立体几何课堂教学中模型应用的思考和探索

立体几何是高中数学较有特色的一个部分,是学生第一次较为系统和全面地学习三维空间的知识,不仅是对初中所学的平面几何的延伸,也是为他们今后进一步学习高等数学打下基础,这部分内容在高考中也占有一定的比重,因此教师在进行这部分的教学时较为细致。其中“异面直线所成角”这一小节内容是高中数学教学要求中明确文理科都必须掌握的,可谓是重中之重。

在我初次接触立体几何教学时,我注意到教材中在介绍了异面直线所成角的定义之后,给出了下面这个非常基础的例题:

【例】已知正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为a,求下列异面直线所成角的大小:

(1)AB与B1C1;(2)A1B与CC1;(3)AB1与BC1

作为如此重要的一个教学内容,当时的我觉得仅给出这样一个例题太过简单。正方体是学生较为熟悉的一种几何体,也是比较特殊的几何体,即使学生会在正方体中求异面直线所成角,那在其他几何体中,他们是否还会呢?何况在配套的练习中,的确出现了很多在普通棱柱、棱锥中求异面直线所成角的习题。于是,我在教学过程中,添加了两道例题:

【补1】空间四边形ABCD中,AB=BC=CD=DA=AC=BD=a,M、N分别是BC、AD的中点,求AM与CN所成角的大小。(平移法)

【补2】长方体ABCD-A1B1C1D1中,AB=5,BC=3,AA1=4,求AC与BD1所成角的大小。(补形法)

经过实践发现这样的课堂效果并不理想,主要有这样一些问题:

1.学生接触立体几何时间还不长,对于用平面***像表现空间几何体还未完全接受,因此,识***和绘***有困难,每道题出现,他们要花很多时间来画***,添加辅助线时更是不知所措,经常是画平行线却画出异面直线;

2.整节课时间非常紧张,学生能够自主思考的时间非常少,基本上是听老师不停地提示和引导,就算是这样紧凑的情况下,补2还没能讲完;

3.三道例题需要画出三种不同的***像,其中还蕴含两种解题方法。上课时就发现有些学生皱着眉头,有些学生一脸茫然,只顾着模仿我的作***和抄写笔记。学生反馈说感觉就是一会儿这样一会儿那样,即使跟着老师的引导,也会觉得比较累。

出现了这样的情况,让我意识到这节课内容的教学活动不能一味加大例题的容量,而应从根本上先排除学习障碍――***像。我回忆了我自己在学习立体几何时的经历:那时候我作为学生,对于立体***像也不是一下子适应的,于是我每天会有一些时间用在制作模型上,遇到难以理解的***像,就根据题意用细铅丝和老虎钳做个实物拿在手上观察,用细绳绑在模型上表示各种异面直线,久而久之,我能够自如地画出各种立体***像,熟练地判断空间各种关系,也不再觉得添加辅助线是很难预知的事情了。

在第二天的教学中,我带去了两个相同的长方体模型。当我拿着模型出现在讲台上时,学生都很新奇地看着这个东西,瞬间注意力集中到了课堂上。为了将前一天未讲完的补2分析清楚,我配合例题在模型上用彩色的塑料绳分别表示出了异面直线,让学生很直观地看到了它们的位置。因为要讲的是补形法,我便将两个长方体拼接起来,几乎就是在那一瞬,他们看出了异面直线所成角的位置。

课后竟然有学生跑上讲台主动要求看那个模型,他们觉得看着模型就能够理解***像中的实线和虚线分别表示了哪些线条,摸到看到实物后,就很容易联想到需要添加哪些辅助线。同时他们表示,可惜上课时只有老师手里有模型,他们只能下课后来摸一摸。我很高兴曾经帮助过我的模型在多年后也能帮到我的学生们,于是鼓励学生们自己尝试做一些模型。这之后,在立体几何的学习过程中,***像对他们来说不再那么难以接受,辅助线也不再那么“高深莫测”。

时间飞逝,一转眼我第二次接触到了立体几何这一章的教学。虽然在第一次教学中,我及时用模型补救,帮助学生克服了***像的障碍,可是那节课呈现出的其他问题不止一次地引起我的反思。

随着不断地学习和进修,我的教学理念也发生了一些变化,我开始认识到数学课堂教学应该是活动的教学,教师的作用是引导学生进行数学活动,倡导的数学学习方式是自主探索、合作交流与动手实践。而且在校本培训中,前辈们不止一次地提到过,我们不是要将所有的题目呈献给学生,而是要教会他们自己思考和总结方法,正所谓“授人以鱼不如授人以渔”。所以我想在这次教学中尝试新的模式,不仅解决***像的问题,也要尽量增加学生的思考空间。既然上次题量过大导致学生无暇思考,那这次我就精简例题,以期事半功倍。

我事先利用课余时间组织学生用一次性吸管做了很多正方体模型,基本上全班可以保证每两人至少有一个模型。而上课时,我先用动画课件解释了异面直线所成角的定义和原理,然后给出了唯一的例题:

【例】已知正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长为a,M、N分别是BB1、CC1的中点,求下列异面直线所成角的大小:

(1)AB与B1C1;(2)AB1与CC1;(3)AB1与BC1;(4)AM与BN;(5)AC与BD1

前三个小题是书上的原题,比较基础,常规方法(平移法)足以解决,所以我决定完全由学生自己看着模型思考,我只是根据他们的描述简单写了较为规范的解题过程,提醒他们如何将思路用数学语言表达清楚。

第四小题稍有变化,我建议他们两人一组讨论。一阵沉默之后,他们一人扶着模型,一人拿着塑料绳比划。过了没多久,有人叫着“这两条不是平行线嘛,这不就平移到一个交点了嘛!”“我找到这条了!”……我笑着请几位学生分别介绍他们找到的平行线,虽然线各不相同,但是答案却不谋而合,真正是“英雄所见略同”。

第五小题是思考题,是“借用”了之前的补2,我建议他们四人一组讨论。与之前大不相同的是,这次时间上很充足。有的学生还是在努力比划着平行线,想模仿之前的小题用平移法解决问题,而有的学生看到自己有不止一个模型,便考虑将两个模型拼接起来,这样一来他们竟然在没有得到任何提示的情况下,自己找到了补形法!我顺利地“教”会了他们这两种方法:平移法和补形法。

之后作业反馈的情况也非常理想,学生并没有像我最初想象的那样,被局限在正方体中,而是在其他***形中仍然应对自如。

按照乌申斯基的说法,直观的教学不是以抽象的概念和词语为依据,而是以学生的直接感知的具体形式为依据的。因此,教会学生去有意识地使用立体几何模型,是顺利地进入立体几何之门的金钥匙。而且模型并不局限于教学使用的立体几何教具,也可以是学生触手可及的桌面、书本、笔等。善于使用这些现成的模型,可以使许多立体几何问题变得比较直观,比较容易解决。

立体几何的教学,还要能调动学生的学习兴趣,帮助他们建立学习的自信,让他们找到“窍门”,学会空间与平面之间的联想与转化。其实立体几何的许多定理、结论都源自生活实际,源自平面几何,因此要教会学生联想实际模型,联想平面几何中已经熟悉的东西,借助可取之材来建立空间想象,其中若能加强直观教学,就容易让学生接受,让他们喜欢上这一门学科,从而更有效地培养他们的空间想象力,提高他们解决立体几何问题的能力。

这样看来,动手制作模具的活动不仅能帮助学生具体直观地理解空间几何体,还让学生对这部分“陌生”的知识产生了兴趣和学习的信心,从而培养学生的自主设计、自主探索、自主归纳和总结的能力。虽然制作与画***过程都需要花费一定的时间,但只要教师作适时、必要的引导,课堂适当采用多媒体配合使用,发挥各自优势,互补各自不足,还是可以获得意外的收获的。

(作者单位:上海风华中学)

立体几何课堂教学中模型应用的思考和探索

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