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例1(湖南湘潭市)如圖1,將一副七巧板拼成一只小貓,則下圖中∠AOB=.
解析觀察發現這里正方形內的七巧板有5塊是等腰直角三角形,1塊正方形和1塊銳角為45°的平行四邊形。利用數字標出組成正方形和小貓的七巧板之間的對應關系,如圖2所示,∠AOB內部的兩塊是等腰直角三角形,則∠AOB=90°.
例2(湖北荊門市)用四個全等的矩形和一個小正方形拼成如圖3所示的大正方形,已知大正方形的面積是144,小正方形的面積是4,若用x,y表示矩形的長和寬(x>y),則下列關系式中不正確的是()
(A)x+y=12.(B)x-y=2.(C)xy=35.(D)x+y=144.
解析觀察拼圖3可發現:大正方形的邊長是矩形的長和寬之和;小正方形的邊長是矩形的長和寬之差.由大正方形的面積是144可知其邊長是12,即x+y=12①;由小正方形的邊長是4可知其邊長是2,即x-y=2②,因此選項A和B的關系式均正確.解①、②得x=7,y=5.因此:xy=35,x+y=74.所以答案為選擇D.
點評例1、例2的拼圖試題在教材中是具有相應原型的,這里改編成中考試題可謂老樹發新枝。事實上學生若能認真觀察圖形的本身特點進而找到相應數量關系,準確解答并不是件難事。
2與多邊形、圓相結合,注重考察學生對幾何性質的綜合運用.
例3(陜西省)如圖4,梯形ABCD中,AB∥CD,∠ADC+∠BCD=90°,且DC=2AB,分別以DA、AB、BC為邊向梯形外作正方形,其面積分別為S1、S2、S3,則S1、S2、S3之間的關系是.
解析此題中所求三個正方形的面積S1、S2、S3之間的關系實質是求梯形ABCD的兩個腰長及上底邊邊長
三者的平方關系.可利用梯形的高來建立橋梁
作用.如圖5,分別過點
A、B做AEDC,BFDC,
垂足分別為E、F.設
梯形ABCD的高為h,
AB=a,DE=x,則DC=2a,FC=a-x.由于∠ADC+∠BCD=90°,可證得AED∽CFB,有h2=ax-x.S1=AD2=h2+x2=ax,S2=a2,S3=BC2=h2+(a-x)2=a2-ax.因此:S1+S3=S2.
例4(江蘇南通市)在一次數學探究性學習活動中,某學習小組要制作一個圓錐體模型,操作規則是:在一塊邊長為16cm的正方形紙片上剪出一個扇形和一個圓,使得扇形圍成圓錐的側面時,圓恰好是該圓錐的底面.他們首先設計了如圖6所示的方案一,發現這種方案不可行,于是他們調整了扇形和圓的半徑,設計了如圖7所示的方案二.(兩個方案的圖中,圓與正方形相鄰兩邊及扇形的弧均相切.方案一中扇形的弧與正方形的兩邊相切)
(1)請說明方案一不可行的理由;
(2)判斷方案二是否可行?若可行,請確定圓錐的母線長及其底面圓半徑;若不可行,請說明理由.
解析(1)因為扇形ABC的弧長=×16×2π=8π,因此圓的半徑應為4cm.由于所給正方形紙片的對角線長為cm,而制作這樣的圓錐實際需要正方形紙片的對角線長為cm,由于,所以方案一不可行.
(2)設圓錐底面圓的半徑為r,圓錐的母線長為R,則①,②,由①②,可解得,.故所求圓錐的母線長為cm,底面圓的半徑為cm.
點評將正方形與多邊形、圓結合是中考中出現頻率較高的題目。此類題目涉及知識點較多,跨度較大,需要學生具有較為扎實的基本功,具有綜合運用相關數學知識的能力。
3與“動點問題”相結合,注重考察學生對不變因素的探究能力.
例5(湖北武漢市)正方形ABCD中,點O是對角線AC的中點,P是對角線AC上一動點,過點P作PFCD于點F。如圖8,當點P與點O重合時,顯然有DF=CF.
(1)如圖9,若點P在線段AO上(不與點A、O重合),PEPB且PE交CD于點E.
①求證:DF=EF;
②寫出線段PC、PA、CE之間的一個等量關系,并證明你的結論;
(2)若點P在線段OC上(不與點O、C重合),PEPB且PE交直線CD于點E。請完成圖10并判斷(1)中的結論①、②是否分別成立?若不成立,寫出相應的結論(所寫結論均不必證明)
解析(1)①如圖11過點P做PHBC,垂足為點H,連接PD.此時四邊形PFCH為正方形.容易證出APB≌APD,推得∠BPC=∠DPC,進一步可得∠BPH=∠DPF;由∠BPH+∠HPE=90°,∠EPF+∠HPE=90°,得∠BPH=∠EPF.因為PEDC,可證得DF=FE.
②由EF+CE=PC得:DF=EF=PC-EC.因為PF∥AD,有,將DF=PC-EC代入得:PC=PA+CE.
(2)連接PB、PD,做PFDC,PHBC,垂足分別為F、H,在DC延長線上取一點E,使得PEPB.此時有結論①DF=EF成立.而結論②不成立,PC、PA、EC存在PA=PC+EC關系.證明與②類似,略.
點評動點問題是中考熱點問題之一,它要求學生善于抓住運動變化的規律性和不變因素,把握運動與靜止的辨證關系.例5中,無論動點P在線段AC上如何運動,∠BPE是直角以及四邊形PFCH為正方形是不變的.
4與對稱、旋轉相結合,注重考察學生變換的數學思想.
例6(重慶市)如圖13,在正方形紙片ABCD中,對角線AC、BD交于點O,折疊正方形紙片ABCD,使AD落在BD上,點A恰好與BD上的點F重合.展開后,折痕DE分別交AB、AC于點E、G,.連接GF.下列結論:①∠AGD=112.5°;②tan∠AED=2;③SAGD=SOGD;④四邊形AEFG是菱形;⑤BE=2OG.其中正確結論的序號是.
解析由題意可知AED和FED關于ED所在的直線對稱,有AE=EF,AG=GF,∠ADE=∠FDE=∠ADB=22.5°.則∠AGD=180°-∠ADE-∠DAG=112.5°.由于易求得∠AGE=∠AEG=67.5°,則AE=AG.因而,AE=EF=FG=AG,四邊形AEFG是菱形.設AE=k,容易證得EFB和OGF均是等腰直角三角形,則EB=k,OG=k.因此EB=2OG.所以正確的結論是①、④、⑤,其余結論顯然不成立。
例7(黑龍江齊齊哈爾市)已知:正方形ABCD中,∠MAN=45°,∠MAN繞點A順時針旋轉,它的兩邊分別交CB,DC(或它們的延長線)于點M,N.當∠MAN繞點A旋轉到BM=DN時(如圖14),易證BM+DN=MN.
(1)當∠MAN繞點A旋轉到BM≠DN時(如圖15),線段BM,ND和MN之間有怎樣的數量關系?寫出猜想,并加以證明.
(2)當∠MAN繞點A旋轉到如圖16的位置時,線段BM,ND和MN之間又有怎樣的數量關系?請直接寫出你的猜想.
解析(1)如圖17,把AND繞點A順時針90°,得到ABE,則有DN=BE,∠EAM=∠MAN=45°.進而可證得:AEM≌AMN.所以MN=ME=MB+EB=MB+DN.
(2)線段BM,ND和MN之間存在MN=DN-MB.
點評平移、翻折和旋轉是初中幾何重要的三種變換方式,變換之后的幾何圖形與原圖形對應的邊、角均相等.巧妙的運用變換的基本性質或構造變換圖形,均可以使題目的解答簡易而順暢.
5與函數圖象相結合,注重考察學生的數形結合思想.
例8(湖南長沙市)在平面直角坐標系中,一動點P(x,y)從M(1,0)出發,沿由A(-1,1),B(-1,-1),C(1,-1),D(1,1)四點組成的正方形邊線(如圖18)按一定方向運動。圖19是P點運動的路程s(個單位)與運動時間(秒)之間的函數圖象,圖20是P點的縱坐標y與P點運動的路程s之間的函數圖象的一部分.
(1)s與t之間的函數關系式是:;
(2)與圖20相對應的P點的運動路徑是:;P點出發秒首次到達點B;
(3)寫出當3≤s≤8時,y與s之間的函數關系式,并在圖16中補全函數圖象.
解析(1)圖19是正比例函數圖象,易求得s與t之間的函數關系式為:S=(t≥0)
(2)從圖20的函數圖象可以看出,動點P的縱y在運動時隨時間t的增大開始時逐漸增大,而后又不變,最后又減小至0,說明P點在正方形的運動路徑是:MDAN.由圖18、19可知,P點從點M運動到點B的路程為5,速度為0.5,所以首次到達點B需要時間為10秒.
(3)結合圖18和圖20,分析可得,第1秒之前,動點P從點M向點D處運動;第1至3秒時,動點P從點D向點A處運動;第3至5秒時,動點P從點A向點B處運動;第5至7秒時,動點P從點B向點C處運動;第7至8秒時,動點P從點C向點M處運動.時間段不同,函數關系不同,因此列分段函數為:當3≤s<5,y=4-s;當5≤s<7,y=-1;當7≤s≤8,y=s-8.補全的函數圖象如圖21.
點評函數圖象問題是數形結合的數學思想的重要體現,在中考試卷中也往往作為具有一定區分度的題目出現。例8是一個分段函數問題,其關鍵是依據函數圖象弄清楚點P在正方形ABCD上的哪一段運動,坐標與時間、路程如何變化.
6與實際問題相結合,注重考察學生構建數學模型的能力.
例9(湖北荊門市)某人定制了一批地磚,每塊地磚(如圖21所示)是邊長為0.4米的正方形ABCD,點E、F分別在邊BC和CD上,CFE、ABE和四邊形AEFD均由單一材料制成,制成CFE、ABE和四邊形AEFD的三種材料的每平方米價格依次為30元、20元、10元,若將此種地磚按圖22所示的形式鋪設,且能使中間的陰影部分組成四邊形EFGH.
(1)判斷圖22中四邊形EFGH是何形狀,并說明理由;
(2)E、F在什么位置時,定制這批地磚所需的材料費用最省?
解析:(1)四邊形EFGH是正方形.圖22可以看作是由四塊圖21所示地磚繞C點按順時針方向旋轉90°后得到的,故CE=CF=CG=CH.因此CEF是等腰直角三角形.所以因此四邊形EFGH是正方形.
“不論我們選教什么學科,務必使學生理解該學科的基本結構。”所謂基本結構就是指“基本的、統一的觀點,或者是一般的、基本的原理。”“學習結構就是學習事物是怎樣相互關聯的。”數學思想與方法為數學學科的一般原理的重要組成部分。下面從基本結構學說中來看數學思想、方法教學所具有的重要意義。
第一.“懂得基本原理使得學科更容易理解”。心理學認為“由于認知結構中原有的有關觀念在包攝和概括水平上高于新學習的知識,因而新知識與舊知識所構成的這種類屬關系又可稱為下位關系,這種學習便稱為下位學習。”當學生掌握了一些數學思想、方法,再去學習相關的數學知識,就屬于下位學習了。下位學習所學知識“具有足夠的穩定性,有利于牢固地固定新學習的意義,”即使新知識能夠較順利地納入到學生已有的認知結構中去。學生學習了數學思想、方法就能夠更好地理解和掌握數學內容。
第二.有利于記憶。除非把一件件事情放進構造得好的模型里面,否則很快就會忘記。學習基本原理的目的,就在于保證記憶的喪失不是全部喪失,而遺留下來的東西將使我們在需要的時候得以把一件件事情重新構思起來。高明的理論不僅是現在用以理解現象的工具,而且也是明天用以回憶那個現象的工具。
由此可見,數學思想、方法作為數學學科的“一般原理”,在數學學習中是至關重要的。無怪乎有人認為,對于中學生“不管他們將來從事什么業務工作,唯有深深地銘刻于頭腦中的數學的精神、數學的思維方法、研究方法,卻隨時隨地發生作用,使他們受益終生。”
第三.學習基本原理有利于“原理和態度的遷移”。這種類型的遷移應該是教育過程的核心——用基本的和一般的觀念來不斷擴大和加深知識。曹才翰教授也認為,“如果學生認知結構中具有較高抽象、概括水平的觀念,對于新學習是有利的,”“只有概括的、鞏固的和清晰的知識才能實現遷移。”美國心理學家賈德通過實驗證明,“學習遷移的發生應有一個先決條件,就是學生需先掌握原理,形成類比,才能遷移到具體的類似學習中。”學生學習數學思想、方法有利于實現學習遷移,特別是原理和態度的遷移,從而可以較快地提高學習質量和數學能力。
第四.強調結構和原理的學習,“能夠縮短‘高級’知識和‘初級’知識之間的間隙。”一般地講,初等數學與高等數學的界限還是比較清楚的,特別是中學數學的許多具體內容在高等數學中不再出現了,有些術語如方程、函數等在高等數學中要賦予它們以新的涵義。而在高等數學中幾乎全部保留下來的只有中學數學思想和方法以及與其關系密切的內容,如集合、對應等。因此,數學思想、方法是聯結中學數學與高等數學的一條紅線。
2.中學數學教學內容的層次
中學數學教學內容從總體上可以分為兩個層次:一個稱為表層知識,另一個稱為深層知識。表層知識包括概念、性質、法則、公式、公理、定理等數學的基本知識和基本技能,深層知識主要指數學思想和數學方法。
表層知識是深層知識的基礎,是教學大綱中明確規定的,教材中明確給出的,以及具有較強操作性的知識。學生只有通過對教材的學習,在掌握和理解了一定的表層知識后,才能進一步的學習和領悟相關的深層知識。
深層知識蘊含于表層知識之中,是數學的精髓,它支撐和統帥著表層知識。教師必須在講授表層知識的過程中不斷地滲透相關的深層知識,讓學生在掌握表層知識的同時,領悟到深層知識,才能使學生的表層知識達到一個質的“飛躍”,從而使數學教學超脫“題海”之苦,使其更富有朝氣和創造性。
那種只重視講授表層知識,而不注重滲透數學思想、方法的教學,是不完備的教學,它不利于學生對所學知識的真正理解和掌握,使學生的知識水平永遠停留在一個初級階段,難以提高;反之,如果單純強調數學思想和方法,而忽略表層知識的教學,就會使教學流于形式,成為無源之水,無本之木,學生也難以領略到深層知識的真諦。因此,數學思想、方法的教學應與整個表層知識的講授融為一體,使學生逐步掌握有關的深層知識,提高數學能力,形成良好的數學素質。
3.中學數學中的主要數學思想和方法
數學思想是分析、處理和解決數學問題的根本想法,是對數學規律的理性認識。由于中學生認知能力和中學數學教學內容的限制,只能將部分重要的數學思想落實到數學教學過程中,而對有些數學思想不宜要求過高。我們認為,在中學數學中應予以重視的數學思想主要有三個:集合思想、化歸思想和對應思想。其理由是:
(1)這三個思想幾乎包攝了全部中學數學內容;
(2)符合中學生的思維能力及他們的實際生活經驗,易于被他們理解和掌握;
(3)在中學數學教學中,運用這些思想分析、處理和解決數學問題的機會比較多;
(4)掌握這些思想可以為進一步學習高等數學打下較好的基礎。
此外,符號化思想、公理化思想以及極限思想等在中學數學中也不同程度地有所體現,應依據具體情況在教學中予以滲透。
數學方法是分析、處理和解決數學問題的策略,這些策略與人們的數學知識,經驗以及數學思想掌握情況密切相關。從有利于中學數學教學出發,本著數量不宜過多原則,我們認為目前應予以重視的數學方法有:數學模型法、數形結合法、變換法、函數法和類分法等。一般講,中學數學中分析、處理和解決數學問題的活動是在數學思想指導下,運用數學方法,通過一系列數學技能操作來完成的。
4.數學思想方法的教學模式
數學表層知識與深層知識具有相輔相成的關系,這就決定了他們在教學中的辯證統一性。基于上述認識,我們給出數學思想方法教學的一個教學模式:
操作——掌握——領悟
對此模式作如下說明:
(1)數學思想、方法教學要求教師較好地掌握有關的深層知識,以保證在教學過程中有明確的教學目的;
(2)“操作”是指表層知識教學,即基本知識與技能的教學。“操作”是數學思想、方法教學的基礎;
(3)“掌握”是指在表層知識教學過程中,學生對表層知識的掌握。學生掌握了一定量的數學表層知識,是學生能夠接受相關深層知識的前提;
數學學科是一門以鍛煉和培養學習對象數學學習技能為主要任務的知識科學。新實施的初中數學課程標準也強調指出,要樹立學習能力培養第一要務的理念,將學習能力培養貫穿和落實于整個教學活動進程之中。筆者發現,學習對象在感知問題條件內容、找尋解題思路以及歸納解答問題方法的進程中,學習對象的數學學習技能得到切實鍛煉和有效培養。這就要求,教師案例教學要深入貫徹落實數學課改標準要求,將數學能力培養內化為重要“使命”,貫穿、落實于案例講解之中,既要提供學生動手探究、思考分析、判斷推理的實踐時機,又要強化探究實踐活動過程的指導,做到“收放有度”,效果最佳,實現數學學習技能素養的顯著提升。問題:如圖所示,在兩個正方形ABCD和CEFG中,點D在CG上,BC=1,CE=3,H是AF的中點,試求出CH的長是多少?學生自主感知問題條件認為:該問題主要是對直角三角形斜邊上的中線、勾股定理、勾股定理的逆定理等性質內容。學生小組合作討論解題思路,得到:根據題意,可以采用添加輔助線的方法,連接AC和CF,然后根據正方形的性質內容求得AC和CF的長度,以及∠ACD與∠GCF度數,然后得到∠ACF的度數,根據勾股定理列出其方程式,求出AF的長度,最后結合直角三角形的相關性質內容即可求得。教師及時指導。學生開展解題過程。教師組織學生獨自總結歸納解題活動,教師在學生討論總結的基礎上進行指導總結,引導學生探析歸納,得出其解法為:“利用直角三角形的性質,正方形的性質以及勾股定理等內容。其中,利用構造法添加輔助線,構造直角三角形是該案例解析活動的關鍵”。
二、堅持與指導評析相結合,實施評價式案例教學活動
教師作為教學活動的組織者、指導者、推動者,需要對學習對象的認知情況、探析效果、思維過程、解析結果等進行及時、深入、科學的指導和評判。眾所周知,初中生由于學習能力與初中階段教學要求之間的不對稱性,導致學生分析、思考等方面出現不足和瑕疵,這就要求初中數學教師必須做好“指導者”的角色,深入指導、科學評判學生學習效果及表現,并提出其合理化建議。在案例教學中,教師也應做好對初中生解析案例活動的指導工作,針對出現的分析條件不深刻、解析問題不全面、解題過程不嚴密、歸納方法不深入等問題,進行及時、深刻的指導和評析活動,幫助初中生形成良好的思考、分析、解題方法和習慣。如教師在巡視指導學生解答“一元二次方程與根的系數之間關系”的案例過程中,出現的“不能正確理解和運用根與系數的關系”的解析不足情況,采用評價式教學方式,發揮教師指導評價的主導作用,展示其中具有代表性的錯誤解題過程,先組織學生再次進行思考分析活動,學生思考分析初步認識到:“該問題分析解答時,忽視和錯用了韋達定理內容”。此時,教師進行總結陳述。學生在教師評價指導過程中,既認清了解題活動的不足,又掌握了解決不足的方法,形成了良好解題思想方法,有效提升了初中生解題技能素養。值得注意的是,教師在數學問題案例評講過程中,要善于轉化評價形式,采用生評為主的評價形式,引導學生組成評析小組,對該案例開展評析指導活動,教師做好巡視指導工作。
三、堅持與中考要求相結合,實施綜合性案例教學活動