楊麗娟
摘 要:文章以專題“圓中角的轉(zhuǎn)化”的課堂教學為例,說明如何在數(shù)學課堂教學中滲透轉(zhuǎn)化思想——巧設情境,增強轉(zhuǎn)化的意識;知識回顧,尋找轉(zhuǎn)化的中介;解決問題,獲得轉(zhuǎn)化的方法。以此使學生理解轉(zhuǎn)化的作用,領會數(shù)學思想的重要性。
關鍵詞:數(shù)學思想;轉(zhuǎn)化意識;轉(zhuǎn)化中介;轉(zhuǎn)化方法
美國教育心理學家布魯納指出:掌握基本的數(shù)學思想,能使數(shù)學更易于理解和記憶。數(shù)學思想是數(shù)學的靈魂和精髓,領會科學的數(shù)學思想對提升思維品質(zhì)、促進終身學習具有十分重要的意義[1]。
轉(zhuǎn)化也稱化歸,是一種常用的數(shù)學思想,是在研究和解決有關數(shù)學問題時采用某種手段將問題進行變換、轉(zhuǎn)化,進而解決問題的一種思維策略。其實質(zhì)就是在已有知識的基礎上,利用各種變換解決問題。在教學中,教師可適當?shù)赝诰蚪虒W內(nèi)容中蘊含的轉(zhuǎn)化思想,并逐步實現(xiàn)滲透和應用。本文以數(shù)學專題“圓中角的轉(zhuǎn)化”的課堂教學為例,說明如何從增強轉(zhuǎn)化意識、尋找轉(zhuǎn)化中介、獲得轉(zhuǎn)化方法三方面著手,幫助學生理解轉(zhuǎn)化思想。
一、巧設情境,增強轉(zhuǎn)化意識
圓是重要的基本圖形,在長期的探索與研究中,人們發(fā)現(xiàn)了許多圓的相關性質(zhì)。同時,角是圖形的重要元素,很多較為復雜的圖形都涉及角。圓錐曲線是初中階段的難點知識,學生在初次接觸時容易感到困難。而圓的特征賦予角極強的活性,如果將圓中的角進行靈活轉(zhuǎn)化,許多難題便能迎刃而解。教師可以在教學中創(chuàng)設有趣的問題情境,讓學生在解決問題的過程中感受轉(zhuǎn)化思想、增強轉(zhuǎn)化意識。
情境引入:
如圖1,在“世界杯”足球預選賽中,甲帶球向?qū)Ψ角蜷TPQ進攻。當他帶球沖到A點時,同伴乙已經(jīng)助攻沖到B點?,F(xiàn)有兩種射門方式:第一種,甲直接射門;第二種,甲將球傳給乙,由乙射門。僅從射門角度考慮,應選擇哪種射門方式?為什么?
分析:僅從射門角度考慮射門方式即比較∠A與∠B的大小。連接PD,根據(jù)同弧所對的圓周角相等,發(fā)現(xiàn)∠PDQ=∠B,而∠PDQ是△PAD的外角,∠PDQ>∠A,于是∠B>∠A。因此,由乙在點B處射門有利。
如果連接QC,同樣可以得出答案。
設計意圖:添加輔助線,就是利用同弧所對的圓周角相等,將∠B轉(zhuǎn)化到∠PDQ,從而實現(xiàn)∠A與∠B的大小比較。這一問題情境可以讓學生意識到圓內(nèi)角轉(zhuǎn)化的重要性,產(chǎn)生探究轉(zhuǎn)化思想的內(nèi)需。
二、知識回顧,尋找轉(zhuǎn)化中介
中介是指在不同事物或同一事物內(nèi)部對立兩極之間起居間聯(lián)系作用的部分。要進行圓中角的轉(zhuǎn)化,就要尋找轉(zhuǎn)化的中介。
例:如圖2-1,點A、B、C在⊙O上。
問題1:你找到了哪些與⊙O有關的角?這些角之間有怎樣的數(shù)量關系?
分析:利用圓心角的度數(shù)與它所對的弧的度數(shù)相等,得∠BOC=100°,利用圓周角的度數(shù)等于它所對的弧上圓心角度數(shù)的一半,得∠BAC=50°;利用等邊對等角,由半徑OB=OC,得∠OBC=∠OCB=40°。由此獲得轉(zhuǎn)化中介——半徑,實現(xiàn)邊角轉(zhuǎn)化。
分析:利用同弧或等弧所對的圓周角相等,由∠BAC=50°得∠BDC=50°。由此強調(diào)轉(zhuǎn)化中介——弧,說明位置變化,數(shù)量關系不變。
分析:利用圓內(nèi)接四邊形的對角互補,由∠BAC= 50°,得∠BEC=130°,進而得∠BEF =50°,因此∠BEF=∠BAC,說明圓內(nèi)接四邊形的外角等于它的內(nèi)對角。由此獲得轉(zhuǎn)化中介——圓的內(nèi)接四邊形,實現(xiàn)圓外角與圓內(nèi)角的轉(zhuǎn)化。
分析:利用切線的性質(zhì),得∠OCG=∠OCH= 90°;利用余角的性質(zhì),由∠OCB=40°得∠BCH= 50°,因此∠BCH=∠BAC。由此獲得轉(zhuǎn)化中介——切線,實現(xiàn)弦切角與圓內(nèi)角的轉(zhuǎn)化。
設計意圖:以一道操作題引出問題串,使圖形由淺入深。在保證學生思維連貫的前提下,通過動手動腦,既對圓中角的相關知識進行了回顧,又探索獲得了圓中角轉(zhuǎn)化的中介,為利用轉(zhuǎn)化思想解決數(shù)學問題做好鋪墊。
三、解決問題,獲得轉(zhuǎn)化方法
轉(zhuǎn)化的方法靈活多樣,既與實際問題的內(nèi)容和特點有關,也與學生的認知結構有關。對于圓中角的轉(zhuǎn)化,在解決問題的過程中通過體驗獲得方法,不僅可以豐富經(jīng)驗積累,還能提升數(shù)學素養(yǎng)。
(一)通過熱身練習,直接發(fā)現(xiàn),應用轉(zhuǎn)化
教師可以設計一組簡單練習,直接利用轉(zhuǎn)化中介解決問題,使學生加深對轉(zhuǎn)化中介的掌握,鞏固對圓中角的轉(zhuǎn)化的理解及應用。學生經(jīng)歷思考、交流,認知會更深刻。
練習1:如圖3-1,AB是⊙O的直徑,C、D、E都是⊙O上的點,則∠C+∠D= 。
方法1——由弧看角
方法2——由角看弧
設計意圖:由弧看角,直接進行圓周角之間的等量轉(zhuǎn)化,學生容易想到。由角看弧,將圓周角轉(zhuǎn)化到圓弧上,實現(xiàn)抽象到直觀的轉(zhuǎn)變,非常簡潔。
練習2:已知四邊形ABCD是⊙O的內(nèi)接四邊形,若∠A∶∠B∶∠C=4∶3∶5,則∠D的度數(shù)是( )
A.60° B.80° C.100° D.120°
設計意圖:利用圓的內(nèi)接四邊形對角互補,求∠D的度數(shù),直接轉(zhuǎn)化到∠B。由已知條件可知∠A=80°,∠B=60°,∠C=100°,因此∠D=120°。
練習3:如圖4,四邊形ABCD是⊙O的內(nèi)接四邊形,AD與BC的延長線交于點E,BA與CD的延長線交于點F,若∠DCE=80°,∠F=25°,那么∠EDC的度數(shù)為 。
方法1:由已知條件∠DCE=80°,∠F=25°,可知∠B=55°,利用圓的內(nèi)接四邊形的外角等于它的內(nèi)對角,則∠EDC=∠B=55°。
方法2:利用圓的內(nèi)接四邊形的外角等于它的內(nèi)對角,由∠DCE=80°,知∠DAB=∠DCE=80°,于是∠FDA=55°,因此∠FDA的對頂角∠EDC=55°。
設計意圖:兩種方法都利用“圓的內(nèi)接四邊形的外角等于它的內(nèi)對角”的性質(zhì),將圓外角轉(zhuǎn)化為圓內(nèi)角來解決問題。方法1綜合考慮兩個已知條件,思路相對簡潔。
(二)借助難點突破,添線構造,獲得轉(zhuǎn)化
可以設計有難度的練習,引導學生利用圓中角的轉(zhuǎn)化方法進行添線,構造轉(zhuǎn)化中介。學生經(jīng)歷實踐探索,對獲得的數(shù)學經(jīng)驗進行反思,能夠掌握解題策略,有效突破教學重難點。
A.120° B.130° C.140° D.150°
分析:如圖5-2,連接AC,利用直徑BC構造直角∠BAC。在Rt△ABC中,由三角函數(shù)可知∠B=30°,于是得到∠D=150°。
設計意圖:利用直徑構造直角,借助直角三角形實現(xiàn)邊角轉(zhuǎn)化。
練習5:如圖6-1,PA是⊙O的切線,切點為A,PO的延長線交⊙O于點B,連接AB。若∠P=40°,則∠B的度數(shù)為( )
A.20° B.25° C.40° D.50°
分析:如圖6-2,連接OA,利用切線PA構造直角∠PAO。在Rt△PAO中,由∠P=40°得到∠POA=50°,從而求得∠B=25°。
設計意圖:利用切線構造直角,借助直角三角形的兩個銳角互余,實現(xiàn)圓中角的轉(zhuǎn)化。
練習6:如圖7-1,已知AB是⊙O的直徑,C為⊙O上一點,CD⊥AB于點D,E是OB上一點,CE、AG交于點F。求證△ACG∽△AFC。
分析:題目已經(jīng)滿足一對公共角相等的條件,即∠CAG=∠FAC。因為已知條件不涉及兩三角形的邊長,所以考慮借助圓中角的轉(zhuǎn)化,再求證一對角相等,從而證得兩三角形相似。
方法1:利用同弧,構造等角。如圖7-2,連接BC,得∠B=∠F;由直徑AB知∠ACB=90°?!逤D⊥AB,∴∠ADC=90°。由同角的余角相等,得到∠B=∠ACD,因而∠F=∠ACD,證得結論。
設計意圖:方法2通過添加輔助線,構造垂徑定理基本圖形,由垂徑定理得到等弧。由等弧得到等角,進行圓中角的轉(zhuǎn)化,有利于學生將陌生圖形轉(zhuǎn)變?yōu)樽约菏煜さ膱D形。
練習7:如圖8-1,已知AB=AC=AD,∠CBD=2∠BDC,∠BAC=44°,則∠CAD的度數(shù)為( )
A.68° B.88° C.90° D.112°
設計意圖:有些圖形問題雖然從表面上看與圓無關,但若能發(fā)現(xiàn)其中共圓的點、隱含的圓,就能運用圓中角的轉(zhuǎn)化解決問題,讓問題實現(xiàn)從復雜到簡單、從隱性到顯性的轉(zhuǎn)變。
結語
文中以圓中角的轉(zhuǎn)化為例,讓學生掌握如何應用轉(zhuǎn)化思想解決問題,感受轉(zhuǎn)化的作用,即化抽象為直觀、化生疏為熟悉、化復雜為簡單、化隱性為顯性,進而領會數(shù)學思想,提升數(shù)學素養(yǎng)。
[參考文獻]
王永春.小學數(shù)學與數(shù)學思想方法[M].上海:華東師范大學出版社,2014.