基于核心素养高中“数学抽象”知识教学

发表时间:2020/9/7   来源:《中小学教育》2020年第3月第9期   作者:林兴田
[导读] 教育理念的不断发展与迭代,要求数学教学不再单单是掌握数学理论知识,答题、解题等简单内容的掌握
        摘要:教育理念的不断发展与迭代,要求数学教学不再单单是掌握数学理论知识,答题、解题等简单内容的掌握,而是要让学生在学习过程中得到数学素养的培养和综合素质的发展。数学核心素养是满足学生生活和未来发展所需具备的知识,使得学生能够体会数学在自然和社会中的作用和地位,让学生能够从数学角度看到问题和解决问题,提高学生思维能力、求证能力、逻辑推理能力、表达能力各项综合能力的提升。它不仅是教师教学质量有效性的体现,也是学生学习能力的标准。数学教师应该积极落实学生核心素养的培养,帮助学生得到可持续性的发展,成为社会不可多得的人才。
        一、当前立体几何教学现状
        1.学生学习存在难度。第一,立体几何知识抽象、具有空间性,不少高中生初中阶段就没有学好几何知识,在学习高中阶段更难的几何问题,就显得尤为困难。第二,空间几何知识是建立在空间概念上的,它与平面几何存在很大的差距,需要学生具备良好的空间想象能力,而现实中学生学习了很多几何知识都是建立在平面上的,学生以形成惯性思维,导致学生空间想象能力差,所以在对待这类问题解答时还是运用平面几何的概念去解决。第三,学生逻辑能力差,无法利用已知条件推导出结论。
        2.教师教学存在问题。第一,教师的方法缺乏新颖性。很大一部分教师或多或少都会受传统教学观念的影响,教学时只重视讲解,整堂课下来,都是教师在唱独角戏。加上教师教学方式没有得到创新,不善于营造良好的课堂气氛,导致课堂氛围沉闷,学生在这样的学习环境下,提不起学习的兴趣,导致课堂效率低。例如在教学棱锥知识点事,教师只会根据教材内容进行描述,没有利用现实生活中棱锥实例等有效的资源,拉近学生与数学知识的距离,让课堂显得缤纷多彩,让学生主动学习数学知识。第二,教师教学理念落后。不少高中教师教学只为帮助学生谋取高分,学生只须判断答案对错,不用深入思考问题背后的含义。因此,在实际解决立体几何问题过程中,学生不知道概念真正的内涵,所以不能灵活运用,导致学生还是不会解题。
        二、基于核心素养下高中立体几何教学策略
        1.培养数学抽象能力
        数学抽象能力是数学核心素养内容之一,简单来说数学抽象能力就是通过现象看本质,通过对抽象事物进行观察分析,撇开这些外部的、具有偶然性的东西,挖掘出数学对象存在的本质和规律,然后用数学符号或者数学专业术语表现出来。抽象能力的培养能够让学生今后在纷多繁杂的事物中寻找出问题的本质,并用准确简练的语言表达出本质和现象。抽象能力更加有利于学生理解数学理论知识,对学生其他学科的学习也能起到良好的作用。例如在教学《直线和平面 两个平面平行的性质》教学时,这一课时主要是让学生掌握两个平面平行的性质,然后能够灵活运用其性质和定理。两个平面的位置研究是建立在空间上,需要学生拥有很强的空间想象力,才能进行判断与学习。为了帮助学生更好的理解定理的深刻含义,教师可以通过相关的例题,可以通过对事物的分析和观察,培养学生通过问题本质的寻找,从而得出最后的结论,解决实际问题,这也是抽象能力的体现和培养。
例如:下图这一个图形,经过P点和BC将图形锯开怎么画线,所画的线由于AC是什么位置关系?
    
        通过P点应该怎么画线,根据对图形的观察,可以通过P点作一条与平行的线,并且交于与,交于与,然后与点,与点连起来成为一个平面α,EF、BC、CF就是需要画的线,判断线和面的位置关系,学习了直线与平面平行的性质定理之后,解决线面平行的问题,就是将其转化为线与线平行的问题。作了辅助线就很容易就能得出EF平行于平面AC。因为BC平行于平面平面所以,
EF//BC,综上可得EF平行于平面AC,BE、CF与平面AC相交。

通过这个例题可知,要解决这类问题,就需要从几何图形中抽象出解题的本质,将其概括为已经学过的知识,这样比盲目做题更加能够提升学生的归纳能力和思维能力,学生通过认真分析和思考,将所学的知识运用到实际问题中,不仅巩固了所学内容,还体会到数学知识是为实践所服务的,增加了学生数学学习的欲望。因此,在实际几何知识教学中,教师要善于引导学生寻找出问题的本质和普遍性,找到其中的规律和基本内涵,教会学生运用抽象+形象的解题方法。
        2.培养学生逻辑能力
        在立体几何教学中,解决立体几何体的面积与体积是立体几何中最常见的问题,这类问题考察学生的直观想象能力和逻辑推理能力,只有具备这两项必备能力才能轻松的解决几何问题。因此,在实际教学过程中,教师要教会学生研究立体几何的基本方法和思路,让学生了解研究的数学对象是什么,该怎么进行研究,然后建立起所学知识之间的联系,解决问题。使得学生具备基本的逻辑思维和发现问题的能力。接下来会以常见的立体几何问题进行探讨。几何题中常用三视图来计算几何体的面积或者体,解决此类问题需要学生根据已知的三视图图形还原实际几何图形的形状。基本思路就是先俯视图,再正视图或者侧视图。通过俯视图构想几何图形的底面,然后根据正视图或者侧视图明确几何体侧面特征。除此之外,还需要特别留意虚线和实线,从而确定棱和面的位置。最后确定几何体基本轮廓、方向、大小。例如:如下图所示,求该几何体的体积()。

教师进行基本方法和解题思路讲解后,学生拥有了解决这类题型的逻辑能力,通过三视图的俯视图知该几何体是一个底面为半圆和三角形,通过正视图和侧视图可知从观察者的角度看正面和侧面都是等腰三角形,通过组合可得出该几何图形是一个半圆锥和三棱柱组成的几何体,半圆锥在右侧,棱柱在左侧。然后根据三视图上面标记的数据可计算出体积为.
3.培养学生的运算素质
        在立体几何教学中,运用向量法不仅能够直观的体现几何图形位置的特征,将图形问题转化为数学问题,具有良好的数学运算性质。因此,在实际教学过程中,遇到有关平行共面、垂直、空间角度、空间距离类的几何关系,都可以尝试运用向量的方法,将其转化为数量间的关系,从而计算出结果。这样不仅能够可以降低解题的难度,还能增加数学课堂的活力,提升学生的思维能力和运算素质。
求角问题。例如:如下图所示,且EG=AD,
.现做CF中点M,EG中点N,求二面角E-BC-F的正弦值。

求解角问题可以转化为空间向量问题,然后进行运算。因此,此题可以以D为原点建立空间坐标系,分别以方向为。可得,
解:根据题意可得.设n=(x,y,z)为平面BCD的法向量,,令z=0,则可得n=(0,1,1),m=(x,y,z)为平面BCF的法向量。,令z=1,则可得m=(0,2,1),因此,有cos<m,n>=
,于是sin<m,n>=,所以二面角E-BC-F的正弦值.
        利用向量法解题,能够较大程度训练学生的空间想象能力,找准空间直角坐标系是使用这种方法解题的重点。通过向量的坐标运算,将几何问题数量化,成为单纯的数学运算,从而降低问题难度。
        立体几何知识在提高学生抽象能力、逻辑能力、运算素养数学核心素养发挥着重要作用,教师在实际教学过程中要结合学生认知特点,让学生学会分析和观察图形,在实际解题过程中,要为学生安排合适的训练题目,让学生学会将数学知识运用到实际问题解答当中去,使得学生核心素养得到发展,体现立体几何教学的重要价值。
参考文献:
[1]禹文军.新课标背景下立体几何教学基本问题与解决策略[J].数学教学与研究,2019(24).
[2]江志杰.基于数学核心素养的立体几何教学思考[J].数学教学与研究,2016(12).
福建省“十三五”中小学名师名校长培养工程专项课题(课题编号DTRSX-2019017 )“高中生数学直观想象素养的培养策略研究”的阶段性成果.
福建省“十三五”中小学名师名校长培养工程专项课题(课题编号DTRSX-2019038 )“基于数学抽象的解析几何新授课教学研究”的阶段性成果.
本课系三明市2019年基础教育教学研究课题(课题编号JYKT-19052 )“培养数学核心素养之‘数学抽象’的教学研究”的阶段性成果.
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