拆解魔方 让思维在玩中绽放   ——《长方体表面积》教学案例

发表时间:2020/7/27   来源:《中小学教育》2020年2月6期   作者:雷振军
[导读] 学会从数学角度去观察周围的世界,能够充分利用生话中的事物来探索图形的特征,建立空间观念。
        在小学数学教学中要有目的、有计划地进行观察能力的培养,可从生话中熟悉的实际事物引入,使学生的大脑中有了清楚的表象后,学生的空间观念就会拓展到生活空间,学会从数学角度去观察周围的世界,能够充分利用生话中的事物来探索图形的特征,建立空间观念。
         【设计背景】
        《长方体的表面积》新课完成后,长方体与正方体表面积计算公式揭示出来。学生掌握后并初步得到练习,怎样通过有效的练习来实现巩固所学知识并培养学生的空间观念呢?我一直在思索,力求能寻找一个有效的载体作为教学切入点,使之既源于学生的生活,又能让学生动手操作,便于学生开展活动。
         一次课上,我发现有几个调皮的同学在偷偷玩魔方。我用眼神制止,语言提醒了几遍后,那几个学生稍有收敛,但过后又悄悄动作。看来学生们对魔方是真爱。我似乎感悟到了什么。
         学生喜欢玩魔方,魔方是立体几何图形。其中既包含长方体,也包含正方体。能完成对长方体和正方体表面积的计算巩固复习;可拆散可拼接可变换,能实现在课堂上的活动操作。于是,我选择了魔方作为学具来上一堂活动课,力图通过让学生玩魔方来实现预期的教学目的。
         一、活动目标
         (一)通过玩魔方,复习巩固已学的长方体与正方体表面积计算,并在此基础上探索不规则立体几何图形的表面积计算方法,并能正确计算;
         (二)通过拆解魔方,提升学生动手操作能力和空间想象能力;
         (三)在具体的操作和游戏活动中,让孩子们获得数学活动体验。
         二、活动过程:
         (一)片段1:玩中建模
         1.联系实际,激趣导入
         课件出示孩子们玩魔方的比赛视频画面。(同学们都聚精会神的观看)
         师:同学们,你们看他们玩得多热闹啊!你们都喜欢玩魔方吗?(喜欢)在玩魔方的过程当中,你们发现魔方中有与数学相关的知识吗?
         生1:我发现魔方是正方体;
         生2:我发现魔方里即有长方体,也有正方体……
         师:你们都是很细心的孩子,其实只要我们用心观察,就会发现数学就在我们身边。
         2.实物展示,认识魔方
         师:(拿魔方)老师这有一个三阶魔方,你们先用数学的眼光观察一下,看看你们说出它有哪些特征呢?
         生1:魔方是正方体,有8个顶点,6个面,12条棱;
         生2:魔方有6面,每个面面积相等,而且颜色也不同;
         生3:魔方是由27个小正方体组成的……
         3.搭建魔方,计算面积
    师:我们自己动手来造一个魔方吧。(学生:好)
         小组合作,学生动手操作,用准备好的小立方体搭建出一个三阶魔方。(完后各组学生展示搭建好的魔方)
         师:如果你们用来搭建魔方的小立方体棱长是2厘米,那么
整个魔方的表面积是多少呢?
         学生讲述,老师板书:6×6×6=216(cm2)。
         【设计意图】从利用多媒体直观形象的特点创设情境,从生活实际引入魔方,让学生从数学的角度去再认识魔方,说出它的图形特征,以几何的视角将魔方从一般的生活玩具引导到数学当中来。通过分组动手搭建魔方,计算魔方的表面积的过程中,不知不觉地既复习了正方体表面积的相关知识,又使学生心情愉悦,兴趣盎然。
    (二)片段2:拆解魔方
         师:这么玩是不是so easy,太没有挑战性了。你们想不想来玩难度大一点的游戏呀?(学生:想)
         师:我们刚才搭建了一个魔方,现在我们一起来玩拆解魔方的游戏。
         1.游戏一:牛刀小试
         拆掉魔方上面两层,并掏空正中间的一个小正方体(如图),
求剩下部分几何图形的表面积。
         师:这个图形与原来的魔方比较,表面积有何变化?(生:变小了)怎么求它的表面积?(学生分小组用立方体拼搭图形,仔细观察,交流讨论计算方法。)
         小组汇报:
        生1:我们组是用数面的方法来求它的表面积的。它的上下面各有8个小正方形的面,前后左右四个面各有3个小正方形的面,中间还有4个小正方形的面,这样一共有8×2+3×4+4=32个面,表面积是2×2×32=128(cm2)。
        生2:我们组也是用数面的方法来求它的表面积,但是与前面的方法不同。我们先数四个角(顶点)上的正方体,每个正方体都有4个面露在外面,再数线上(棱上)的正方体,共有四个,每个正方体也有4个面露在外面,这样一共就有8×4=32个面,得到的表面积也是2×2×32=128(cm2)。
        生3:……
        师小结:同学们都说得很好。今天呀,老师也教大家一种方法:
        我们先从前(后)面,左(右)面,上(下)面分别观察这个几何图形,你有什么发现?(对面相等)
        是的,我们可以先将它从各个方向观察到的平面图画出来:
       
       
         【设计意图】本环节是在学生兴趣高昂的正当时提出的游戏环节,从经历组面建体,到拆体复面,学生的建模思想进一步得到巩固。教学中,老师先让学生自己观察、思考、交流、分享,再适时提出自己的想法,成功地实现了先学后教。让学生自己主宰课堂,做学习的主人,学生的学习主动性得到了很好的保护。
         2.游戏二:乘胜追击
    师:刚才同学们都通过了“小试牛刀”的考验,感觉怎么样?难吗?(不难)我们再一起来做第二个游戏吧。(课件显示)
         在游戏一的基础上,添加4个小正方体(如图),求它的表面积。
         师:现在我们的难度升级了,立体几何图形由原来的一层变为两层了。大家先用小正方体拼搭一下,再细心观察,看看这个几何体的表面积怎么求?(先独立思考,再在小组内分享你的想法。)
         抽生汇报:
         生1:虽然这个几何体增加了4个小立方体,但是我仍然可以用数正方形的方法来求它的表面积。我们先将它成上、下两层,刚才已经数清楚了下层共有32个小正方形,拼接上层4个小立方体时,要减少4个拼接面,也就是下层还剩下28个面,上层四个小立方体一共有4×6=24个小正方形,也要减去4个与下层的拼接面,这样还剩20个小正方形,上下两层合起来一共是:28+20=48个小正方形,它的表面积是:2×2×48=192(cm2)
         生2:我们组是先数四个角上的立方体有多少个小正方形,再数棱上的立方体有多少个小正方形,然后把它们相加。每个角上的两个立方体共有8个小正方形露在外面,四个角共有8×4=32个小正方形,每条棱上的小立方体各有4个小正方形露在外面,四条棱上共有4×4=16个小正方形,合起来一共有32+16=48个小正方形,它的表面积也是2×2×48=192(cm2)。
         生3:我们组是按照刚才老师教的方法来求表面积的。先将它从各个方向观察到的平面图画出来,得到下面的数据:

         
         然后我们再将从各个方向看到的小正方形个数加起来,得到一共有(8+8+8)×2=48个小正方形,同样得到它的表面积是192cm2。
……
         【设计意图】本游戏环节是在游戏一的基础上重新添加四个“棱块”,让学生观察对比添加前后几何体的表面积变化,并计算出几何体的表面积。学生在游戏中利用自己搭建的几何体经历观察、对比、操作、归纳、交流和反思等数学活动,自主探索新知识,并利用多种方法解决了表面积求解的问题。在游戏过程中,既培养了学生的学习热情,进一步提升了学生的建模意识,又激发了学生的思维及空间想象,发展学生的自主学习能力。
3.游戏三:胜利在望
    师:同学们在游戏当中表现得都很棒,不愧是玩魔方的高手,下面我们再来玩一个难度更大的游戏。你们有信心吗?(生:有)(课件显示)
         如图,一个棱长为6cm的三阶魔方,分别从前往后,从左往右,从上往下正中拿走了小正方体,使之贯通,求它的表面积。
         师:好了,现在我们不借助小立方体搭建几何体,看看凭我们的空间想象,能不能求出这个镂空魔方的表面积来呢?(同学们先细心观察,独立思考,再将你的想法在小组内分享。)
         小组汇报:

         生2:我们组通过观察,发现这个镂空的魔方有8个顶点和12条棱,处在顶点上的每个小立方体都有3个小正方形露在外面,8个顶点共有8×3=24个小正方形,棱上的每一个小立方体都有4个小正方形露在外面,12条棱共有12×4=48个小正方形,合起来一共有24+48=72个小正方形露在外面,它的表面积是:2×2×72=288(cm2)。
         生3:我们组发现:随着立方体的增多,我们越来越难数清楚几何体中到底有多少个面是露在外面的。所以我们按照刚才老师教的方法来求表面积,就避免了漏数和数不清的情况发生。我们先将它从各个方向观察到的平面图画出来,得到下面的数据:

       


         然后我们再将从各个方向看到的小正方形个数加起来,得到一共有12×6=72个小正方形,同样得到它的表面积是2×2×72=288(cm2)。
        ……
        师:同学们,你们今天的表现都很棒!大家都细心观察,积极动脑思考,利用各种不同方法解决了一个又一个难题,收获满满。
        小结:通过今天的游戏活动,你们学到了什么?
        【设计意图】几何知识教学的一个重要任务就是培养养学生的空间观念,空间观念怎样培养呢?本课中设计了三个游戏,教师通过让学生拆解魔方,由三层拆到一层,再添加到两层,最后到重建魔方。由简入繁,环环相扣,从取走“中心块”、到添加“棱块”,再到“三面镂空”等,观察对比取走与添加前后表面积的变化,分别算出各种情况下的表面积。在这一过程中学生的空间想象力得到极好的训练。
        【教学反思】本课将学生在生活实际中十分喜爱的魔方作为学具,创设情境,让学生在掌握长方体和正方体表面积算法的基础上,进一步探索不规则几何体表面积计算的问题,知识学习在玩魔方的过程中不知不觉地完成。学生学习兴趣浓厚,学得轻松愉快。在教学环节的设计上,教师引导学生依托实物(搭建的几何体)操作,教师再把这些实物的操作过程用图片在平面(课件)上进行展示,使学生的学习经历由直观到抽象的过程。整个教学过程中,学生在玩中学数学,感悟数学,体验数学,使他们在主动参与学习的过程中,巩固了长方体和正方体表面积的特征和计算方法,逐步建立了空间观念,发展了思维能力。
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