE-AF|(填“>”,“<”或“=”)
②如图2,若0°<∠BCA<180°,请添加一个关于∠α与∠BCA关系的条件 ,使①中的两个结论仍然成立,并证明两个结论成立.
如图3,若直线CD经过 的外部,∠α=∠BCA,请提出EF,BE,AF三条线段数量关系的合理猜想(不要求证明).?
试题立意解读:2012江苏昆山市八上期未试题,是对三角形全等知识考查。试题借助一线三等角这一基本图形,如果有边等用全等,无过等可考虑相似,以这种基本图形命制的习题可以很好地训练学生思维,提升学生的解题能力。教学中发现,包括网络上的评讲,思路和答案都很不错,但个人感觉这些答案提供的分类标准不是很好,如果这样评讲,部分学生还是不能抓住本质,画不出图形,导致理解不透。在校内,通过集体备课研讨后,大家一致认为最好的办法就是化归到点动问题一样的评讲策略,即特殊探路:由于这里的直线CD是运动的,那么射线CD经过∠BCA的内部时,有没有特殊位置?如果有,此时图形是怎样?学生会很快地找出当射线CD与角∠BCA的平分线重合时,此时E、F重合这一特殊情形,自然就会以直线CD为标准进行运动图形情形分类,得出E、F在射线CD相对位置关系,这比各类答案提供的分E在F的左边,E在F的右边这样分类是否要自然合理些,学生是否好接受些?更重要的是把解决点动问题的策略借用到线动问题,或许是对张景中院士提出的 “一种方法解很多题,要好过很多方法解一个题”的理念最好的实践。
2.1.2经历动态过程
案例5:长方形OABC,O为平面直角坐标系的原点,OA=5,OC=3,点B在第三象限.
(1)求点B的坐标;
(2)如图1,若过点B的直线BP与长方形OABC的边交于点P,且将长方形OABC的面积分为1:4两部分,求点P的坐标;
(3)如图2,M为x轴负半轴上一点,且∠CBM=∠CMB,N是x轴正半轴上一动点,∠MCN的平分线CD交BM的延长线于点D,在点N运动的过程中,的值是否变化?若不变,求出其值;若变化,请说明理由.
试题立意解读:2012-2013学年武汉市江汉区七下期中考试试题。双角平分线问题,是一个典型的基本图形,也是各地教师作为培养学生解决动态几何问题的选题背景,本质上是线动问题。过点B的直线BP与长方形OABC的边交于点P,且将长方形OABC的面积分为1:4两部分,对这句话,如何理解是解决本题关键。请注意,B点是不动点,这样一来,问题可转化为案例4一样,找出长方形OABC内一条特殊的线段,是不是OB,此时,我想,找到了特殊,学生才会走向一般,从而得出BP在OB下方与边OC交于点P及BP在OB上方与边OC交于点P这两种情形,再借助方程来求解。对于第三问,是动点问题,只要画出符合题意的静态图形,就能获解。
解:(1)∵四边形OABC为长方形,OA=5,OB=3,且点B在第三象限,
∴B(-5,-3).
(2)若过点B的直线BP与边OA交于点P,依题意可知: ×AB×AP=×OA×OC,
即×3×AP=×5×3,∴AP=2
∵OA=5,∴OP=3,∴P(-3,0)
若过点B的直线BP与边OC交于点P,依题意可知: ×BC×PC=×OA×OC,
即×5×PC=×5×3,∴PC=
∵OC=3,∴OP=,∴P(0,).
综上所述,点P的坐标为(-3,0)或(0,)
(3)延长BC至点F,
∵四边形OABC为长方形,∴OA∥BC.
∴∠CBM=∠AMB,∠AMC=∠MCF.
∵∠CBM=∠CMB,∴∠MCF=2∠CMB.
过点M作ME∥CD交BC于点E,∴∠EMC=∠MCD.
又CD平分∠MCN,∴∠NCM=2∠EMC.
∴∠D=∠BME=∠CMB-∠EMC,
∠CNM=∠NCF=∠MCF-∠NCM=2∠MCF-2∠NCM=2∠D,
∴.
案例6:在矩形ABCD中,,点G,H分别在边AB,DC上,且HA=HG,点E为AB边上的一个动点,连接HE,把△AHE沿直线HE翻折得到△FHE.
(1)如图1,当DH=DA时,
①填空:∠HGA= 度;
②若EF∥HG,求∠AHE的度数,并求此时a的最小值;
(2)如图3,∠AEH=60°,EG=2BG,连接FG,交边DC于点P,且FG⊥AB,G为垂足,求a的值.
试题立意解读:(2014?湖北宜昌):借助翻折这种几何变换方式,以一点运动为载体,探求比值问题.借助本题,帮助学生有效复习矩形的性质、折叠的性质、勾股定理、特殊角的三角函数值等知识点,训练学生几何直观、观察猜想、操作探究、推理验证等基本能力,学会根据题意做出辅助线,构造直角三角形这种基本几何模型进行求解的基本解题技能.本题范点有:
一是重视基础知识和基本解题技能.求∠HGA时,可根据矩形的性质和DH=DA得出∠HAE=45°,再根据HA=HG,得出∠HAE=∠HGA=45°;这样组织复习,面向全体学生,有效地复习了三角形内角和、等边对等角、直角三角形两锐角互余等基础知识.
二是关注学生学习活动经验.此题是单点运动问题,解答方法是找准临界点,分别画出各个时刻的图形,将图形由“动”变“静”, 各个击破,设法分别求解.学生只有亲历画图过程,发现G是运动的临界点,得出分类标准是E在线段AG、线段GB上运动两种情况,才能求a的最小值.通过观察图形的变化情况,在变化中找到不变的性质,这种求解过程是学生自主学习的过程,也是获得解决数学“动点”探究题的基本经验的过程.
三是彰显数形结合、方程建模与参数思想在解题过程中的灵活运用.过点H作HQ⊥AB于Q,得出四边形DAQH为矩形,设出两个参数AD=x,GB=y,由折叠的性质、特殊角的三角函数值等基础知识,利用方程、函数得到+2y=4y,y=这两个模型,由化归思想得AB=,求出a=.
解:(1)①∵四边形ABCD是矩形,∴∠ADH=90°,
∵DH=DA,∴∠DAH=∠DHA=45°,∴∠HAE=45°,
∵HA=HG,∴∠HAE=∠HGA=45°;故答案为:45°;
②分两种情况讨论:
第一种情况:如图1,当E在线段AG上运动时
∵∠HAG=∠HGA=45°;∴∠AHG=90°,
由折叠可知:∠HAE=∠F=45°,∠AHE=∠FHE,
∵EF∥HG,∴∠FHG=∠F=45°,∴∠AHF=∠AHG﹣∠FHG=45°,
即∠AHE+∠FHE=45°,∴∠AHE=22.5°,此时,当B与G重合时,a的值最小,最小值是2;
第二种情况:如图4,当E在线段GB上运动时
∵EF∥HG,∴∠HGA=∠FEA=45°,即∠AEH+∠FEH=45°,
由折叠可知:∠AEH=∠FEH,∴∠AEH=∠FEH=22.5°,
∵EF∥HG,∴∠GHE=∠FEH=22.5°,∴∠AHE=90°+22.5°=112.5°,此时,当B与E重合时,a的值最小.
(2)设DH=DA=x,则AH=CH=x,在Rt△AHG中,∠AHG=90°,由勾股定理得: AG=AH=2x,∵∠AEH=∠FEH,∠GHE=∠FEH, ∴∠AEH=∠GHE,∴GH=GE=x,∴AB=AE=2x+x,∴a的最小值是=2+;
(2)如图5:过点H作HQ⊥AB于Q,则∠AQH=∠GOH=90°,
在矩形ABCD中,∠D=∠DAQ=90°,
∴∠D=∠DAQ=∠AQH=90°,∴四边形DAQH为矩形,∴AD=HQ,
设AD=x,GB=y,则HQ=x,EG=2y,
由折叠可知:∠AEH=∠FEH=60°,∴∠FEG=60°,
在Rt△EFG中,EG=EF×cos60°,EF=4y,
在Rt△HQE中,EQ=,∴QG=QE+EG=+2y,
∵HA=HG,HQ⊥AB,∴AQ=GQ=+2y,∴AE=AQ+QE=+2y,
由折叠可知:AE=EF,∴+2y =4y,∴y=,
∴AB=2AQ+GB=2(+2y)+y=x,∴a=。
2.1.3还原思维历程
立足学生已有的知识和解题经验,以特殊图形运动为抓手,从引导学生读题,型清运动过程入手,考虑极端,分清临界点,画出相应的静态图形,从特殊情况猜测答案,探求一般情况下解决问题的方法。探讨运动问题解题策略.在注重基础的同时,也让学生感悟运动观点、方程、函数、分类、数形结合、转化、等基本的数学思想方法.
案例7:已知, OM和ON分别平分∠AOC和∠BOC.
(1)如图:若C为∠AOB内一点,探究∠MON与∠AOB 的数量关系;
(2)若C为∠AOB外一点,且C不在OA、OB的反向延长线上,请你画出图形,并探究∠MON 与∠AOB 的数量关系.
试题立意解读:北京西城区2014年秋七上期未试题。试题以双角平分线为背景,突出角平分线定义、角的和差、分类思想、方程思想等内容考查,由于C点是动点,从而导致OM和ON也随之运动,因而学生想画出正确的运动图形,是很困难的。借助几何画板,能直观显示,但学生理解起来也比较吃力,他们解答时是不会想到的。然而,就是这一道题,我们在指导学生时,由于方法不对,错失了动态几何较普适的解法,从而人为地增加了学生思维的难度。集体研究后,我们改进了讲法,依照特殊引路思路,再读且C不在OA、OB的反向延长线上,那万一在呢?学生很快发现C会落在四个区域,从而进行了合理分类,理解起来也很容易。在不使用画板情况下,引导得法,让学生经历了化运动问题静态过程,为方程模型求解过程的奠基,再现思路历程,既注重了基础知识,又兼顾能力发展,能很好地落实“人人都能获得良好的数学教育”的理念。
案例8:半径为2cm的与⊙O边长为2cm的正方形ABCD在水平直线l的同侧,⊙O与l相切于点F,DC在l上。
(1)过点B作的一条切线BE,E为切点。
①填空:如图1,当点A在⊙O上时,∠EBA的度数是( )
②如图2,当E,A,D三点在同一直线上时,求线段OA的长;
(2)以正方形ABCD的边AD与OF重合的位置为初始位置,向左移动正方形(图3),至边BC与OF重合时结束移动,M,N分别是边BC,AD与⊙O的公共点,求扇形MON的面积的范围。
试题立意解读:面动类(2013?湖北宜昌)立足正方形和圆,以面动为载体,探求解法最优化.抓住AD与圆相切、过E点、过O点、直到BC与OF重合四个临界点,在静态图形中猜测扇形MON的面积的变化,以相似三角形为抓手建立方程模型求解.其实,建立方程模型方式并不是唯一的,由射影定理,得=OA?OB,得OA(2+OA)=4,解得OA=;也可以从三角函数入手:在Rt△OAE中,cos∠EOA=,在Rt△EOB中,cos∠EOB=,可得,同样解得OA=。通过解法多样性的探讨,学生经历观察、实验、猜测、计算、推理、验证等活动过程,充分理解和掌握基本的数学知识与技能、数学思想和方法,积累最优解法的经验,充分实现“不同的人在数学上得到不同的发展”基本理念
解:(1)①∵半径为2cm的与⊙O边长为2cm的正方形ABCD在水平直线l的同侧,当点A在⊙O上时,过点B作的一条切线BE,E为切点,∴OB=4,EO=2,∠OEB=90°,∴∠EBA的度数是:30°;
②如图18,∵直线l与⊙O相切于点F,∴∠OFD=90°,∵正方形ADCB中,∠ADC=90°,∴OF∥AD,∵OF=AD=2,∴四边形OFDA为平行四边形,
∵∠OFD=90°,∴平行四边形OFDA为矩形,∴DA⊥AO,∵正方形ABCD中,DA⊥AB,∴O,A,B三点在同一条直线上;∴EA⊥OB,∵∠OEB=∠AOE,
∴△EOA∽△BOE,∴,∴=OA?OB,∴OA(2+OA)=4,解得:OA=,∵OA>0,∴OA=;
(2)设∠MON=n°,,
S随n的增大而增大,∠MON取最大值时,S扇形MON最大,当∠MON取最小值时,最小,如图19,过O点作OK⊥MN于K,
∴∠MON=2∠NOK,MN=2NK,在Rt△ONK中,sin∠NOK=,
∴∠NOK随NK的增大而增大,∴∠MON随MN的增大而增大,
∴当MN最大时∠MON最大,当MN最小时∠MON最小,
当N,M,A分别与D,B,O重合时,MN最大,MN=BD,∠MON=∠BOD=90°,(cm)
当MN=DC=2时,MN最小,∴ON=MN=OM,∴∠NOM=60°,=,∴。
2.2 教学动态几何基本策略
2.2.1依托教材,着眼学生
个人一直自以为,动点问题,起始于字母示数,发展于线段和差,拓展于基本几何图形,升化于三大几何变换,数形联袂,动静结合。这类题,知识多点,图形多变,方法多面,思维多层,解答多样,无论于学生应考分数,还是用其临界定位分析特殊化思维方式,提升自己生活质量,都有其应有的教学价值,因而受各地中考命题者青睐。从七年级数轴一点运动启蒙,到双线段平移,消化双中点及双角平分线模型,慢慢滴灌渗透,到八九年级借助旋转平移等进一步做专题式深化分类、数形结合、方程与函数等思想方法。训练时,有意把静态几何题到动态问题改编,临界定位肢解转化为基本图,发现经典并适度拓展等;解答时,坚持临界定位肢解图形,设元有力,转化有道。
2.2.2优先观察,特殊探路
动态几何特点:问题背景是特殊图形,考查问题也是特殊图形,所以要把握好一般与特殊的关系。利用几何直观,找到临界点,从特殊角、特殊图形的性质、图形的特殊位置为切入点,为解决问题探究基本思路。解题过程中需要用运动和变化的眼光去观察和研究问题,挖掘运动变化的全过程,关注特殊点、临界点,特殊探路,合理分类,获取解决问题的办法。
对于点动型,可引导学生从关注特殊点、临界点出发,案例3正是以A、B、C、F为临界点,特殊引路,方法自然而然得出,从而得出五种运动过程,P与A重合、P在AF之间,P与F重合,P在BF之间, P与B重合,获取各类运动相应静态图。案例6正是发现G是运动的临界点,得出分类标准是E在线段AG、线段GB上运动两种情况,才能求a的最小值。
对于线动类,可借助数轴定位分析或引导学生采用“消点法”[1]思路,观察线段可能经过的特殊位置,获取思路。案例1中正是关注AE落在∠BAC的位置关系,找出AE与AB与AC所在直线重合这两个临界点;关注当AE在∠BAC内部与外部之间运动时,AE在∠BAC可能与AB,AC重合这两种位置关系;从而引导学生从这两种特殊图形入手,分别画出上述五种符合条件的图形,化静为动,在每种运动情况下对应的图形中去探求运动中的不变量、不变关系或特殊关系,从而获得动中取静、静中建模的解题经验[2]。案例4学生会很快地找出当射线CD与角∠BCA的平分线重合时,此时E,F重合这一特殊情形,自然就会以直线CD为标准进行运动图形情形分类;案例5正是从OB,案例7从OA、OB的反向延长线上等特殊出发,获得了解决办法。
对于面动型,可以引导学生化归到点动、线动型来寻求特殊点及临界点,案例8就是引导学生抓住AD与圆相切、过E点、过O点、直到BC与OF重合四个临界点,在静态图形中猜测扇形MON的面积的变化,以相似三角形为抓手建立方程模型求解.
2.2.3直观猜想,适度技术
运动问题以几何图形为载体,运动变化为主线,集多个知识点为一体,集多种解题思想于一题。能全面考查学生的实践操作能力、空间想象能力以及分析问题和解决问题的能力。 往往由各种不同的简单、最基本的图形组合而成,把要解决的问题作为化归对象,把基本的图形作为化归目标,将复杂的图形化归为基本图形,再用图形性质就可以求解[3]。确定好分类标准,画出各种图形是解题必要的一步。问题是,在不使用几何画板演示的情况下,如何画出各种运动情形对应的图形?
其实,学生是有办法的,有的学生能很好地运用作图工具,这当然很好。万一学生不通过思考,只画出其中一种运动的对应图形,这时,怎么办?分析条件,特别是一些特殊条件,会对猜想在起到意想不到的效果。注意题中AE=AC,作图习惯好的学生可能会利用手中的圆规,以A为圆心,AC为半径画弧,从而找出符合条件的E点的轨迹,画出正确的图形;也有的学生兴许在在⊿ABC的下方胡乱点出E点,从而画出符合条件的一种情形,进行了不全面的解答;诚然,课堂中,几何画板在解决运动型几何问题有着很大的优越性,是师生们常用的武器。但很多时候,由于几何画板课件演示时机不当,导致形象直观代替了逻辑推理,学生根本没有形成解决这类问题较为系统的方法,甚至于当没有几何画板支撑下,有少数学生不小心恰好把E点在BC和AC延长线组成的区域,从而错误地作不出同时符合∠BAD=∠EAC=∠EDC条件的图形,造成解答困难,针对这种情形,解决办法是有的,但不宜全班评讲:此时设AE交BC延长线于M连CE,设AE交BC延长线于M连CE,从而有∠ABC﹥900 ,则∠ACB﹤900,∠ACM﹥900,而∠ACE=∠ACM+∠MCE,从而∠ACE﹥900,得到∠AEC﹤900,则AC﹤AE,这与AC=AE矛盾,这种情形不成立,从而引导学生在向着AC方向移动,求得解决。虽然大家都知道,几何画板演示是在思考之后进行验证,但很多时候,由于时机等,几何画板无形中替代了思考,正如画出E点在BC和AC延长线组成的区域时,几何画板是无法演示的,而此时进行合理说明,是需要付出很大的思维代价的。因此,正确使用几何画板进行动态几何问题教学,仍是一个值得研究的课题。
2.2.4建立模型,计算说明
近几年考查探究运动中的特殊图形的性质,探究特殊角或其三角函数、线段长或面积的最值为主。解决时,引导学生通过分析,经历图形动态过程,从特殊出发,考虑极端,合理分类,重现各种运动情况下对应的静态图形;再用模型思想化归到熟悉的几何模型或代数模型,从多变的图形中呈现不变的关系,充分发挥几何直观的重要作用,用动态眼光去分析[4],找准动态图形的临界点,从特殊出发,最后通过规范求解完成整个题目的推理、计算.通过解法多样性的探讨,学生经历观察、实验、猜测、计算、推理、验证等活动过程,充分理解和掌握基本的数学知识与技能、数学思想和方法,积累最优解法的经验,用规范书写表达还原解答的思维历程。
结语:教之道贵在引,学之道贵在悟。动态几何问题教学,个人觉得关键是从思考习惯、方法上在引导学生去悟,然后让学生形成自己解决问题的策略。通过解决,有助于培养学生综合解题能力,深化数学知识理解,丰富学生解题营养,提升思维品质。思考习惯是引导学生从题设到结论,从内容到图形,从直观到隐蔽,捕捉题干中的重要结点,辨识图形中的分界点,发现合理的解题要点,架设由题设条件通往终极目标的桥梁,从而迅速把握解题策略。题目承载思想,解答藏匿智慧,评讲展现风范。教无定法,引导有法,只要我们教师怀揣“教育为学生终身发展奠基”的思想,互不保守,相互交流,以“学”定“教”,借讲助导,借研优教,基于学生最近发展区去还原思维过程真相,引导学生真实经历动态过程,还原思维历程,就一定会寻找到通性通法,探索出解决动态几何问题方法自然生成的轨迹。
参考文献:
[1]何勇波,用“消点法”求双动点线段(和)的最值[J].中小学数学:初中版,2015(6):38-39
[2]谭 俊,化动为静 妙解动态类问题[J].数学课程实践与探索,2011(1):24-27.
[3]奚喜兵,谋定而后动:几何动点问题解决策略[J].中学数学:初中版,2015(5):79-81.
[4]张韦强,探究“一对一”图形的多变性与不变性 [J].中学数学教学参考:中旬,2013(10):41-43.
2105年10月幽谷记录整理,成此反思,敬请斧正,诚谢!
课件17张PPT。经历动态过程 还原思维历程--初中动态几何教学策略初探分享一个小故事感悟:其实生活何尝不是这样,有时需要你有几分定力,需要你“咬定青山不放松”、“为伊消得人憔悴”的坚守与执著;有时需要你及时调整航向,需要你具备“条条大路通罗马”的灵活与变通能力;有时需要你对眼前的进退、取舍作出理智的选择,需要你有“天涯何处无芳草”的从容与自信——一个华丽的转身,你会欣然发现上帝为你开启着另一扇成功的大门。
三只蚂蚁 一只蚂蚁来到石头下,它急急忙忙地往上攀爬。这块石头对它来说既陡峭又光滑,蚂蚁爬到一半就掉下来了,于是再爬,便又再掉,爬而又掉,但终于爬过了那块石头; 另一只蚂蚁则不然,它绕过石头,走向了它的目的地;第三只小蚂蚁到来,望石而回转,也找到了丰富的食源。
收获:必要的坚持,灵活的变通,适时的放弃,这就是生活的辩证法,事业成功的法宝,也是人生的智慧。以静制动,静观动态中不变的本质,不失解决问题的一种策略。引言 运动几何问题以平移、旋转、翻折等图形变换方式呈现,代数、几何核心知识联袂,动静有序,充满创意,凝聚着命题者的智慧与心血。 受时间等因素的影响,批阅或评讲时,过于迷信答案,或受参考答案先入为主的制约,就会考虑不周而出错,或者不能揭示思考过程,从而错失提升学生解决问题能力的良机。 以平常我们为学生选择的8个练习作业的立意、评讲及解答为例,从点动、线动、面动三个类型,剖析动态类几何教学现状,探讨如何引导学生揭示解答动态几何问题的策略,还原思维历程,提升学生解决问题的能力,抛砖引玉。1 当前动态几何教学现状1.1学生因素基础知识不均衡 、思维水平 、思考问题方式 、学习毅力 1.2教师因素担心有余 、指导不得法 方法缺少归纳,能力无法提升;模型思想不成系统。 案例1:如图(1)已知AC=AE,∠BAD=∠EAC=∠EDC
(1)若△ABC中,∠B﹤90°,D为BC上的一点,点E在△ABC的外部,求证:AD=AB。
(2)若△ABC中,∠B﹥90°,D在射线CB上,点E在△ABC的下方,则(1)的结论是否仍然成立?若成立,请在图(2)中画出图形,并加以证明;若不成立,请说明理由。
(1)因为∠EAC+∠E+∠AFE=∠AFE+∠CFD+∠C,而?∠EAC=∠EDC,∠AFE=∠CFD,?所以∠C=∠E ,又因为∠BAD=∠EAC,
所以∠BAD+∠DAC=∠EAC+∠DAC,从而∠BAC=∠DAE,? 而AC=AE,?
所以△BAC≌△DAE,?所以AB=AD。
(2)如图(图6)AE与DC交于F,因为∠EAC+∠C+∠AFC=∠DFE+∠EFD+∠E,而?∠EAC=∠EDC,∠AFC=∠DFE,?所以∠C=∠E ,?因为∠BAD=∠EAC,
所以∠BAD-∠EAB=∠EAC-∠EAB,?从而∠BAC=∠DAE,而已知AC=AE,
所以△BAC≌△DAE,得到AB=AD。如何评讲?
按答案评讲有哪些问题?两点疑问:
一是同题同解图却不同,那些符合题意的图形,是不是会有不同于参考答案提供的结论或推理过程呢? 二是依照答案那样解答和评讲,能否诠释命题者的意图,学生是否就能获得解决这类问题的方法和经验呢? 对第(2)问,可引导学生对AE位置分成三种情形:一是AE落在∠BAC内部;二是AE落在∠BAC边AB的延长线上;三是AE落在∠BAC外部。 从特殊到一般 2、动态几何教学策略2.1动态几何教学基本设想
2.1.1从早布局破局七年级借助数轴和线段和差,设计单点及双动点运动,消除恐惧;
八年级借助角平分线及全等变换,渗透线动、面动,建立信心;
九年级分专题训练,分析改编中考题,提升和优化解题策略案例2:已知数轴上点A在原点左边,到原点的距离为8个单位长度,B在原点的右边,从A走到B要经过32个单位长度。
(1)求A、B两点所对应的数。
(2)若点C也是数轴上的点,C到B得距离是C到原点的距离的3倍,求C对应的数。
(3)已知M从A向右出发,速度为每秒一个单位长度,同时N从B向右出发,速度为每秒2个单位长度,设NO的中点为P,PO-AM的值是否变化?若不变求其值。 试题立意解读:(长江学案七上12页)。本题以数轴这个核心知识点,渗透方程思想。试题立意解读:2014-2015江苏泰州靖江七上期未试题,特殊点,分类讨论,方程思想对于第三小问,弄清P的运动状况决定解题成败。画出直观图,找出临界点,分清情况,评讲时,关键就是以A、B、C、F为临界点,特殊引路,方法自然而然得出,从而得出五种运动过程,P与A重合、P在AF之间,P与F重合,P在BF之间, P与B重合。怎么讲?案例4:已知:CD经过∠BCA顶点C的一条直线,CA=CB.E,F分别是直线CD上两点,且∠BEC=∠CFA=∠α.?
若直线CD经过∠BCA的内部,且E,F在射线CD上,请解决下面两个问题:?
①如图1,若∠BCA=90°,∠α=90,则BE____CF;EF____|BE-AF|(填“>”,“<”或“=”)
②如图2,若0°<∠BCA<180°,请添加一个关于∠α与∠BCA关系的条件 ,使①中的两个结论仍然成立,并证明两个结论成立.
如图3,若直线CD经过 的外部,∠α=∠BCA,请提出EF,BE,AF三条线段数量关系的合理猜想(不要求证明).?特
殊
探
路2.1.2经历动态过程试题立意解读:2012-2013学年武汉市江汉区七下期中考试试题。双角平分线 找出长方形OABC内一条特殊的线段,是不是OB?案例6:在矩形ABCD中,AB:AD= a ,点G,H分别在边AB,DC上,且HA=HG,点E为AB边上的一个动点,连接HE,把△AHE沿直线HE翻折得到△FHE.(1)如图1,当DH=DA时,
①填空:∠HGA= 度;
②若EF∥HG,求∠AHE的度数,并求此时a的最小值;
(2)如图3,∠AEH=60°,EG=2BG,连接FG,交边DC于点P,且FG⊥AB,G为垂足,求a的值.试题立意解读:
一是重视基础知识和基本解题技能.
二是关注学生学习活动经验.亲历画图过程,发现G是运动的临界点,得出分类标准是E在线段AG、线段GB上运动两种情况,才能求a的最小值.
三是彰显数形结合、方程建模与参数思想2.1.3还原思维历程案例7:已知, OM和ON分别平分∠AOC和∠BOC.(1)如图:若C为∠AOB内一点,探究∠MON与∠AOB 的数量关系;(2)若C为∠AOB外一点,且C不在OA、OB的反向延长线上,请你画出图形,并探究∠MON 与∠AOB 的数量关系.抓手:运动过程起点:考虑极端,分清临界点 突破:画图,从特殊猜测 试题立意解读:北京西城区2014年秋七上期未试题。试题以双角平分线为背景,突出角平分线定义、角的和差、分类思想、方程思想等内容考查,由于C点是动点,从而导致OM和ON也随之运动,因而学生想画出正确的运动图形,是很困难的。 依照特殊引路思路,再读且C不在OA、OB的反向延长线上,那万一在呢?案例8:半径为2cm的与⊙O边长为2cm的正方形ABCD在水平直线l的同侧,⊙O与l相切于点F,DC在l上。
(1)过点B作的一条切线BE,E为切点。
①填空:如图1,当点A在⊙O上时,∠EBA的度数是( )
②如图2,当E,A,D三点在同一直线上时,求线段OA的长;
(2)以正方形ABCD的边AD与OF重合的位置为初始位置,向左移动正方形(图3),至边BC与OF重合时结束移动,M,N分别是边BC,AD与⊙O的公共点,求扇形MON的面积的范围。试题立意解读:面动类,立足正方形和圆,以面动为载体,探求解法最优化.抓住AD与圆相切、过E点、过O点、直到BC与OF重合四个临界点,在静态图形中猜测扇形MON的面积的变化,以相似三角形为抓手建立方程模型求解.运动观点、方程、函数、分类、数形结合、转化 2.2 教学动态几何基本策略2.2.1优先观察,特殊探路点动类,关注特殊点、临界点出发,案例3正是以A、B、C、F为临界点,特殊引路,方法自然而然得出,从而得出五种运动过程,P与A重合、P在AF之间,P与F重合,P在BF之间, P与B重合,获取各类运动相应静态图。案例6正是发现G是运动的临界点,得出分类标准是E在线段AG、线段GB上运动两种情况,求a的最小值。线动类, “消点法” ,观察线段可能经过的特殊位置,获取思路。
案例1正是关注AE落在∠BAC的位置关系,找出AE与AB与AC所在直线重合这两个临界点;案例4很快地找出当射线CD与角∠BCA的平分线重合时,此时E,F重合这一特殊情形,直线CD为标准进行运动图形情形分类;案例5正是从OB,案例7从OA、OB的反向延长线上等特殊出发面动类,“数轴定位分析法” ,化归到点动、线动型来寻求特殊点及临界点,以不变应万变。案例8就是引导学生抓住AD与圆相切、过E点、过O点、直到BC与OF重合四个临界点,2.2.2直观猜想,慎用画板合理使用作图工具,在变化中找到不变的性质,揭示本质。万一学生只画出其中一种运动的对应图形,这时,怎么办?学生胡乱画图,怎么办?形象直观代替了逻辑推理,怎么办?当没有几何画板支撑下,怎么办?设AE交BC延长线于M连CE,从而有∠ABC﹥900 ,则∠ACB﹤900,∠ACM﹥900,而∠ACE=∠ACM+∠MCE,从而∠ACE﹥900,得到∠AEC﹤900,则AC﹤AE,这与AC=AE矛盾,这种情形不成立,从而引导学生在向着AC方向移动,从而画出各种符合条件的对应图形2.2.3建立模型,计算说明结语:教之道贵在引,学之道贵在悟。动态几何问题的教学,个人觉得关键是从思考习惯、方法上在引导学生去悟,然后让学生形成自己解决问题的策略。通过解决问题,有助于培养学生综合解题能力,深化数学知识理解,丰富学生解题营养,提升思维品质。思考习惯是引导学生从题设到结论,从内容到图形,从直观到隐蔽,捕捉题干中的重要结点,辨识图形中的分界点,发现合理的解题要点,架设由题设条件通往终极目标的桥梁,从而迅速把握解题策略。
题目承载思想,解答藏匿智慧,评讲展现风范。教无定法,引导有法,只要我们教师怀揣“教育为学生终身发展奠基”的思想,互不保守,相互交流,以“学”定“教”,借讲助导,借研优教,基于学生最近发展区去还原思维过程真相,引导学生真实经历动态过程,还原思维历程,就一定会寻找到通性通法,探索出解决动态几何问题方法自然生成的轨迹。 不畏浮云遮望眼,着眼静态抓不变,养成特殊探路的思考习惯吧!感谢各位同仁参与分享衷心垦求大家的批评指正!谢谢!