高中“直線與圓的位置關(guān)系”的教學設計

◇　北京　高　宇　鄭拴平

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高中“直線與圓的位置關(guān)系”的教學設計

◇北京高宇鄭拴平

“直線與圓的位置關(guān)系”一課是應學校要求,面向“國培計劃”培訓老師的一節(jié)研究課,在本節(jié)課的設計、實施等環(huán)節(jié)中,有不少值得思考的問題初中教材利用直線和圓的公共點個數(shù)定義了直線和圓的位置關(guān)系,并給出了利用圓心到直線距離與圓半徑的比較判斷位置關(guān)系的方法．高中階段再學習該內(nèi)容,與初中比較有什么區(qū)別呢?

筆者認為高中教材關(guān)于直線與圓位置關(guān)系的判定,是對初中定義和判定方法的解析、詮釋，是后續(xù)學習直線與圓錐曲線位置關(guān)系的基礎,所以在高中階段學習“直線與圓的位置關(guān)系”,研究問題的方法與初中相比發(fā)生了根本的變化．鑒于此，筆者對本課的教學進行了如下設計,側(cè)重于探究直線與圓方程聯(lián)立所得方程組解的情況與幾何位置的關(guān)系．

1學情分析

題號解答情況1百分率/%解答情況2百分率/%正確率/%1相離、相切、相交1001002用直線與圓的交點個數(shù)判斷68用圓心到直線的距離與半徑比較判斷321003(1,3),(9,-13)98984代數(shù)方法:聯(lián)立后判斷kx2+x-1=0根的個數(shù)(考慮到k=0情況的僅占14%)69幾何方法:數(shù)形結(jié)合判斷過定點(0,1)、斜率存在的直線y=kx+1與反比例函數(shù)圖象交點的個數(shù)3151

從測試結(jié)果看,學生清楚直線與圓的位置關(guān)系,知道通過圓心到直線的距離與半徑的比較判定直線與圓的位置關(guān)系,會解簡單的二元二次方程組,大多數(shù)學生知道通過聯(lián)立方程判斷2條曲線交點的個數(shù),具備了一定用代數(shù)方法研究幾何問題的意識,但思維缺乏一定的深度、嚴謹性不足;少部分學生能通過直線的方程分析直線的幾何特征,具備一定的數(shù)形結(jié)合意識和能力,但對相切位置缺乏深入細致思考．

2教學重點與難點

由于直線與圓的位置關(guān)系是直線與圓錐曲線學習的開端,如果不對“為什么可以通過方程組解的個數(shù)判斷直線與圓的位置關(guān)系”“消元后是否一定是一元二次方程”“該方程的解有哪些情況”等問題問個究竟,學生會將現(xiàn)有認識“自然遷移”到后續(xù)的學習中,造成盲目列方程、解方程的程序化操作,而不問其中蘊含的幾何意義,偏離了解析幾何教學的宗旨．另一方面,學生剛開始學習解析幾何,對于其基本思想的理解缺少豐富實例的支撐,用解析法研究直線與圓的位置關(guān)系,是學生體會解析幾何基本思想的良好載體,有必要引導學生通過思考對方程組解的情況與其幾何含義(曲線的位置關(guān)系)有清晰的認識．基于此,設定了本課的教學目標及教學重、難點．

2.1教學目標

1) 掌握判斷直線與圓位置關(guān)系的2種方法;

2) 經(jīng)歷“利用方程研究直線與圓位置關(guān)系”的過程，體會研究解析幾何的基本方法和數(shù)形結(jié)合思想;

3) 通過對“利用判別式判定直線與圓的位置關(guān)系”方法正確性的思辨和應用過程中提高思維的嚴謹性和靈活性．

2.2教學重點與難點

3教學過程

3.1復習引入

問題1初中學習過的直線與圓有哪些位置關(guān)系?分別是如何定義的?如何判斷?

問題2平面幾何是研究平面圖形的形狀、大小和位置關(guān)系的學科,所以初中階段從幾何直觀的出發(fā),得到了直線與圓的位置關(guān)系和判斷方法.高中階段再談直線與圓的位置關(guān)系,你認為研究的角度和方法應該有什么樣的變化?

【設計意圖】在復習基礎上思考并感悟解析幾何研究問題的方法,明確本節(jié)課要研究的問題及研究方法,使學生對學習任務有明確的認識.

3.2初步嘗試與分享

【設計意圖】讓學生嘗試解決問題并分享不同的解題方法．在交流中明確不同方法中方程的作用,初步感受利用代數(shù)方法研究幾何問題的思想.建立“方程組的解”與“曲線的交點”之間的聯(lián)系,為進一步的研究做好準備．

3.3思考辨析、完善認識

【設計意圖】用判別式可判斷一元二次方程根的個數(shù),所以在這里也可用判別式判斷直線與圓的交點個數(shù)——這是學生在知識遷移過程中很容易產(chǎn)生的一種感性認識,然而一元二次方程解的個數(shù)是否等價于方程組的個數(shù),這樣的方法是否合理、正確,學生也許并未思考太多．問題3的提出促使學生思考感性認識的結(jié)果是否嚴謹、正確,完善對知識的理解和認識．

3.4歸納思辨、加深認識

問題4請歸納判斷直線l:Ax+By+C=0 與圓C:x2+y2+Dx+Ey+F=0位置關(guān)系的方法.

方法2聯(lián)立直線方程與圓的方程,利用判別式.當Δ>0時,相交;Δ=0時,相切;Δ<0時,相離.

【設計意圖】歸納判定直線與圓位置關(guān)系的方法,明確方程在判定過程中的作用,體會解析幾何通過研究方程來研究幾何問題的基本方法,突出重點．

問題5聯(lián)立直線方程與圓的方程消元后得到的一定是一元二次方程嗎?

問題6判別式能判斷相應一元二次方程根的個數(shù),可以用它判斷方程組解的個數(shù)嗎?為什么?

【設計意圖】促使學生思考并分析利用判別式判斷直線與圓的位置關(guān)系方法的嚴謹性,加深學生對該方法的理解和認識、對知識形成一定的理性認識,突破難點．同時提升學生思維的嚴謹性,養(yǎng)成理性思維的習慣,為之后學習直線與圓錐曲線(尤其是直線與雙曲線、拋物線)位置關(guān)系打好基礎．

3.5課堂練習、鞏固知識

學生活動:2人一組,學生互相出題并解決——給出直線和圓的方程,判斷直線與圓的位置關(guān)系.

【設計意圖】初步應用知識生成課堂教學資源．通過展示和交流,評價方法的優(yōu)化問題．加深學生對知識的認識,增強優(yōu)化意識．如學生出示如下練習：

1) 直線x=2與圓x2+y2=1;

2) 直線x=2與圓x2+y2-2x+y-1=0;

3) 直線3x+4y-5=0與圓x2+y2-2x+y-1=0.

通過評價，明確練習1)解方程最簡捷，練習2)適合用判別式判斷,而練習3)則利用圓心到直線的距離判斷最簡捷．

方法3直線l變形為y-1=a(x-1),恒過定點P(1,1),且點P在圓C內(nèi),故相交.

【設計意圖】一題多解開闊思路,提升思維靈活性.通過對不同方法的比較,加深認識和理解．

3.6課堂小結(jié)

1) 知識:直線與圓的位置關(guān)系及判斷方法.

2) 方法:體會解析幾何“利用代數(shù)方法研究幾何問題”的方法.

3) 思維習慣:注重思維的嚴謹性.

4教學效果

本課從學生實際出發(fā),以問題為導向進行教學設計,取得了良好的教學效果．設計緊密切合學生實際,在學生最近發(fā)展區(qū)內(nèi)設計問題串,通過對問題的思考、辨析，突破本課難點．在很大程度上關(guān)注學生思維能力的提升,引導學生思考解題方法的合理性和嚴謹性．此外,注重在課堂上為學生搭建交流、展示與評價的平臺,開發(fā)學習資源,加深對知識的認識．

(作者單位：北京市第十二中學)

重點:判斷直線與圓的位置關(guān)系的方法.

難點:對“利用判別式判定直線與圓的位置關(guān)系”代數(shù)方法正確性的思辨.