“几何图形初步”的学习要点

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  “几何图形初步”是《义务教育数学课程标准(2011年版)》中“图形与几何”的重要内容之一。
  扎实掌握“几何图形初步”的核心内容,是学好“图形与几何”的关键,对于初中数学学习至关重要。
  一、了解“几何图形初步”的学习目标,掌握与之适应的学习方法
  “几何图形初步”的基本内容涵盖了点、线、面、角等,这些内容是几何学的核心组成要素。通过学习,需要我们努力达成如下目标:
  1.通过实物和具体模型,了解从物体抽象出来的几何体、平面、直线和点等。
  2.会比较线段的长短,理解线段的和、差,以及线段中点的意义。
  3.掌握基本事实:两点确定一条直线。
  4.掌握基本事实:两点之间线段最短。
  5.理解两点间距离的意义,能度量两点间的距离.
  6.理解角的概念,能比较角的大小。
  7.认识度、分、秒,会对度、分、秒进行简单的换算,并会计算角的和、差。
  恰当的方法是学好“几何图形初步”的利器,为此,我们需要掌握以下学习方法:
  1.重视概念,仔细体会其数学本质,杜绝机械记忆,重视对概念的理解,可以结合图形或图形间的转化理解概念,例如,可以结合我们的活动经验来理解几何的概念,将笔在纸上轻轻一点,就形成了一个点,将这个点按照一个方向一直运动就形成了射线,将这条射线围绕着起始点进行旋转,就形成了角,这样结合活动在运动中理解几何概念,不失为一个好方法.
  2.充分利用生活经验,深化对于几何基本事实的理解,对于本章的一些内容,不仅需要我们理解概念,而且需要我们认识“两点确定一条直线”“两点之间线段最短”等重要的基本事实,这些基本事实是数千年以来人类不断积淀的生活经验,需要我们还原生活,从几何学的角度进行再次提升,“两点确定一条直线”其实是“在墙上钉木条(如果忽略摩擦力),用两根钉子,就能钉牢”等生活经验的进一步提炼,而“两点之间线段最短”几乎被许多生物的本能反应所诠释,无论是狗扑食,还是鸟儿被惊飞,生物的本能促使它们都选择最快捷的途径。
  3.借助图形理解概念——这是几何学不同于代数学的关键点之一,例如,钝角的定义是“大于直角且小于180°的角”,但是在实际观察中发现,很多同学都会漏掉小于180°的角这个重要条件,如果通过图1来理解定义,就不会出现类似的问题了。
  4.注意培养看图、画图的能力,本章与以往的代数学习的重要差别之一就是几何直观能力,表现在图形上就是识图、辨图、画图的能力,同学们首先要学会看简单图形,将简单图形的画法、基本特征、性质铭记于心,逐渐养成在复杂图形中寻找简单图形,将复杂图形分解为若干个简单图形的习惯。
  图形的发展推进了人类生活上产的进程
  就人类的发展而言。图形的出现远远早于文字,而数学起源于人类生产生活的需要,“图形与几何”的产生就是源于面积测量的需要,相传4000年前,古埃及的尼罗河每年洪水泛滥,淹没两岸的土地,也带来肥沃的淤泥,洪水退后,土地的界线便不再分明,当时的人们为了重新测出被洪水淹没的土地的界线,每年总要进行土地测量,古埃及人积累了许多土地测量方面的知识,积淀了几何学初步的丰富经验。
  我国对几何学的研究也有悠久的历史,在公元前1000年前,我国处于黑陶文化时期,陶器上的花纹就有菱形、正方形等许多几何图形,公元前500年,在墨翟所著的《墨经》里有几何图形的相关知识,《九章算术》里记载了土地面积和物体体积的计算方法,《周髀算经》里记载了直角三角形三边之间的关系,这就是著名的勾股定理,也被称为“商高定理”,祖冲之的圆周率也是著称于世的,还有我国古代数学家刘徽、王孝通等,都对几何学做出了重大贡献。
  随着工农业生产和科学技术的不断发展,几何学的知识也越来越丰富,研究的方面也越来越多,因此,“图形与几何”是为了解决现实问题而存在的,对于我们的生活是必要的。
  三、实现世界中存在多姿多彩的几何图形
  几何图形是由现实世界的实物抽象而来的,几何图形装点着我们的大千世界,在现实世界中,存在着各种各样的几何图形,有的是简单的几何图形,有的是由简单几何图形复合而成的复杂几何图形。
  有些几何图形(如线段、角、三角形、长方形、圆等)的各部分都在同一平面内,它们是平面图形,有些几何图形(如长方体、圆柱、圆锥、球等)的各部分不都在同一平面内,它们是立体图形。
  我们生活的世界完全可以说是一个图形的世界。图2和图3就是笔者在生活中拍摄的照片,从中可以发现很多的几何图形,其中,既有平面图形也有立体图形,例如,平面图形:圆、长方形、钝角、直角等,立体图形:球、圆台等,你也可以试着找一找,看看还能找出哪些几何图形。
  只要我们仔细观察,认识思考,就会发现几何图形无处不在。
  几何直观能力是指借助于见到的(或想象出来的)几何图形,对数学的研究对象(即空间形式和数量关系)进行直接感知、整体把握的能力,借助于直观形象的图形,我们可以简捷明快地分析和解决数学问题,通过本章的学习,期望你初步认识图形,感受图形世界的美妙,体会图形世界的内在规律——它们都是由一些基本图形组成的。
  当然。仅仅找到它们是不够的,我们更应该去思考:用所学的几何图形知识,可以解决哪些问题呢?
  四、动手制作立体图形,积累几何操作的直接经验,发展空间观念
  “图形与几何”的应用之一就是设计制作文化用品和家居用品,这些物品是人们生活中必不可少的工具,它们在帮我们解决生活问题的同时也美化了生活环境,图4、图5是我们生活中常见的小家具——收纳凳,它们既可以帮我们收纳物品,也可以供人们休息。
  原本一个收纳用的箱子,经人们稍加设计,就变得更有用了,现在市面上一般都是正方体的收纳凳(图4)和正八棱柱的收纳凳(图5),   1.发现数学问题,
  能否用已经学过的知识来开发出新样式的收纳凳呢?
  我们一起来研究如何制作一个正五棱柱的收纳凳。
  2.提出数学问题,
  将我们待解决的问题——“制作一个正五棱柱的收纳凳”,转化成数学问题——“如何制作一个正五棱柱”。
  3.分析问题,
  观察正五棱柱,它有什么样的特点呢?可以发现正五棱柱的上表面和下表面是一样的正五边形,侧面都是一样的矩形,并且这些矩形都有一边与正五边形的边长相等。
  4.解决问题。
  (1)设计正五棱柱的展开图,
  不难分析,展开图需要满足这样的条件:上表面和下表面至少要有一条边与侧面连接,而侧面之间则不必完全连接。
  正五棱柱的展开图大致分为两类:
  当侧面都连在一起时,只要两个一样的正五边形在侧面所连成的大矩形的两侧即可(如图6所示):
  当侧面和侧面不连接在一起时,那么有一个正五边形就会和每一个侧面都连接,另一个正五边形和其中的一个侧面的矩形连接即可(如图7所示)。
  这两类展开图均可组成正五棱柱,
  (2)任选一个第一步中可以组成正五棱柱的展开图(如图8),将展开图按连接线折起,用胶粘住,一个正五棱柱就做好了。
  5.几何知识的拓展应用。
  经过前面发现问题、提出问题、分析问题、解决问题四步,我们就能够做一个正五棱柱了,细心的同学可以发现,笔筒是生活中的物品,它与正五棱柱是有区别的,这就引起我们注意了,将所学的数学知识应用于实际生活时,应该根据具体情况做一些处理。
  我们要做正五棱柱的收纳凳,还要注意下面几个问题。
  (1)用一些承重能力强的材料,按照上面的步骤制作两个不完整的正五棱柱(一个没有下表面,另一个没有上表面,并且没有下表面的正五棱柱要比没有上表面的正五棱柱大一点),我们就可以仿照制作正五棱柱的步骤去制作没有上表面(或下表面)的正五棱柱。
  (2)将这两个不完整的正五棱柱套在一起。
  (3)创意加工:给两个不完整的正五棱柱先穿上“美丽的衣服”,然后进行精心“化妆”、适当镂空,再加些小饰物,一个正五棱柱的收纳凳就大功告成了。
  能力拓展:经历了上面的过程,你不妨想一想圆柱体、正三棱柱、长方体的收纳凳或者笔筒应该如何制作,利用类似的图形,你还可以做什么样的富有创意的小物品呢?
  懂得了数学知识,我们也可以自己做各种有创意的家具了!只要认真思考,数学会带给我们无尽的惊喜!认识和了解了几何图形之后,我们会发现数学知识很有用,可以帮我们解决生活中的问题,能够让生活更美好,为我们的生活增光添彩。
  同学们还能发现图形的哪些应用呢?
  练一练
  1.图9、图10、图11可以折成什么样的立体图形呢?
  2.图12是正六棱柱的展开图(不完整),如果要用这个展开图折成一个正六棱柱,需要添上什么图形,在哪添,共有几种添法?
  3.图13是正六棱柱的展开图(不完整),要补充完整,需要添上什么样的图形,可以添在什么位置上,共有几种添法?
  参考答案:
  1.图9:三棱锥;图10:圆锥;图11:正六棱柱。
  2.添一个和图12中一样的正六边形。共有6种添法,位置略。
  3.需要添上和图13中一样的正六边形,共有6种添法,位置略。
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