支飛斌
(杭州市建蘭中學(xué) 浙江杭州 310002)
動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題是初中數(shù)學(xué)函數(shù)以及幾何題型常見(jiàn)的問(wèn)題。因?yàn)閯?dòng)點(diǎn)問(wèn)題將數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能完美結(jié)合,所以各省市在每年的中考題中都會(huì)出現(xiàn)動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題。
從上表中不難看出,動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題是當(dāng)下的熱門(mén)考點(diǎn),主要原因在于:動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題是將數(shù)與代數(shù)和空間與圖形這兩塊體系的結(jié)合,也是體現(xiàn)數(shù)學(xué)素養(yǎng)考察的重點(diǎn)。以下是筆者從學(xué)生的知識(shí)體系、思想方法及運(yùn)用實(shí)踐等方面表現(xiàn)出來(lái)的問(wèn)題進(jìn)行了分析歸納,發(fā)現(xiàn)學(xué)生解決動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題存在以下幾個(gè)困難之處。
筆者發(fā)現(xiàn),浙教版的數(shù)學(xué)教材中沒(méi)有相關(guān)的章節(jié)對(duì)動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)梳理,因而教師在教學(xué)中不會(huì)對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的概念教學(xué),導(dǎo)致大部分學(xué)生在解決動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題時(shí)思路混亂,究其根本,主要是知識(shí)體系不完整,如下是筆者對(duì)初中數(shù)學(xué)知識(shí)體系的整理:
從此表中,我們可以清晰地看出動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題游離在知識(shí)體系框架之外,但它時(shí)時(shí)刻刻與每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)緊密相連,這給學(xué)生造成了解決問(wèn)題思路不清、無(wú)法快速找到突破口等難題。
動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題可以和數(shù)軸結(jié)合形成往返問(wèn)題;可以和平面直角坐標(biāo)系結(jié)合形成特殊的三角形、平行四邊形等存在性問(wèn)題;也可以和函數(shù)結(jié)合形成最值問(wèn)題或圖形面積問(wèn)題;還可以和圓結(jié)合運(yùn)用相似形成比值問(wèn)題等等。因而對(duì)于壓軸的動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題往往題干長(zhǎng)、閱讀量大,對(duì)學(xué)生的綜合素養(yǎng)要求高,學(xué)生分理不清點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情境從而無(wú)從下手。
在幾何動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題中,往往對(duì)學(xué)生的空間想象能力要求較高,因而學(xué)生在明知需要分類討論時(shí),卻因空間想象缺乏而畫(huà)不出對(duì)應(yīng)的情景,導(dǎo)致無(wú)法分析這一類情況,最終導(dǎo)致失分。同時(shí)動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題的動(dòng)靜轉(zhuǎn)換較多,學(xué)生在分析問(wèn)題的過(guò)程中,因沒(méi)有把握好“動(dòng)態(tài)”與“靜態(tài)”之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系,從而不能較全面地分析問(wèn)題。
學(xué)生認(rèn)為自己的基本功不夠扎實(shí),基本解題技能不夠熟練,基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)不夠牢固,導(dǎo)致在解題過(guò)程中知其然不知其所以然,從而不知道該運(yùn)用哪些知識(shí)或方法來(lái)解答。尤其是數(shù)形結(jié)合類型的動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題,或者明確思路但因計(jì)算問(wèn)題而導(dǎo)致后面的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,造成失分。也有一些學(xué)生認(rèn)為動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題的運(yùn)動(dòng)路徑復(fù)雜,變化多樣,沒(méi)有經(jīng)過(guò)針對(duì)性的訓(xùn)練,因而心里會(huì)有恐懼感,多次對(duì)于動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題的不解決產(chǎn)生不敢下手的畏懼心理。
筆者在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),七年級(jí)時(shí)學(xué)生已經(jīng)開(kāi)始接觸了動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題,只是當(dāng)時(shí)的動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題主要是將動(dòng)點(diǎn)放在數(shù)軸上進(jìn)行考查,而這類考題將中點(diǎn)公式、字母表示數(shù),相遇追擊知識(shí)點(diǎn)結(jié)合在一起,在教學(xué)用示意圖和方程結(jié)合,化繁為簡(jiǎn),收到事半功倍的效果。
筆者為了激發(fā)學(xué)生對(duì)動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題產(chǎn)生興趣,滲透動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題可以使用數(shù)形結(jié)合的思想,設(shè)計(jì)七年級(jí)動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題的變式教學(xué):
【案例1】:筆者從復(fù)習(xí)回顧—實(shí)例講解—學(xué)以致用—拓展提升—總結(jié)體會(huì)五個(gè)維度進(jìn)行展開(kāi),在復(fù)習(xí)回顧中,筆者從數(shù)軸上兩點(diǎn)間距離與兩個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)之間的關(guān)系、距離公式、數(shù)軸上的中點(diǎn)公式、運(yùn)動(dòng)表示四個(gè)方面進(jìn)行回顧,在回顧舊知的同時(shí)又為探究問(wèn)題做好鋪墊。
在實(shí)例講解—學(xué)以致用—拓展提升中筆者設(shè)計(jì)例題精講、變式教學(xué),一共串起8個(gè)問(wèn)題,讓學(xué)生在解決問(wèn)題的時(shí)候深度體會(huì)問(wèn)題解決的本質(zhì):
如圖.A、B、C三點(diǎn)在數(shù)軸上,A表示的數(shù)為-10,B表示的數(shù)為14,點(diǎn)C在點(diǎn)A與點(diǎn)B之間,且AC=BC.
(1)求A、B兩點(diǎn)間的距離;
(2)求C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù);
(3)點(diǎn)P為數(shù)軸上一動(dòng)點(diǎn),其對(duì)應(yīng)的數(shù)為x,數(shù)軸上是否存在點(diǎn)P,使點(diǎn)P與點(diǎn)A、點(diǎn)B的距離之和為30?若存在,請(qǐng)求出x的值,若不存在,請(qǐng)說(shuō)明理由;
(4)A、B兩點(diǎn)同時(shí)相向運(yùn)動(dòng),A的速度是1個(gè)單位長(zhǎng)度/s,B的速度是3個(gè)單位長(zhǎng)度/s,假設(shè)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t秒,求相遇點(diǎn)時(shí)的時(shí)間及對(duì)應(yīng)點(diǎn)的數(shù)值。
(5)在(4)的條件下,A、B兩點(diǎn)到原點(diǎn)0的距離相等時(shí),求t的值。
(6)A、B兩點(diǎn)同時(shí)向左運(yùn)動(dòng),A、B保持速度不變,假設(shè)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,求B追上A時(shí)的時(shí)間及對(duì)應(yīng)點(diǎn)的數(shù)。
(7)點(diǎn)P從B點(diǎn)以2個(gè)單位長(zhǎng)度/s的速度向左運(yùn)動(dòng)(只在線段AB上運(yùn)動(dòng)),M為AP的中點(diǎn),N為PB的中點(diǎn),點(diǎn)P在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,線段MN的長(zhǎng)度是否發(fā)生變化?若不變請(qǐng)求出MN的長(zhǎng)。
(8)點(diǎn)P從B點(diǎn)以4個(gè)單位長(zhǎng)度/s的速度向左運(yùn)動(dòng),A、B速度保持不變,也同時(shí)向左運(yùn)動(dòng),求t為何值時(shí),點(diǎn)P恰好是AB的中點(diǎn)。
此模塊是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn),通過(guò)基本問(wèn)題到變式探究,讓學(xué)生經(jīng)歷動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題的產(chǎn)生和解決,體會(huì)在動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題下的數(shù)形結(jié)合思想、分類思想、轉(zhuǎn)化思想等,讓學(xué)生感受用代數(shù)方法解決動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題。
【總結(jié)】:通過(guò)專題課的學(xué)習(xí),讓還在七年級(jí)的學(xué)生就能經(jīng)歷、感受、體會(huì)到動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題,在日常教學(xué)時(shí)將數(shù)學(xué)思想對(duì)學(xué)生進(jìn)行無(wú)形的滲透,讓學(xué)生的思維得到鍛煉和培養(yǎng)之后,他們對(duì)此類問(wèn)題就不會(huì)有畏懼心理,能更加坦然面對(duì)。
在教學(xué)方法上采用“一題一課”,它是專題課,針對(duì)動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題具有非常強(qiáng)的實(shí)效性,在七年級(jí)進(jìn)行了多次動(dòng)點(diǎn)專題課后,學(xué)生對(duì)于這類問(wèn)題沒(méi)有以前那么難以接受,能夠更加深刻地理解問(wèn)題的本質(zhì),做題的時(shí)候也更加得心應(yīng)手了。通過(guò)從七年級(jí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行數(shù)學(xué)思想的滲透,學(xué)生對(duì)于動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題的興趣有了一定的提高,不再是會(huì)有畏懼心理,同時(shí)也會(huì)去動(dòng)手嘗試。此外,班上也涌現(xiàn)一批對(duì)數(shù)學(xué)難題格外感興趣的學(xué)生,他們往往能碰撞出很多的思想火花碰撞而出。
動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題的一大難點(diǎn)就在于它的過(guò)程是動(dòng)態(tài)的,而題目往往是定格在某一時(shí)刻,因此完整展示這個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程就尤為重要了,很多學(xué)生在拿到問(wèn)題時(shí)候,腦海里沒(méi)有這樣的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,此時(shí)我們就可以借助幾何畫(huà)板這個(gè)作圖軟件加以輔助,往往可以化抽象為具體,讓學(xué)生直觀感受。
【案例2】:在浙教版初中數(shù)學(xué)八年級(jí)上冊(cè)第二章《全等三角形》中,第一節(jié)內(nèi)容軸對(duì)稱圖形中,有一個(gè)經(jīng)典的問(wèn)題:唐朝詩(shī)人李頎的詩(shī)《古從軍行》開(kāi)頭兩句說(shuō):“白日登山望烽火,黃昏飲馬傍交河。”這首詩(shī)蘊(yùn)含一個(gè)有趣的數(shù)學(xué)問(wèn)題,一位將軍在河的一邊散步,他現(xiàn)在從A點(diǎn)準(zhǔn)備到河邊飲馬,然后再回同側(cè)的營(yíng)地B點(diǎn)開(kāi)會(huì),應(yīng)該怎樣走才能使路程最短?從此,這個(gè)被稱為"將軍飲馬"的問(wèn)題廣泛流傳。
我們先將實(shí)際問(wèn)題抽象為數(shù)學(xué)模型:
直線l同側(cè)有兩個(gè)定點(diǎn)A、B,請(qǐng)?jiān)谥本€l上找一點(diǎn)P,使AP+BP最小。八年級(jí)的學(xué)生第一次遇到這個(gè)動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題時(shí),腦海里很難有直觀的圖像,那么此時(shí)老師可以借助幾何畫(huà)板,將P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況展示出來(lái),學(xué)生通過(guò)動(dòng)態(tài)展示就能快速將問(wèn)題轉(zhuǎn)化,可以將兩點(diǎn)A、B放置在直線l的異側(cè)就好了,這樣我們就可以利用點(diǎn)到點(diǎn)最值模型:“兩點(diǎn)之間線段最短”找到點(diǎn)P的位置了。即連接AB交直線l于點(diǎn)P。
因此,我們可以找點(diǎn)A關(guān)于直線l的對(duì)稱點(diǎn),連接A’B交直線l于點(diǎn)P,點(diǎn)P即為所求。
如果將軍在河邊的另外任一點(diǎn)P’飲馬,所走的路程就是AP’+P’B,但是AP’+P’B=A’P’+P’B>A’B=A’P+PB=A P+PB。故在點(diǎn)P處飲馬,路程最短。
【總結(jié)】:在日常教學(xué)中時(shí),對(duì)于課本中出現(xiàn)含動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題的例題或案例,可多借助幾何畫(huà)板進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示,有利于學(xué)生直觀地發(fā)現(xiàn)滿足條件的情況,同時(shí)可視化復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題,幫助學(xué)生理清解決問(wèn)題的思路。同時(shí)提高學(xué)生的課堂參與度,讓學(xué)生體驗(yàn)、理解、思考、探索這類動(dòng)點(diǎn)的全過(guò)程,提高課堂效率的同時(shí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;另一方面,也可以讓學(xué)生先通過(guò)獨(dú)立思并求解,后動(dòng)畫(huà)呈現(xiàn)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,讓學(xué)生自己比對(duì)和校驗(yàn),是否存在漏解或多余解,在這個(gè)過(guò)程中去思考、分析、歸納數(shù)學(xué)思想和解題技巧方法,提升學(xué)生的推理能力。
動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題題型多樣、涉及的知識(shí)面廣,因此想要提高學(xué)生的數(shù)學(xué)思維品質(zhì)、提升學(xué)生處理動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題的能力,一方面,需要教師重視基礎(chǔ)圖形和基本技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練;另一方面,要“以靜制動(dòng)”,抓住變化中的“不變量”,以不變應(yīng)萬(wàn)變,把動(dòng)態(tài)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為靜態(tài)問(wèn)題來(lái)解決。
基本圖形和基本模型是初中幾何中非常好用的圖形,而大部分幾何問(wèn)題都是由基本圖形組成,學(xué)生如果能掌握基本圖形和基本模型,那么將事半功倍。筆者將從這兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行例舉:
【案例3】:如圖,O為坐標(biāo)原點(diǎn),四邊形OABC為長(zhǎng)方形,A(10,0),C(0,4),D是OA的中點(diǎn),點(diǎn)P在BC上運(yùn)動(dòng),當(dāng)△ODP是腰長(zhǎng)為5的等腰三角形時(shí),則點(diǎn)P的坐標(biāo)為_(kāi)__.
分析:此題是一個(gè)動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題,它的核心點(diǎn)在于等腰三角形的構(gòu)造,那么我們對(duì)此類動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題的等腰三角形可以進(jìn)行模型總結(jié),兩圓一線模型:條件平面上兩定點(diǎn)A、B。要求:找一動(dòng)點(diǎn)C,使△ABC為等腰三角形。要使△ABC為等腰三角形,那么有以下三種情況:
①AB=AC ②AB=BC ③AC=BC
第①種情況AB=AC,AB和AC有交點(diǎn)A(定點(diǎn)),要AB=AC就是平面上有兩點(diǎn),這兩點(diǎn)到A(定點(diǎn))的距離相等,距離為AB(定長(zhǎng)),可以利用圓上每一點(diǎn)到圓心的距離相等來(lái)找點(diǎn)C。
第②種情況AB=BC,AB和BC有交點(diǎn)B(定點(diǎn)),要AB=BC就是平面上有兩點(diǎn),這兩點(diǎn)到B(定點(diǎn))的距離相等,距離為AB(定長(zhǎng)),可以利用圓上每一點(diǎn)到圓心的距離相等來(lái)找點(diǎn)C。
第③種情況AC=BC,AC和BC有交點(diǎn)C(動(dòng)點(diǎn)),要AC=BC就是平面上一動(dòng)點(diǎn)到兩定點(diǎn)的距離相等,可以利用垂直平分線的性質(zhì)(垂直平分線上的點(diǎn)到線段兩端點(diǎn)的距離相等)。
那么基于此模型,我們對(duì)此題進(jìn)行解答,過(guò)點(diǎn)P作PM⊥OA于點(diǎn)M.分三種情況討論:
①當(dāng)OP=OD時(shí),如答圖,P點(diǎn)位于P1處,OP1=5,OC=4,易得CP1=3,∴P1(3,4);
②當(dāng)OD=PD時(shí),如答圖,P點(diǎn)位于P2,P3處,P2D=P3D=OD=5,P2M2=P3M3=4,易得M2D=M3D=3,從而CP2=2,CP3=8,∴P2(2,4)或P3(8,4).
綜上,滿足題意的點(diǎn)P的坐標(biāo)為(3,4)或(2,4)或(8,4).
【透視】:在動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題中,善用總結(jié)的模型,借助模型解決基本問(wèn)題,把動(dòng)態(tài)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為模型問(wèn)題來(lái)解決。
【案例4】:在我們的隱圓問(wèn)題中,考查方式往往是以動(dòng)態(tài)形式出現(xiàn),那么此時(shí)我們往往需要化動(dòng)為靜。
如圖,在等腰 Rt△ABC 中,∠BAC=90°,AB=AC,,點(diǎn)D是 AC邊上一動(dòng)點(diǎn),連接 BD,以 AD為直徑的圓交 BD于點(diǎn)E,則線段CE長(zhǎng)度的最小值為 .
分析:此題中點(diǎn)E為動(dòng)點(diǎn),而點(diǎn)C為靜點(diǎn),如果能將E點(diǎn)也靜下來(lái),那么本題就迎刃而解了,我們發(fā)現(xiàn)∠AEB=90°,
∴點(diǎn)E在以 AB 為直徑的 Oo上,∴Oo的半徑為2,
當(dāng)點(diǎn)O、E、C共線時(shí),CE最小,在Rt△AOC中,∵OA=2,AC=4,
變式:如圖,△ABC為等邊三角形,AB=2,若P為△ABC內(nèi)一動(dòng)點(diǎn),且滿足 ∠APC=150°,則線段 PB長(zhǎng)度的最小值為 .
分析:因?yàn)?AC定長(zhǎng)、∠APC=150°定角,故滿足“定弦定角模型”,P在圓上,圓周角 ∠APC=150°,通過(guò)簡(jiǎn)單推導(dǎo)可知圓心角 ∠AOC=60°,故以 AC為邊向下作等邊△AOC,以O(shè)為圓心,OA為半徑作Oo,P在Oo上。當(dāng)B、P、O三點(diǎn)共線時(shí),BP最短。
【總結(jié)】:在隱圓問(wèn)題中,要找到點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡,再結(jié)合圓的性質(zhì),比如:到定點(diǎn)的距離等于定長(zhǎng)的點(diǎn)的集合、同弦所對(duì)的圓周角相等或互補(bǔ)、圓內(nèi)接四邊形對(duì)角互補(bǔ)、直徑所對(duì)的圓周角是直角等,利用這些圓的基本圖形找其性質(zhì),最來(lái)解決問(wèn)題。
總之,動(dòng)態(tài)問(wèn)題中,要將復(fù)雜的圖像簡(jiǎn)單化,將動(dòng)態(tài)問(wèn)題靜止化,從簡(jiǎn)單、靜止入手,找到其中的“不變量”,最終達(dá)到學(xué)生能夠解決此類問(wèn)題的目的;同時(shí)要滲透基本模型,掌握基本模型,會(huì)用基本模型,讓學(xué)生透過(guò)基本模型找到其本質(zhì)的基本圖形和知識(shí)點(diǎn),拓展學(xué)習(xí)深度,揭示問(wèn)題的本質(zhì);最后引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用這樣的思路與方法探究相關(guān)變式問(wèn)題。
對(duì)于動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題的教學(xué)設(shè)計(jì),多設(shè)計(jì)一題一課,針對(duì)每一個(gè)小的問(wèn)題由易到難,注重類比思想和分類思想,同時(shí)在教學(xué)形式上多下功夫,可以自制教具或制作幾何畫(huà)板等,來(lái)提升課堂的趣味性。在七年級(jí)時(shí),教師可多進(jìn)行直觀教學(xué),適當(dāng)拓展學(xué)生的知識(shí)面,讓學(xué)生在產(chǎn)生興趣的同時(shí)又能提高解題能力。
由于動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題考查的知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng),對(duì)學(xué)生的綜合素養(yǎng)要求高,因而教師應(yīng)該遵循奧蘇貝爾學(xué)習(xí)理論,設(shè)計(jì)題目層次有度,從低檔難度題型慢慢向中檔難度題型的過(guò)渡,在此過(guò)程中提升學(xué)生的自信心,同時(shí)在分析過(guò)程中多一些師生互動(dòng),多一些學(xué)生思考的時(shí)間,多一些學(xué)生表達(dá)的時(shí)間,多一些學(xué)生討論的時(shí)間,這些都能激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力。
每年壓軸的動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題都有很多且具有創(chuàng)新性,所以教師首先要多做,跟上每一年變化,以提高自身的專業(yè)素養(yǎng),對(duì)題型的類別和變化也要多做整理,同時(shí)在講解動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題之后也要善于歸納一般的方法,多多滲透數(shù)形結(jié)合、分類討論等數(shù)學(xué)思想,達(dá)到一題多解到一題優(yōu)解的效果。
初中生的思維正處于從直觀到抽象、從感性到理性的發(fā)展階段,因此,在教學(xué)中,無(wú)論是問(wèn)題類型的選擇,還是解題策略類別的確定,都不能超越這個(gè)階段學(xué)生的數(shù)學(xué)認(rèn)知能力,而是應(yīng)當(dāng)按照學(xué)生自生能力發(fā)展的規(guī)律去提高題目難度,做到相得益彰。