王積社 張君敏
摘 要: “過程→生成”教學(xué)理念認(rèn)為:教學(xué)要向?qū)W生展現(xiàn)“有價(jià)值有思想有活力的、順應(yīng)學(xué)生思維與教育規(guī)律的、具有整體性連續(xù)性生成性的知識生成過程”,基于“過程→生成”教學(xué)理念,給出了圓與直線位置關(guān)系的教學(xué)設(shè)計(jì).
關(guān)鍵詞: “過程→生成”教學(xué)理念 圓與直線的位置關(guān)系 教學(xué)設(shè)計(jì)
閱讀《人民日報(bào)》文章《“留學(xué)赤字”呼喚教育改革》一文,思緒難禁:新一輪教育改革已過十年,何須一再喚?十來歲的孩子海外夏令營后就堅(jiān)決要求出國留學(xué),豈不為怪?可見我國的教育改革成效如何?我國的教育使孩子們感受到了什么?曾聽朋友說,其9歲的孫女每晚做作業(yè)到伏案而眠。因此我們必須實(shí)實(shí)在在地反思我們的教育:社會對教育的影響,教育體制的弊端,“注入→題?!笔浇虒W(xué)方法的危害.因此,筆者力薦“過程→生成”教學(xué)理念,意在改變“注入→題海”式的教學(xué)理念及方法.
1.“過程→生成”教學(xué)理念
1.1基本觀點(diǎn)
觀點(diǎn)一:有人說我國的教育是“基礎(chǔ)有余、創(chuàng)新缺乏”,所以必須以抓創(chuàng)新來彌補(bǔ)不足.但筆者認(rèn)為我國教育不是“基礎(chǔ)有余”,而是“基礎(chǔ)無力”,因?yàn)椤白⑷搿}?!笔降慕虒W(xué)只是使學(xué)生機(jī)械地記憶、呆滯地解題,結(jié)果是根系淺弱、活力不足,在此基礎(chǔ)上不可能迸發(fā)出創(chuàng)新的萌芽.所以我們決不應(yīng)自持“基礎(chǔ)有余”而得意忘形,而必須以“夯實(shí)基礎(chǔ),力求創(chuàng)新”為目標(biāo)而努力奮斗.如何夯實(shí)基礎(chǔ)?應(yīng)該讓學(xué)生通過知其所以然而達(dá)到知其然,這里的“知其然”并非只是簡單地知道“因?yàn)椤浴?,而?yīng)是理解知識的來龍去脈;如何力求創(chuàng)新,應(yīng)該使學(xué)生在所有的學(xué)習(xí)過程中始終感受或親歷知識的創(chuàng)生過程.
觀點(diǎn)二:大都說應(yīng)試是教學(xué)改革的瓶頸,但筆者認(rèn)為教學(xué)改革的障礙并非為應(yīng)試,而是傳統(tǒng)的觀念與方法.首先,審度古今中外、展望過去未來,不難明白一個(gè)道理:社會需要人才→人才需要選拔→選拔難免考試→考試必有應(yīng)試→應(yīng)試需要教育,所以考試是必需的,應(yīng)試不僅合法而且是教育的職責(zé).其次,無論面對何種方式的考試,“注入→題?!笔綉?yīng)試絕非是靈丹妙藥,尤其在21世紀(jì),押寶式的“注入→題?!苯虒W(xué)更難應(yīng)對素質(zhì)與能力的測試.例如2013年××省普通高中教師職務(wù)培訓(xùn)中,就有教師說:“現(xiàn)在的考試很喜歡給出一個(gè)新的定義,讓學(xué)生在閱讀后根據(jù)定義開始做題,然而看似簡單的題目就是做不好”,為何?值得深思.所以從應(yīng)試來看也必須棄絕傳統(tǒng)觀念,建立適合素質(zhì)與能力培養(yǎng)的教學(xué)理念與方法.
觀點(diǎn)三:十多年來,我國“創(chuàng)新型”教學(xué)研究論文多達(dá)數(shù)十萬篇,然而“注入式”教學(xué)卻愈演愈烈,那么為何“創(chuàng)新型”難以踐行?不難發(fā)現(xiàn):傳統(tǒng)觀念的禁錮造成了認(rèn)識上的困難,學(xué)習(xí)內(nèi)容并非都能由學(xué)生自主探究而得造成了操作上的困難,課時(shí)的不足、班容量過大造成了落實(shí)上的困難,等等.諸多困難下,不繼續(xù)注入式的講授又能如何?因此就形成研究歸研究、教學(xué)歸教學(xué)、“公開穿新鞋,關(guān)門走老路”的惡性循環(huán),說好點(diǎn)也無非是“十寒一曝”(“十次注入式講授”+“一次新型教法”).所以教學(xué)改革的當(dāng)務(wù)之急是建立適應(yīng)素質(zhì)與能力培養(yǎng)的基本教學(xué)理念,以如此理念的講授法為基礎(chǔ)而力求踐行新型教法,使學(xué)生的學(xué)習(xí)始終沉浸在良好的學(xué)習(xí)環(huán)境中.“過程→生成”教學(xué)理念就是面向素質(zhì)與能力培養(yǎng)的基本教學(xué)理念.
1.2“過程→生成”教學(xué)理念
“過程→生成”教學(xué)理念:知識不是靜態(tài)的文本,而是其生成過程.所以“教”就應(yīng)該模擬、展現(xiàn)知識的生成過程,“學(xué)”就應(yīng)該感受、理解知識的生成過程,二者統(tǒng)一在有價(jià)值、有思想、有活力、順應(yīng)學(xué)生思維與教育規(guī)律的知識生成過程中.于是:教學(xué)過程=學(xué)習(xí)過程=知識生成過程.
“過程→生成”教學(xué),就是在“過程→生成”教學(xué)理念指導(dǎo)下,以夯實(shí)基礎(chǔ)、力求創(chuàng)新為目標(biāo),向?qū)W生展現(xiàn)“有價(jià)值有思想有活力的、順應(yīng)學(xué)生思維與教育規(guī)律的、具有整體性連續(xù)性生成性的知識生成過程”.如何展現(xiàn),既可講授(“過程→生成”講授法),更可施以各種新型教法.
“過程→生成”教學(xué)的一般框架:首先以具有整體性、連續(xù)性、活力性的過程而生成本單元的基本知識;其次在基本知識的基礎(chǔ)上以適當(dāng)?shù)姆椒ㄕ归_研究或練習(xí),從而獲得本單元的所有知識與方法;最后形成本單元的知識結(jié)構(gòu).
“過程→生成”理念的價(jià)值取向:期望通過良好的知識生成過程的熏陶使學(xué)生步入有思想、會思維、明事理、敢創(chuàng)造的境界;期望以此建立良好的講授基礎(chǔ)而和諧地融入各種新型教法,從而為學(xué)生營造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境,達(dá)到夯實(shí)基礎(chǔ)、力求創(chuàng)新的目的.過程是為了基礎(chǔ),生成是為了創(chuàng)新.
簡言之:教學(xué)教什么?教思維,教過程.教具有整體性、連續(xù)性、生成性的思維過程.
2.基于“過程→生成”理念的教學(xué)設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)說明
當(dāng)前教育改革中,一種被認(rèn)為優(yōu)秀的“情景,定義→性質(zhì)→定理→例題,解答情景問題”數(shù)學(xué)教學(xué)方式在各種“公開場合”下廣泛流行,但殊不知其乃是傳統(tǒng)的“定義→性質(zhì)→定理→例題”模式在改革形勢下的偽裝.例如,2013年XX省普通高中教師職務(wù)(網(wǎng)絡(luò))培訓(xùn)所提供給學(xué)員的學(xué)習(xí)資料中,就有這樣一個(gè)教學(xué)視頻,其內(nèi)容是“圓與直線的位置關(guān)系”,其過程如下:①提出輪船是否受臺風(fēng)影響問題;②回顧初三學(xué)過的直線與圓的位置關(guān)系的判定方法,直接稱其“為幾何法”→提出用圓與直線的公共點(diǎn)的個(gè)數(shù)判定位置關(guān)系的方法,直接稱其“定義法”→做練習(xí);③解決開始的臺風(fēng)問題.整個(gè)過程都是注入式的,如:不注重問題解決的過程、不注重誘導(dǎo)啟發(fā)、不關(guān)注學(xué)生的思維、全程直接式提問,等等,然而參訓(xùn)學(xué)員卻對此予高度評價(jià).如此視頻及評價(jià)充分表現(xiàn)出當(dāng)前的教學(xué)改革中存在的嚴(yán)重問題.
針對如此教法,本文基于“過程→生成”理念,也給出“直線與圓的位置關(guān)系”的教學(xué)設(shè)計(jì),期望鑒別討論.本文的設(shè)計(jì)思路如下:提出“臺風(fēng)問題”解決“臺風(fēng)問題”且獲得判定直線與圓位置關(guān)系的方法拓展“臺風(fēng)問題”→基本練習(xí):先以教材例題1的條件給出一個(gè)基本的判定練習(xí),再以“一題多變”的思維將基本練習(xí)變化到教材中的例題1在研究性過程中引入了教材中的例題2→小結(jié).
準(zhǔn)確地說本設(shè)計(jì)并非是具體的教學(xué)方案,而只是給出了一種供參考的知識生成過程,至于教學(xué)中如何實(shí)現(xiàn),應(yīng)該根據(jù)具體情況、酌情選擇教法:講授式、開放式、探究式均可.
2.2具體設(shè)計(jì)
(1)問題提出:一艘輪船在沿直線返回港口的途中接到臺風(fēng)預(yù)報(bào):臺風(fēng)中心位于輪船正西80km處,受臺風(fēng)影響區(qū)域的最大半徑是47.9km.已知港口位于臺風(fēng)中心正北60km處,因此需要決斷:輪船是否可以不改變航線繼續(xù)返航?
(2)問題解決:
①建模
師:誰能幫助船長做出決定?(若無人回答則繼續(xù)提問)做決定的依據(jù)是什么?
生:輪船航線是否穿過臺風(fēng)影響區(qū)域.
師:那么誰能說出輪船航線是否穿過臺風(fēng)區(qū)域呢?(若無人回答則繼續(xù)提問),能看出來嗎?能測量出來嗎?(這里設(shè)計(jì)系列提問,通過諸多的“不能”使學(xué)生認(rèn)識建立幾何模型的重要意義.需要說明的是:“過程→生成”教學(xué)要求,提問盡量不用“直接式”且要注重挑戰(zhàn)性與幽默性,提問要注重語氣、語調(diào)與節(jié)奏,以達(dá)到激發(fā)興趣,引起共鳴的效果.如采用講授方式,則更要注意表述思維過程的語言藝術(shù).)
生:不能.
師:為何不能?
生:距離太遠(yuǎn).
師:那怎么辦?誰有對付“距離太遠(yuǎn)”的妙招?……(若無人回答,則自言自語)偌大的戰(zhàn)場,如何指揮戰(zhàn)斗呢?(如果時(shí)間允許,介紹歐拉解決“七橋問題”的建模思想則更好.)
生:哦……地圖.
師:有辦法了?
生:有啦,圖,畫一個(gè)圖幫助我們判斷.
師:好,行動.
酌情選擇教法,分析問題條件,參照地圖知識,確定方向距離與作圖比例,建立圖1所示的模型圖.在這里,作圖要盡可能精確,因?yàn)閱栴}的圓心到直線的距離與圓的半徑相差不大(這是特意設(shè)計(jì)的),于是即便是盡可能精確而做出的圖形,僅僅目測很難區(qū)分出是相交、相離,還是相切,這即是所要達(dá)到的效果,期望以此效果使學(xué)生不得不考慮尋找精確計(jì)算的方法,以此效果使學(xué)生認(rèn)識到坐標(biāo)方法的重要意義,以此效果使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識到精確的圖形能夠幫助我們形成較好的直覺思維,但是也會產(chǎn)生錯(cuò)覺.所以畫圖最好是先作圖分析,然后用PPT或掛圖展示圖形.
②分析
師:圖畫好啦,大家能看出什么?從圖上看,判斷輪船航線是否穿過臺風(fēng)區(qū)域就是要判斷什么?
生:直線與是否相交.
師:那么,誰能說出是否相交呢?
組織學(xué)生充分發(fā)言討論:可能有的說相交,有的說相切,有的說相離,面對各種回答,教師要酌情“反駁”,使學(xué)生認(rèn)識到:直覺,是必要的,但未必正確.于是就圍繞“看不出來,怎么辦”的問題討論,使得到“必須精確計(jì)算”的共識.接著討論“怎么計(jì)算”的問題,誘導(dǎo)學(xué)生想起初中學(xué)過的知識:
相交?圳兩個(gè)交點(diǎn)?圳d
在這里說明兩點(diǎn):一是有意識地先寫“交點(diǎn)”后寫“d、r”,是因?yàn)榻稽c(diǎn)的計(jì)算必須使用坐標(biāo)方法而首先突出坐標(biāo)思想.二是“過程→生成”理念認(rèn)為:對于問題研究中所需要的“舊”知識,絕不在研究伊始“溫故”,而要在研究過程中根據(jù)問題解決的需要而“溫故”;如若是從已有知識中去發(fā)現(xiàn)新知識,那么應(yīng)該在研究的開始“溫”出相關(guān)的“故”,但研究過程中所需要的“故”仍應(yīng)在研究過程中“溫”.這才是“溫故知新”在素質(zhì)與能力培養(yǎng)中的妙用.
師:這就是說判定AB與⊙O的位置關(guān)系可以有“計(jì)算AB與⊙O交點(diǎn)的個(gè)數(shù)”與“比較圓心到直線的距離d與圓的半徑r的大小”兩種方法.好,為了說話方便,我們給它們起個(gè)名字,叫什么好呢?(經(jīng)商量,叫“交點(diǎn)法”與“距離法”.)下面就分別試用交點(diǎn)法與距離解決問題.
③解決
師:先試用交點(diǎn)法.請大家想一下如何計(jì)算“AB與⊙O有幾個(gè)交點(diǎn)”.
組織討論,達(dá)成共識:確定AB與⊙O的交點(diǎn),就是要標(biāo)定AB與⊙O在平面上的交點(diǎn)的位置,而做到這一點(diǎn)最好方法就是建立平面直角坐標(biāo)系,把AB與⊙O放在同一個(gè)坐標(biāo)系中進(jìn)行計(jì)算.進(jìn)而類比求“兩條直線交點(diǎn)”的方法易知:計(jì)算AB與⊙O的交點(diǎn),需要先求出AB與⊙O的方程,再聯(lián)立求解即可.因此首要問題就是建立坐標(biāo)系.
師:誰能建立坐標(biāo)系?(如何建立坐標(biāo)系非常重要,組織討論:首先確定坐標(biāo)原點(diǎn)的位置,任意取行不行?——行!但是好不好?——不好!那么特殊點(diǎn)取在哪?——問題的特殊點(diǎn),問題中有幾個(gè)特殊點(diǎn)?取哪一個(gè)較好?等等.直到達(dá)成共識:取在臺風(fēng)中心,因?yàn)榕_風(fēng)的影響區(qū)域是圓,而圓方程相對復(fù)雜,所以以圓心為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系會比較方便;其次是確定方向,這個(gè)非常清楚;再次是確定單位長,單位長度可靈活確定,因?yàn)閱栴}中的數(shù)據(jù)比較大,所以取10km為單位長.這樣即可建立圖2所示的坐標(biāo)模型圖.)
師:現(xiàn)在就請大家計(jì)算.
可能有兩種計(jì)算方法,一種是根據(jù)的值進(jìn)行判斷,另一種是要求出具體的交點(diǎn).但因?yàn)閱栴}中個(gè)別數(shù)據(jù)較大,所以后者必然浪費(fèi)時(shí)間.因此當(dāng)使用第一種方法的同學(xué)計(jì)算完畢后就讓學(xué)生都停止計(jì)算,檢查并進(jìn)行算法優(yōu)劣比較,使明白一個(gè)道理:若僅判斷位置關(guān)系,只要計(jì)算即可;若需要求出交點(diǎn),當(dāng)然需求出方程組的所有解.最后總結(jié)出判定方法:
相交?圳△>0;相切?圳△=0;相離?圳△<0.
因?yàn)椋?/p>
所以直線與相離,即輪船可以不改變航線繼續(xù)返航.(給出一種規(guī)范的解答,強(qiáng)調(diào)解題的語言及格式,培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)語言表達(dá)能力.)
師:那么,距離法行不行呢?
組織討論:距離法需要d與r,而問題中是已知的,故只要算d即可.如何計(jì)算可能有兩種思路,一種是在坐標(biāo)系中使用點(diǎn)到直線的距離公式計(jì)算,另一種是因?yàn)閐是點(diǎn)O到直角三角形OAB斜邊AB的距離,所以可用直角三角形的線段關(guān)系計(jì)算.鑒于時(shí)間關(guān)系及教學(xué)的基本要求,可將第二種留給學(xué)生思考解決.
師:先用距離公式計(jì)算d.(請學(xué)生做)
解:以臺風(fēng)中心為原點(diǎn)、10千米為單位長度建立如圖2所示的平面直角坐標(biāo)系.顯然直線AB的方程為x/8+y/6=1,整理得3x+4y-24=0,所以,點(diǎn)O到AB的距離
所以圓心到的距離為d=4.8×10=48千米,而⊙O的半徑r=47<48=d,故AB與⊙O相離,因此輪船預(yù)定航線不會受到臺風(fēng)的影響.(同樣展示一種規(guī)范的解答)
師:如何用直角三角形法計(jì)算d,請大家課后做.
參考思路:根據(jù)三角形面積公式易知d·AB=OA·OB,這樣極易解決問題.此法是解決問題最簡方法,是學(xué)生在初中階段就熟練掌握的,高中生基本上可口算出來.
(3)問題拓展:此節(jié)可作為學(xué)生的課后研究問題,可要求成績較好的學(xué)生課后必做.
思考:實(shí)際生活中,上述問題會有什么變化?臺風(fēng)是靜止不動的嗎?……
組織討論,達(dá)成共識:一般地說,臺風(fēng)的作用區(qū)域會隨時(shí)間的變化而不斷變化,那么此種情況下輪船是否受臺風(fēng)的影響又與輪船的速度有關(guān).因此會有這樣的問題:一艘輪船以每小時(shí)16的速度沿直線返回港口,途中接到臺風(fēng)預(yù)報(bào):臺風(fēng)中心位于輪船正西80公里處,受其影響的初始區(qū)域是以臺風(fēng)中心為圓心、半徑為7公里的圓形區(qū)域,并且圓形區(qū)域的半徑正以每小時(shí)10公里的速度擴(kuò)大.已知港口位于臺風(fēng)中心正北60公里處,那么如果輪船按原定航線繼續(xù)前進(jìn),是否受到臺風(fēng)影響?假如不受到臺風(fēng)影響,那么輪船距離臺風(fēng)影響的圓形區(qū)域的邊緣最近距離是多少?
參考思路:問題解決的依據(jù)仍然是直線與圓的位置關(guān)系,不過此問題的難點(diǎn)是臺風(fēng)的作用域是隨時(shí)間而變化的,因此可畫出圖3所示的模型圖,其中臺風(fēng)作用域的半徑r(t)是時(shí)間t的函數(shù),由圖可見解決問題的關(guān)鍵是確定當(dāng)輪船航行到D點(diǎn)時(shí)r(t)的值,為此也就需要知道輪船航行到D點(diǎn)時(shí)所需要的時(shí)間,而的長度/16,但△OAD中OA是已知的,所以只要求出O到AB的距離d,問題就迎刃而解了.
參考解答:同上可求出d=48,所以公里,于是輪船從A到D需要16=4小時(shí),所以當(dāng)輪船行駛到時(shí),臺風(fēng)的作用半徑為公里,因此輪船按預(yù)定航線行駛不會受到臺風(fēng)影響,并且輪船的航線距離臺風(fēng)作用域的最近距離為48-47=1公里.
(4)基本練習(xí):
例1:已知直線L:3x+y-6=0與⊙C:,判斷L與⊙C的位置關(guān)系.
參考思路:如使用距離法,那么因?yàn)樾枰獔A心與半徑,所以應(yīng)該把圓的方程化為標(biāo)準(zhǔn)式;如用交點(diǎn)法,那么直接聯(lián)立方程即可.
師:請大家想一下,在例1的條件下,還可以考慮計(jì)算什么問題?
組織大家討論,必要時(shí)提出一個(gè)問題:“探險(xiǎn)隊(duì)需沿某直線方向穿過一塊圓形沼澤地,假如你是隊(duì)員之一,那么你最關(guān)心的是什么?”(期望結(jié)果是:最關(guān)心在沼澤地中走多遠(yuǎn),這也就是求弦長問題),也就是例1可以進(jìn)一步變化為:
例2:判斷直線L:3x+y-6=0與⊙C:的位置關(guān)系,若相交,則求出交點(diǎn)的坐標(biāo)及由其產(chǎn)生的弦的長度;若相切,則求切點(diǎn)的坐標(biāo).
請學(xué)生口述自己的解題思路,看誰的方法最簡.
參考思路:此問題只是比例1多了點(diǎn)要求——求交點(diǎn)及弦長,但因?yàn)榍笙议L必須知道交點(diǎn),所以選用交點(diǎn)法可一舉兩得.
(5)深入研究:
至此,我們能夠做到
對于給定的直線與圓它們是相交、相切、還是相離,并且相交時(shí)能夠求出其交點(diǎn),相切時(shí)能夠求出其切點(diǎn),此結(jié)果已經(jīng)完整了.不過能否反過來思考問題呢?誰來說說?——期望結(jié)果:
已知某直線與某圓相交,求出這個(gè)圓或者這條直線.
我們研究這個(gè)問題.
分析:如果僅知道設(shè)某直線L與某圓C相交,那么這樣的圓與直線有多少?——無窮多.這是非常平凡的問題,因此應(yīng)該再添加一些相關(guān)的條件,比如說考慮以下問題:
①設(shè)直線L與⊙C相交,如果已知交點(diǎn)為,那么L與C如何?
②設(shè)直線L與⊙C相交,如果已知一個(gè)交點(diǎn)為且L過不在圓上的一點(diǎn)D(a,b),那么L與C如何?
③設(shè)直線L與⊙C相交且一個(gè)交點(diǎn)為,那么L與C如何?
④已知直線的方程,確定圓.例如:已知以C(-4,3)為圓心的圓與直線L:2x+y-5=0相交,求⊙C半徑r的取值范圍.(參考思路:因?yàn)椤跋嘟??圳d
⑤已知圓方程,確定直線.例如:已知直線l:kx-y+3=0和⊙O:相交,確定k的值?
問題①~⑤請同學(xué)們課后思考.
⑥增加較復(fù)雜的條件:
例3:已知過點(diǎn)M(-3,-3)的直線l被圓所截得弦長為,求l的方程.
解題思路分析:
已知什么:圓方程;直線l上一點(diǎn);弦長.
要求什么:直線l的方程.
求直線方程應(yīng)該怎么做:選擇一種合適的直線方程形式,設(shè)法確定其中的待定系數(shù).
選擇哪種形式的直線方程最方便:因?yàn)閮H知道l上一點(diǎn),所以點(diǎn)斜式可能方便.于是設(shè)l的方程為y+3=k(x+3),即kx-y+3k-3=0,其中k為待定系數(shù).
如何確定k:沒有直接條件,可考慮常用的“方程法”求之,于是尋求關(guān)于k的方程.
參考圖4,
對例3的思考:例3似乎說明了這樣一個(gè)結(jié)論——過異于圓心的點(diǎn)M且被圓所截得的弦長為a的直線有兩條.這個(gè)結(jié)論對嗎?還可能有什么情況?當(dāng)有兩條時(shí)又可能出現(xiàn)什么特殊情況?
此題作為課后作業(yè),讓學(xué)生編寫“特殊情況”的例題,且總結(jié)規(guī)律.
3.小結(jié)
②交點(diǎn)法:
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