☉浙江省寧波市寧波東海實(shí)驗(yàn)學(xué)校 陳明儒 汪旭英
在活動(dòng)中讓學(xué)生體驗(yàn)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的本質(zhì)
——以“余角和補(bǔ)角”的教學(xué)設(shè)計(jì)為例
☉浙江省寧波市寧波東海實(shí)驗(yàn)學(xué)校 陳明儒 汪旭英
《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》指出:“數(shù)學(xué)是研究數(shù)量關(guān)系和空間形式的科學(xué).整個(gè)數(shù)學(xué)始終是圍繞著‘?dāng)?shù)’與‘形’這兩個(gè)基本概念的抽象、提煉發(fā)展而成.”這兩句話(huà)明確闡述數(shù)學(xué)的本質(zhì)及數(shù)學(xué)是研究什么的一門(mén)學(xué)科.同時(shí)又指出:“學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)生動(dòng)活潑的、主動(dòng)的和富有個(gè)性的過(guò)程,積極思考、動(dòng)手實(shí)踐、自主探索、合作交流等都是學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的重要方式,讓學(xué)生應(yīng)當(dāng)有足夠的實(shí)踐時(shí)間和空間經(jīng)歷觀察、實(shí)驗(yàn)、猜想、計(jì)算、推理、驗(yàn)證等活動(dòng)過(guò)程.”這又是對(duì)良好的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)本質(zhì)的要求.“余角和補(bǔ)角”這個(gè)課例,雖然屬于“圖形與幾何”的初始階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容,實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中大多數(shù)教師側(cè)重于兩者之間的數(shù)量關(guān)系,忽視數(shù)與形的溝通與轉(zhuǎn)化;側(cè)重于性質(zhì)應(yīng)用過(guò)程中的演繹,輕視性質(zhì)歸納過(guò)程中的合情推理;側(cè)重教師的預(yù)設(shè),漠視教學(xué)過(guò)程中自然生成的資源.針對(duì)這種狀況,筆者通過(guò)活動(dòng)體驗(yàn),采用探究式學(xué)習(xí)方式,對(duì)“余角和補(bǔ)角”嘗試一種新的教學(xué)設(shè)計(jì).
1.內(nèi)容和內(nèi)容解析
本節(jié)課是浙教版(2012年版)數(shù)學(xué)七上第六章“圖形的初步知識(shí)”第6.8節(jié)的內(nèi)容.它是學(xué)生學(xué)習(xí)了角的相關(guān)內(nèi)容,尤其是學(xué)習(xí)了直角、平角及兩個(gè)角的和與差之后,進(jìn)一步學(xué)習(xí)兩個(gè)角之間的特殊關(guān)系.從知識(shí)順序來(lái)看,定義兩個(gè)角的和為一個(gè)直角或?yàn)橐粋€(gè)平角是沒(méi)有任何知識(shí)障礙;從邏輯順序來(lái)看,有了任意兩個(gè)角的和差學(xué)習(xí),再切換到兩個(gè)角的和為一個(gè)直角或?yàn)橐粋€(gè)平角,是從一般到特殊的學(xué)習(xí)過(guò)程,學(xué)生也不難理解與掌握.在這個(gè)知識(shí)鏈上,直角無(wú)疑扮演著非常重要的角色,后續(xù)內(nèi)容的展開(kāi)與深入,都與它關(guān)聯(lián).“余角和補(bǔ)角”是“圖形和幾何”中第一次研究?jī)蓚€(gè)角之間的關(guān)系,互余和互補(bǔ)的性質(zhì)又是“圖形和幾何”的第一條性質(zhì),它將為后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí),如對(duì)頂角、垂線、相交線、平行線、直角三角形、平行四邊形等性質(zhì)和證明提供依據(jù)和方法.
2.目標(biāo)和目標(biāo)解析
(1)知識(shí)與技能目標(biāo):了解余角和補(bǔ)角的概念,通過(guò)觀察、歸納、說(shuō)理得出余角、補(bǔ)角的性質(zhì),并能運(yùn)用它們解決一些簡(jiǎn)單實(shí)際問(wèn)題.
(2)過(guò)程與方法目標(biāo):經(jīng)歷觀察、操作、探究等過(guò)程,初步培養(yǎng)學(xué)生的空間觀念,接觸歸納推理、類(lèi)比推理及初步的演繹推理等套路;同時(shí)體驗(yàn)數(shù)形結(jié)合、方程思想解決簡(jiǎn)單的幾何計(jì)算題.
(3)情感與態(tài)度目標(biāo):培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí),初步積累數(shù)學(xué)活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn),體驗(yàn)“做中學(xué)”的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)方法.
(4)目標(biāo)解析:以一副三角板為背景,通過(guò)兩種不同位置放置,創(chuàng)設(shè)互余、互補(bǔ)概念產(chǎn)生的背景;通過(guò)抽離三角板,抽象出互余、互補(bǔ)的概念,凸顯數(shù)學(xué)概念的抽象過(guò)程;經(jīng)歷求一個(gè)已知角的余角及補(bǔ)角的過(guò)程,并反思互余、互補(bǔ)是指兩個(gè)角之間的關(guān)系,總結(jié)出一個(gè)銳角的補(bǔ)角比這個(gè)角的余角大90°這一重要結(jié)論;再經(jīng)歷畫(huà)一個(gè)角的余角過(guò)程,得出余角和補(bǔ)角的性質(zhì);讓學(xué)生經(jīng)歷觀察、操作、歸納、探究等活動(dòng)過(guò)程,體會(huì)類(lèi)比、數(shù)形結(jié)合及特殊到一般的數(shù)學(xué)思想,從數(shù)和形的角度理解概念和性質(zhì)的本質(zhì),體驗(yàn)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)的基本策略:“歸納—演繹—類(lèi)比”模式.
3.教學(xué)診斷分析
本節(jié)課最困難的應(yīng)該是余角和補(bǔ)角的性質(zhì)導(dǎo)出及應(yīng)用過(guò)程中的說(shuō)理.教材中只有這樣的背景材料:“填空:(1)∠α的余角=90°-_______.(2)∠β的余角=90°-_______.當(dāng)∠α=∠β時(shí),就有∠α的余角與∠β的余角相等.也就是說(shuō):同角或等角的余角相等.同樣可以得到:同角或等角的補(bǔ)角相等.”顯然教材的處理簡(jiǎn)潔明了,但對(duì)剛學(xué)幾何的七年級(jí)學(xué)生來(lái)說(shuō),太抽象、太籠統(tǒng),且沒(méi)有“同角的余角相等”性質(zhì)的歸納和說(shuō)理的過(guò)程,這給教師個(gè)性化地處理教材提供了空間.基于這樣的事實(shí),筆者設(shè)計(jì)三個(gè)活動(dòng),分步探究的教學(xué)設(shè)計(jì)(具體見(jiàn)“教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)”),這樣層層遞進(jìn)、逐步理解的設(shè)計(jì),既符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,也能培養(yǎng)學(xué)生的思維能力,又讓學(xué)生初步積累一定的數(shù)學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn),體驗(yàn)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的基本策略:“歸納—演繹—類(lèi)比”模式.
1.合作學(xué)習(xí),在操作和交流中引入新知
活動(dòng)1:將一副三角板按如圖1所示擺放,觀察并思考.
問(wèn)題1:∠1和∠2、∠3和∠4分別有怎樣的數(shù)量關(guān)系?
圖2
問(wèn)題2:隱去三角板,將其中兩個(gè)角經(jīng)過(guò)一定位置移動(dòng)后,如圖2,∠1和∠2、∠3和∠4又有怎樣的數(shù)量關(guān)系?你是怎樣判斷的?
活動(dòng)預(yù)設(shè):根據(jù)學(xué)生認(rèn)知水平和以往教學(xué)實(shí)踐,學(xué)生可能會(huì)提出,用量角器量出這四個(gè)角,然后計(jì)算∠1+∠2、∠3+∠4,從“數(shù)”的角度來(lái)描述互余、互補(bǔ)的概念;學(xué)生也有可能會(huì)提到,可以把角轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)、拼一拼看是否能得到直角或平角,從“形”的角度來(lái)解釋互余或互補(bǔ)的數(shù)量關(guān)系.教師及時(shí)點(diǎn)評(píng),并板書(shū)互余、互補(bǔ)的概念,并將圖形語(yǔ)言和文字語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為符號(hào)語(yǔ)言,將數(shù)量關(guān)系進(jìn)行板書(shū).
若∠1+∠2=90°,則∠1與∠2互余;反之,若∠1與∠2互余,則∠1+∠2=90°.
若∠3+∠4=180°,則∠3與∠4互補(bǔ);反之,若∠3與∠4互補(bǔ),則∠3+∠4=180°.
設(shè)計(jì)思考:概念的引入,借用學(xué)生最熟悉的學(xué)習(xí)工具三角板,低起點(diǎn),可以激發(fā)學(xué)生的參與熱情,為精彩課堂熱身.通過(guò)觀察、實(shí)驗(yàn)、歸納等數(shù)學(xué)活動(dòng),讓學(xué)生經(jīng)歷余角、補(bǔ)角概念的發(fā)生、形成過(guò)程.余角、補(bǔ)角的數(shù)量關(guān)系采用正反兩反面來(lái)敘述,滲透幾何定義,既可以作為性質(zhì)又可以作為判定的基本說(shuō)理方式.讓學(xué)生初步體驗(yàn)數(shù)形結(jié)合思想,感受數(shù)學(xué)來(lái)源于生活的道理.
2.及時(shí)反饋,在練習(xí)和反思中加深理解
活動(dòng)2:(1)填一填.
活動(dòng)預(yù)設(shè):填表時(shí)可能出現(xiàn)75°的余角為25°,137°的補(bǔ)角為33°的情形,提醒學(xué)生從概念出發(fā),強(qiáng)調(diào)互余兩角和為90°,互補(bǔ)兩角和為180°,通過(guò)求直角或鈍角的余角,讓學(xué)生體會(huì)只有銳角才有余角.
(2)議一議.
問(wèn)題1:90°的角叫余角,180°的角叫補(bǔ)角?
問(wèn)題2:如果∠1+∠2+∠3=180°,那么∠1、∠2與∠3互補(bǔ)?
問(wèn)題3:同一個(gè)銳角的余角和補(bǔ)角有什么關(guān)系?
活動(dòng)預(yù)設(shè):學(xué)生回答問(wèn)題1和2可能會(huì)出錯(cuò),該兩問(wèn)讓學(xué)生模糊,使錯(cuò)誤的想法暴露出來(lái),師生共同探討,共同理清概念中“互為”的本質(zhì).最后從特殊角到一般角的計(jì)算,引導(dǎo)學(xué)生歸納一個(gè)銳角的補(bǔ)角等于這個(gè)角的余角加90°.
(3)算一算.
問(wèn)題1:已知一個(gè)角是這個(gè)角的余角的2倍,則這個(gè)角的度數(shù)為_(kāi)__________.
問(wèn)題2:已知一個(gè)角的補(bǔ)角是這個(gè)角的余角的4倍,求這個(gè)角的度數(shù).
問(wèn)題3:已知一個(gè)角的補(bǔ)角加上20°后是這個(gè)角的余角的3倍,求這個(gè)角的度數(shù).
活動(dòng)預(yù)設(shè):表格的設(shè)計(jì)讓數(shù)據(jù)變得更為直觀,便于觀察比較,因此,前兩個(gè)問(wèn)題都可以從表格中找答案,也可以用算術(shù)方法解答,但第三個(gè)問(wèn)題學(xué)生用算術(shù)方法遇到困難,此時(shí)引導(dǎo)學(xué)生用方程解題.具體解答過(guò)程中,可以直接設(shè)這個(gè)角為x°,列出方程求解;也可以利用上一題歸納的結(jié)論,設(shè)這個(gè)角的余角為x°,則這個(gè)角的補(bǔ)角是(90+x)°,列出方程求解.
設(shè)計(jì)思考:新概念的學(xué)習(xí)需要及時(shí)鞏固,適當(dāng)?shù)木毩?xí)有助于概念的內(nèi)化.通過(guò)填一填、議一議、算一算三個(gè)環(huán)節(jié),強(qiáng)化學(xué)生對(duì)互余、互補(bǔ)概念的理解.通過(guò)填表的形式,可以使問(wèn)題更簡(jiǎn)明,求解更方便,驗(yàn)證更直觀.從特殊角度的計(jì)算,再到一般余角、補(bǔ)角的計(jì)算,不斷將學(xué)生的思維引向深刻,可謂一表三用.“算一算”中第二小題是書(shū)本例2的原題,本題可用方程,也可用算術(shù)方法進(jìn)行求解,也可以用表中的角嘗試檢驗(yàn).因此,筆者增設(shè)第三小題,在解法開(kāi)放的情景中,讓學(xué)生體驗(yàn)方程的思想.
3.開(kāi)放探究,在探索和思辨中構(gòu)建新知
探究1:畫(huà)一畫(huà),已知∠1(如圖3),請(qǐng)畫(huà)出它的余角.
活動(dòng)預(yù)設(shè):每位同學(xué)都有一張圖3操作紙,學(xué)生可能會(huì)畫(huà)出圖4~圖7這四種情形.教師將學(xué)生的作品一一展示在黑板上,如果畫(huà)不全,教師補(bǔ)充.
圖3
圖4
圖5
圖6
圖7
探究2:比一比.
問(wèn)題1:將你畫(huà)出的角和你的同桌比較一下,所畫(huà)∠1的余角大小又有什么關(guān)系呢?以圖4為例,你們發(fā)現(xiàn)了什么?
問(wèn)題2:如圖8,已知∠1與∠2互余,∠3與∠4互余,如果∠1=∠3,問(wèn):∠2與∠4相等嗎?你們又有什么新的發(fā)現(xiàn)嗎?
圖8
活動(dòng)預(yù)設(shè):?jiǎn)栴}1引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn):同角的余角相等,因?yàn)椤?+∠2=90°,∠1+∠3=90°,所以,∠2=∠3.問(wèn)題2引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn):等角的余角相等,因?yàn)椤?+∠2=90°,∠3+∠4=90°,又因?yàn)椤?=∠3,所以∠2=∠4.
探究3:小組合作,歸納交流.
如果把剛才性質(zhì)中的“余角”改為“補(bǔ)角”,你又能提出什么問(wèn)題?請(qǐng)結(jié)合圖形,說(shuō)說(shuō)你的理由.
活動(dòng)預(yù)設(shè):學(xué)生可以根據(jù)探究1畫(huà)圖得出同角的補(bǔ)角相等,類(lèi)比探究2得出等角的補(bǔ)角相等,即同角或等角的補(bǔ)角相等,并將該性質(zhì)的說(shuō)理過(guò)程寫(xiě)在黑板上.
設(shè)計(jì)思考:數(shù)學(xué)家斯托利亞爾說(shuō)過(guò):“數(shù)學(xué)教學(xué)與其說(shuō)是數(shù)學(xué)結(jié)果的教學(xué),不如說(shuō)是數(shù)學(xué)活動(dòng)過(guò)程的教學(xué).”因此,通過(guò)活動(dòng)3的預(yù)設(shè),讓學(xué)生不但獲取余角、補(bǔ)角的性質(zhì),而且讓學(xué)生體會(huì)性質(zhì)的產(chǎn)生、形成過(guò)程,體驗(yàn)數(shù)形結(jié)合、類(lèi)比思想,積累一定的數(shù)學(xué)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn).開(kāi)放探究環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)體現(xiàn)“做中學(xué)”的理念,探究過(guò)程始終圍繞“形”和“數(shù)”兩方面展開(kāi),讓學(xué)生通過(guò)畫(huà)一畫(huà)、算一算,經(jīng)歷觀察、猜想、計(jì)算、驗(yàn)證的過(guò)程,再一次體驗(yàn)數(shù)形結(jié)合思想,也體驗(yàn)到“歸納—演繹—類(lèi)比”模式是學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的重要方式.
4.運(yùn)用提高,在實(shí)踐和創(chuàng)新中形成能力
例1如圖9,已知∠AOC=∠COD=90°,作∠2的余角∠3,問(wèn):圖中除了直角外,還有哪些角相等?并說(shuō)明理由.
圖9
設(shè)計(jì)思考:課堂的有效性首先是雙基的落實(shí).本題是書(shū)本例1的一種延伸,借用黑板上的圖7,由易到難逐步突破難點(diǎn),此題的價(jià)值是鞏固性質(zhì),學(xué)習(xí)說(shuō)理,強(qiáng)化基本圖形.
例2如圖10,射線OA表示北偏西30°(一般不說(shuō)成“西偏北60°”)方向,你能用類(lèi)似的方法畫(huà)圖表示下列各方向嗎?
圖10
(1)北偏東40°.
(2)南偏西50°(一般不說(shuō)成“西偏南40°”).
(3)東南方向(即南偏東45°).
在圖中畫(huà)出上述方向后,請(qǐng)用數(shù)字標(biāo)注圖中互余或互補(bǔ)的角,并把它們列舉出來(lái)(只需分別列舉出兩對(duì)).
設(shè)計(jì)思考:本題原是書(shū)本中的探究活動(dòng),考慮到象限角是學(xué)生學(xué)習(xí)中的一個(gè)難點(diǎn),作為課堂中備選的例題,看時(shí)間而定.由于象限角表示方位時(shí),常會(huì)涉及角的互余和互補(bǔ),所以給出書(shū)本中表示方位的探究活動(dòng),讓學(xué)生體會(huì)數(shù)學(xué)在實(shí)際生活中的應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí)和創(chuàng)新能力.
5.歸納小結(jié),在回顧與反思中鞏固新知
填表:
設(shè)計(jì)思考:小結(jié)以表格的形式出現(xiàn),由學(xué)生自主完成.目的是通過(guò)整理,幫助學(xué)生形成良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu).
1.多重理解,凸顯本質(zhì)
教學(xué)設(shè)計(jì)要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整體思考,站在知識(shí)系統(tǒng)的高度去理解.首先,在理解數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì).整節(jié)課的數(shù)學(xué)活動(dòng)都是圍繞著“數(shù)”與“形”這兩個(gè)基本概念展開(kāi),讓學(xué)生體驗(yàn)數(shù)學(xué)的本質(zhì).如“余角和補(bǔ)角”概念的形成,先出現(xiàn)通過(guò)一副三角板,構(gòu)造出一對(duì)余角、一對(duì)補(bǔ)角,然后引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)度量和疊合得出兩對(duì)角的度數(shù)和分別為90°和180°.其次,在理解教材的基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì).原教材的知識(shí)結(jié)構(gòu)是先學(xué)習(xí)概念,再學(xué)習(xí)性質(zhì),最后是應(yīng)用.如果這樣去設(shè)計(jì)教學(xué)流程,發(fā)現(xiàn)教學(xué)展開(kāi)不流暢、不自然,尤其是最后的應(yīng)用,是為應(yīng)用而應(yīng)用,因此,才有以上的教學(xué)設(shè)計(jì).最后,在理解數(shù)學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)思考.有效的教學(xué)活動(dòng)是學(xué)生學(xué)與教師教的和諧統(tǒng)一.這節(jié)課中,教師始終是組織者、引導(dǎo)者,學(xué)生在教師的活動(dòng)安排下有序展開(kāi)思考、探究等活動(dòng),經(jīng)歷概念的發(fā)生、形成及應(yīng)用,以及性質(zhì)的歸納與應(yīng)用的全過(guò)程.
2.突出活動(dòng),側(cè)重體驗(yàn)
《義務(wù)教務(wù)數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》指出:“活動(dòng)是體現(xiàn)過(guò)程的載體之一,活動(dòng)的基本特征之一是‘動(dòng)’,手動(dòng)、體動(dòng)、腦動(dòng);另一個(gè)是‘活’,多樣才能活,對(duì)比才能活.”本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)有兩條主線,一明一暗.明線顯然是學(xué)生的“活動(dòng)”,總體上設(shè)計(jì)了四個(gè)大的母活動(dòng),每個(gè)母活動(dòng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展順序及數(shù)學(xué)知識(shí)的邏輯順序,又設(shè)計(jì)一些子活動(dòng).如“活動(dòng)2”中的(1)填一填;(2)議一議;(3)算一算.通過(guò)這些活動(dòng),讓學(xué)生去經(jīng)歷、體驗(yàn)、猜想、驗(yàn)證、討論、交流.數(shù)學(xué)的體驗(yàn)不僅在小組合作、動(dòng)手操作中,也蘊(yùn)含在數(shù)學(xué)問(wèn)題的分析、思考解決的過(guò)程中.如:“同一個(gè)銳角的余角和補(bǔ)角有什么關(guān)系?”“已知∠1與∠2互余,∠3與∠4互余,如果∠1=∠3,問(wèn):∠2與∠4相等嗎?”通過(guò)這些問(wèn)題,引發(fā)學(xué)生的思考,通過(guò)思考,感悟數(shù)學(xué)的本質(zhì)和價(jià)值,培育學(xué)生的理性精神和創(chuàng)新意識(shí).暗線就是整節(jié)課的數(shù)學(xué)活動(dòng)都是圍繞著“數(shù)”與“形”這兩個(gè)基本概念展開(kāi).
3.靈動(dòng)設(shè)計(jì),注重細(xì)節(jié)
教學(xué)是技術(shù),技術(shù)的關(guān)鍵詞是設(shè)計(jì),因此,教師預(yù)設(shè)學(xué)生探究活動(dòng)的路徑顯得尤為重要.如學(xué)習(xí)“余角和補(bǔ)角的性質(zhì)”,實(shí)施一個(gè)活動(dòng),分三步探究的靈動(dòng)設(shè)計(jì).由此層層遞進(jìn)、逐步理解,課堂的有效性得到了保障.在把握整體教學(xué)結(jié)構(gòu)的情況下,筆者也對(duì)教學(xué)流程中的細(xì)節(jié)也給予足夠的關(guān)注.如求一個(gè)角的余角與補(bǔ)角,采用填表的形式,這樣能幫助學(xué)生更直觀地歸納出“一個(gè)銳角的補(bǔ)角比這個(gè)角的余角大90°”,體現(xiàn)圖表有助于數(shù)學(xué)理解的功效;表中設(shè)計(jì)中,角度的設(shè)置了75°和137°兩個(gè)非特殊角,因?yàn)檫@樣的角的余角和補(bǔ)角是學(xué)生最容易求錯(cuò)的.還有將原來(lái)在性質(zhì)后的學(xué)習(xí)例2調(diào)整到“活動(dòng)2”中的“算一算”,這種細(xì)微的調(diào)整.使教學(xué)流程更自然連貫,并且在它前面加一個(gè)相對(duì)容易的問(wèn)題(即搭一個(gè)腳手架),在后面再追加一個(gè)數(shù)量關(guān)系更復(fù)雜的問(wèn)題,目的是體現(xiàn)方程思想的重要性.這樣的細(xì)節(jié)處理,是為整體服務(wù),為有效課堂服務(wù).
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