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        基于范希爾幾何理論的中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)研究

        2022-05-30 05:58:57陳玉蓮令狐泓嚴(yán)艷華
        關(guān)鍵詞:正弦定理教學(xué)設(shè)計(jì)

        陳玉蓮 令狐泓 嚴(yán)艷華

        [摘 ?要] 范希爾幾何理論是重要的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)理論,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生幾何直觀有著重要的教學(xué)意義. 深入研究分析其理論內(nèi)涵和五個(gè)教學(xué)階段,并以“正弦定理”為例設(shè)計(jì)教學(xué),基于案例提出三點(diǎn)教學(xué)思考:一是厘清范希爾的五個(gè)教學(xué)階段,二是有效結(jié)合信息技術(shù),三是以學(xué)生為主,旨在更好地指導(dǎo)教學(xué).

        [關(guān)鍵詞] 范希爾幾何理論;教學(xué)設(shè)計(jì);正弦定理

        [?]問題提出

        《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》不僅將幾何直觀作為課標(biāo)十個(gè)核心關(guān)鍵概念之一,而且把“圖形與幾何”劃分到四大課程內(nèi)容當(dāng)中[1],其充分體現(xiàn)了幾何圖形學(xué)習(xí)的重要性. 2018年,教育部頒布了《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》,將直觀想象作為六大核心素養(yǎng)之一[2]. 可見,加強(qiáng)學(xué)生幾何直觀素養(yǎng)培養(yǎng)的重要性不言而喻.幾何內(nèi)容作為數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容之一,無(wú)論是在實(shí)際教學(xué)內(nèi)容,還是在高考的考查中,都占據(jù)著相當(dāng)大的比重. 然而,從目前教學(xué)現(xiàn)狀來(lái)看,絕大多數(shù)學(xué)生的幾何水平并不理想,這不僅暴露了學(xué)生直觀想象能力的缺乏,而且阻礙了學(xué)生邏輯推理能力的發(fā)展. 針對(duì)學(xué)生的幾何學(xué)習(xí)困境,積極探索解決方法,以發(fā)展學(xué)生幾何推理能力,刻不容緩.范希爾幾何理論自提出以來(lái),一直是幾何教與學(xué)的關(guān)注點(diǎn),是數(shù)學(xué)教育界研究的熱點(diǎn)話題. 因此,基于范希爾幾何理論框架,對(duì)“正弦定理”教學(xué)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì),以期為幾何教學(xué)提供參考.

        [?]范希爾幾何理論

        范希爾幾何理論主要包含兩個(gè)內(nèi)容:一是幾何思維的五個(gè)水平,既可用來(lái)判斷學(xué)生幾何思維現(xiàn)狀,也可指導(dǎo)教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì);二是與五個(gè)水平對(duì)應(yīng)的五個(gè)教學(xué)階段,這就為幾何教學(xué)搭建了一種模式和框架[3]. 研究基于五個(gè)教學(xué)階段,完成幾何教學(xué)設(shè)計(jì),以起到提升學(xué)生幾何直觀能力的作用. 五個(gè)教學(xué)階段分別如下:

        階段1:學(xué)前咨詢. 對(duì)于學(xué)習(xí)對(duì)象,教師與學(xué)生雙向了解,教師幫助學(xué)生如何認(rèn)知指導(dǎo)語(yǔ),并闡述和厘清要學(xué)習(xí)的課堂內(nèi)容,為熟悉相應(yīng)知識(shí)做鋪墊.

        階段2:引導(dǎo)定向. 教師合理設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)細(xì)節(jié)和順序,明確學(xué)生的學(xué)習(xí)方向,讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到整個(gè)活動(dòng)過程的結(jié)構(gòu)特征.

        階段3:闡明. 經(jīng)歷了前面的探究活動(dòng)過程,教師給予啟發(fā)誘導(dǎo),學(xué)生增長(zhǎng)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn),并明確詞匯的含義和意義,能夠充分表達(dá)個(gè)人對(duì)該結(jié)構(gòu)的意見,逐步形成學(xué)習(xí)的關(guān)聯(lián)體系.

        階段4:自由定向. 面對(duì)相對(duì)復(fù)雜的作業(yè)習(xí)題能夠用不同的方法完成任務(wù),在積極探索解決方案和方法中,收獲活動(dòng)經(jīng)驗(yàn).

        階段5:整合. 學(xué)生回顧自己解決問題的過程,形成一定的思想和方法,并將相關(guān)對(duì)象和內(nèi)容進(jìn)行內(nèi)化處理,從而進(jìn)入一個(gè)全新的思維領(lǐng)域,得到成長(zhǎng).

        [?]正弦定理的教學(xué)設(shè)計(jì)

        階段1:學(xué)前咨詢.

        設(shè)計(jì)1:設(shè)置情境,激發(fā)興趣.

        如圖1所示,設(shè)A,B兩點(diǎn)在河的兩岸,在A的河岸同一側(cè)取一點(diǎn)C,已知AC=450 m,如何測(cè)出A,B兩地的距離?

        學(xué)生:測(cè)出角A和角C.

        教師:假如現(xiàn)在測(cè)出∠A=75°,∠C=45°,怎么求解A,B兩地的距離呢?

        學(xué)生:利用初中相似三角形知識(shí),畫出三角形A′B′C′,其中A′C′=4.5 cm,∠A′=75°,∠C′=45°,通過測(cè)量,可以得出A′B′=3.67 cm,再利用相似三角形性質(zhì)可得AB=367 m.

        教師:做得不錯(cuò). 通過初中相似三角形知識(shí),能夠幫助我們解決該問題.我們初中也學(xué)過直角三角形相關(guān)知識(shí),能否利用直角三角形知識(shí)求解呢?

        學(xué)生:過A作AD⊥BC于D.此時(shí),將△ABC分成兩個(gè)三角形,接著能夠利用直角三角形相關(guān)知識(shí)解決此類問題(過程略).

        教師:很棒!上述方法都是基于初中知識(shí)而來(lái)的,那么這類問題還可以用什么方法來(lái)解決呢?(設(shè)置懸念)

        設(shè)計(jì)2:回顧初中“邊與角”關(guān)系.

        教師:對(duì)于一個(gè)三角形,我們?nèi)绾闻袛嗄膫€(gè)是最小角、哪個(gè)是最大角?哪個(gè)是最短邊、哪個(gè)是最長(zhǎng)邊?能否總結(jié)其中蘊(yùn)含的規(guī)律?

        學(xué)生:可以利用“大邊對(duì)大角,小邊對(duì)小角”來(lái)判斷.

        教師:大邊、大角,小邊、小角!這僅僅是直觀的定性描述,到底如何準(zhǔn)確量化邊和角的關(guān)系呢?對(duì)此,這節(jié)課我們不得不重新研究三角形.

        設(shè)計(jì)意圖:一方面,通過情境導(dǎo)入,利用實(shí)際生活問題,復(fù)習(xí)初中所學(xué)相關(guān)內(nèi)容,起到“溫故知新”的作用,同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力.另一方面,利用問題引出正弦定理,讓學(xué)生對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容產(chǎn)生興趣.

        階段2:引導(dǎo)定向.

        設(shè)計(jì)3:直角三角形中“邊與角”的關(guān)系.

        教師:在RT△ABC中,已知∠A所對(duì)的邊為a,∠B所對(duì)的邊為b,∠C所對(duì)的邊為c. 我們學(xué)過正弦、余弦、正切,今天我們從正弦出發(fā),在圖2中,我們能發(fā)現(xiàn)∠A,∠B,∠C,a,b,c之間有何數(shù)量關(guān)系嗎?

        學(xué)生:可以得到sinA=和sinB=,即==c.

        教師:根據(jù)式子形式,能夠發(fā)現(xiàn)什么問題?c與sinC和上式能否建立等式關(guān)系?

        學(xué)生:等式左右兩邊具有一定的對(duì)稱關(guān)系.由上式可知==,而sinC=sin90°=1,因此==.

        教師:非常棒!

        教師:通過上述分析,我們發(fā)現(xiàn)三角形中居然蘊(yùn)含著這種邊角關(guān)系.既然我們已經(jīng)找出了這個(gè)正弦定理,那么這節(jié)課就上到這里了,下課!

        學(xué)生:(學(xué)生感到困惑——為何早早下課,并發(fā)現(xiàn)了問題)不對(duì)!我們僅僅針對(duì)直角三角形發(fā)現(xiàn)了該關(guān)系式.

        教師:其他三角形是否具備這樣的關(guān)系式?

        此時(shí)學(xué)生處于疑惑當(dāng)中,教師利用幾何畫板,通過拖動(dòng)A點(diǎn),改變?nèi)切涡螤?,使邊與角不斷變化,如圖3所示. 學(xué)生通過觀察,能夠發(fā)現(xiàn)各邊與其對(duì)角的正弦值之比是相等的,即說(shuō)明上式在直角三角形、銳角三角形、鈍角三角形中都成立.

        設(shè)計(jì)意圖:通過引導(dǎo)使學(xué)生猜想得出等式==,以直角三角形為研究對(duì)象,實(shí)現(xiàn)特例分析,經(jīng)歷數(shù)學(xué)抽象的過程. 同時(shí),通過幾何畫板動(dòng)態(tài)演示,讓抽象的內(nèi)容可視化,學(xué)生由此發(fā)現(xiàn)規(guī)律,降低學(xué)生對(duì)抽象問題的理解難度.

        階段3:闡明.

        設(shè)計(jì)4:探究銳角三角形、鈍角三角形.

        通過設(shè)計(jì)3的內(nèi)容展現(xiàn),學(xué)生能夠得出==對(duì)所有三角形都是成立的,但為了加深學(xué)生的認(rèn)知,讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性,接下來(lái),基于銳角三角形和鈍角三角形對(duì)上述式子進(jìn)行論證.

        教師:前面我們是通過直角三角形得到的==,那么在銳角三角形中怎么去證明它是成立的呢?

        學(xué)生:繼續(xù)利用直角三角形!

        教師:具體怎么做?

        學(xué)生:通過圖4所示,我們發(fā)現(xiàn)sinC=,sinB=,即AD=bsinC=csinB,即=.

        教師:那么怎么找?

        學(xué)生:同樣地,如圖5所示,過點(diǎn)B作BE⊥AC于E,能夠得到sinC=,sinA=,BE=asinC=csinA,即=,因此==.

        教師:非常好. 接下來(lái),大家試著在鈍角三角形中進(jìn)行證明.

        學(xué)生:如圖6所示. 延長(zhǎng)CB,過A點(diǎn)作AD⊥CD,垂足為D,可得AD=bsinC=csin∠ABD=csin(180°-∠ABC)=csin∠ABC,即=. 同理可得=. 故==.

        即可得出正弦定理:在一個(gè)三角形中,各邊和它所對(duì)角的正弦的比相等,即==.

        設(shè)計(jì)意圖:通過對(duì)銳角三角形和鈍角三角形中正弦定理的證明,體現(xiàn)了數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性.在證明過程中,教師適當(dāng)啟發(fā)誘導(dǎo),讓學(xué)生經(jīng)歷正弦定理的證明過程,養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣,培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力.

        階段4:自由定向.

        設(shè)計(jì)5:正弦定理的應(yīng)用探索.

        問題1:解三角形.一般地,把三角形的三個(gè)角A,B,C和它們的對(duì)邊a,b,c叫做三角形的元素.已知三角形的幾個(gè)元素,求其他元素的過程叫做解三角形.

        題1:在△ABC中,角A,B,C的對(duì)邊分別是a,b,c,若A∶B∶C=1∶2∶3,則a∶b∶c等于( ?)

        A. 1∶2∶3 B. 2∶3∶4

        C. 3∶4∶5D. 1∶∶2

        題2:在△ABC中,A=60°,a=,b=,則B等于( ?)

        A. 45°或135°B. 60°

        C. 45° D. 135°

        題3:在△ABC中,b=1,c=,C=,則a=________.

        問題2:正弦定理的使用條件.

        教師:通過上面的例題,發(fā)現(xiàn)正弦定理能夠幫助我們解決哪種類型的三角形問題?

        學(xué)生:已知三角形任意兩角及一邊,可解出其余邊和角.

        教師:還有嗎?

        學(xué)生:已知三角形任意兩邊和其中一邊的對(duì)角,可解出其余邊和角.

        教師:回答得很好. 通過習(xí)題訓(xùn)練,大家都明確了正弦定理的相關(guān)應(yīng)用.那么已知兩邊和夾角,怎么解三角形?

        (學(xué)生陷入沉思)

        教師:這個(gè)問題現(xiàn)在我們還無(wú)法解決,需要下節(jié)課學(xué)習(xí)余弦定理后來(lái)解決該問題.

        設(shè)計(jì)意圖:?jiǎn)栴}1的提出,學(xué)生能夠在實(shí)際解題中體驗(yàn)正弦定理的應(yīng)用,并鞏固所學(xué)知識(shí). 問題2基于問題1的習(xí)題訓(xùn)練,讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)活動(dòng),提出并歸納正弦定理的使用條件. 同時(shí),設(shè)置懸念問題,為下節(jié)課學(xué)習(xí)做好鋪墊,激發(fā)學(xué)生對(duì)下節(jié)課學(xué)習(xí)的興趣.

        階段5:整合.

        設(shè)計(jì)6:以問答形式總結(jié)反思.

        通過問答形式讓學(xué)生歸納和總結(jié)本節(jié)課的內(nèi)容,回顧正弦定理的證明過程.總結(jié)其中涉及的知識(shí)點(diǎn)、思想和方法,并強(qiáng)調(diào)正弦定理的使用條件.

        提出課后思考問題:(1)還有沒有其他方法可以證明正弦定理?(2)已知兩邊和夾角,怎么解三角形?

        設(shè)計(jì)意圖:通過學(xué)生自己歸納和總結(jié),以鞏固和復(fù)習(xí)這節(jié)課內(nèi)容,收獲思想和方法,并提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.利用課后思考問題,增強(qiáng)學(xué)生課后探索求知的興趣.

        [?]教學(xué)反思

        基于范希爾幾何理論設(shè)計(jì)正弦定理這節(jié)課,能夠更好地引導(dǎo)教學(xué)方向,促進(jìn)高質(zhì)量教學(xué)課堂的構(gòu)建,提升學(xué)生幾何直觀能力,以下是幾點(diǎn)教學(xué)思考.

        1. 厘清五個(gè)教學(xué)階段,使教學(xué)內(nèi)容更具系統(tǒng)性、層次感

        結(jié)合范希爾幾何理論的五個(gè)教學(xué)階段,教師能夠充分把握教學(xué)進(jìn)度,合理設(shè)計(jì)教學(xué),如情境創(chuàng)設(shè)、“問題串”設(shè)計(jì)、自主探究活動(dòng)等環(huán)節(jié),這樣既能夠讓教師在課堂教學(xué)中做到游刃有余,也能關(guān)注到學(xué)生的發(fā)展和探究能力的培養(yǎng),促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提升,真正做到在教學(xué)中教思考、教體驗(yàn)、教表達(dá). 重視情境問題的創(chuàng)設(shè),情境要貼合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平.設(shè)計(jì)“問題串”,能夠激發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣和求知欲. 在解決問題過程中,培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力,增強(qiáng)學(xué)生問題提出和解決的能力. 在新課程背景下,要求增加學(xué)生自主探究環(huán)節(jié),旨在強(qiáng)調(diào)學(xué)生基于情境,獨(dú)立解決問題,積累豐富的學(xué)習(xí)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn),在探究中習(xí)得關(guān)鍵的數(shù)學(xué)思想和方法. 基于范希爾幾何理論設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容,更具系統(tǒng)性、層次感. 一方面,教學(xué)知識(shí)規(guī)劃更系統(tǒng),對(duì)應(yīng)范希爾幾何理論的五個(gè)教學(xué)階段來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容,使得教學(xué)時(shí)間分配和教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)上更為合理. 另一方面,教學(xué)過程更具層次感. 知識(shí)學(xué)習(xí)應(yīng)遵循循序漸進(jìn)的原則,能夠做到由淺到深、由簡(jiǎn)到繁,更好地滿足學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展.

        2. 有效結(jié)合信息技術(shù),讓教學(xué)更加生動(dòng)直觀

        在正弦定理教學(xué)中,在探究各邊與其對(duì)角正弦的比值中,適當(dāng)借助幾何畫板,將常見的三種三角形的邊與對(duì)角正弦值之比表示出來(lái),學(xué)生通過觀察圖形變化,能夠發(fā)現(xiàn)其比值始終是相等的,從而得出正弦定理,這樣做不僅將復(fù)雜、抽象的內(nèi)容具體化,而且能夠加深學(xué)生對(duì)正弦定理的理解,幫助學(xué)生構(gòu)建完整的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹R(shí)體系,在今后的正弦定理使用中,能夠做到厘清知識(shí)誤區(qū),準(zhǔn)確應(yīng)用于實(shí)際解題中.

        3. 以學(xué)生為主體,促進(jìn)“三教”的生成

        無(wú)論是情境問題的創(chuàng)設(shè),還是教學(xué)中正弦定理證明的探索過程,都強(qiáng)調(diào)學(xué)生為主體的教學(xué)觀,具體應(yīng)從以下三點(diǎn)出發(fā):一是要教會(huì)學(xué)生“思考”. 教學(xué)要做到“不憤不啟,不悱不發(fā)”,目的是在嚴(yán)格要求學(xué)生的同時(shí),適時(shí)啟發(fā)誘導(dǎo)學(xué)生思考,給予學(xué)生足夠的思考時(shí)間,讓學(xué)生經(jīng)歷思考的過程,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力. 二是要教會(huì)學(xué)生“體驗(yàn)”. 著名教育家杜威提倡“做中學(xué)”,目的就是要求學(xué)生在課堂中,通過經(jīng)歷實(shí)踐活動(dòng),在探究問題的過程中,能夠積累豐富的知識(shí)及活動(dòng)經(jīng)驗(yàn),這樣有助于構(gòu)建較為系統(tǒng)的、完整的知識(shí)體系,對(duì)于學(xué)生后期學(xué)習(xí)是十分有益的.三是教會(huì)學(xué)生表達(dá). 培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力并非一蹴而就,因此要落實(shí)到教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中. 教學(xué)是師生、生生互動(dòng)的過程,在教學(xué)問答中,要關(guān)注學(xué)生表達(dá)的方式和語(yǔ)言的準(zhǔn)確性,適時(shí)糾正學(xué)生表達(dá)的誤區(qū). 在探究環(huán)節(jié)中,要倡導(dǎo)學(xué)生間的合作交流,積極營(yíng)造良好的活動(dòng)氛圍,讓每個(gè)學(xué)生都能參與其中,積極表述各自對(duì)問題的看法.

        參考文獻(xiàn):

        [1] ?中華人民共和國(guó)教育部. 義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)[M]. 北京:北京師范大學(xué)出版社,2012.

        [2] ?中華人民共和國(guó)教育部. 普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)[M]. 北京:人民教育出版社,2018.

        [3] ?鮑建生,周超. 數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的心理基礎(chǔ)與過程[M]. 上海:上海教育出版社,2009.

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