一道初中几何试题的命制

来源 :数学教学通讯·初中版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangyutinglzl
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  [摘 要] 本文从一道南京中考试题出发,探寻其不同的解法,分别从不同的角度分析编制意图. 笔者结合自身教学实践经验及基于对初中几何题的特点理解,进行原创设计,在命题中得到感悟、提升.
  [关键词] 初中几何题;命制
  几何题是教师与学生最难以把握的富含数学思维的题目. 笔者翻阅了近几年的南京中考卷,翻出一道南京2013年中考卷的第25题,笔者由此题的解法出发,从四个角度谈这道题的编制意图,最后再编制出一道相关题,谈一谈几何试题命制过程的感悟.
  真题重现
  试题 如图1,AD是圆O的切线,切点为A,AB是圆O的弦,过点B作BC∥AD,交圆O于点C,连接AC,过点C作CD∥AB,交AD于点D,连接AO并延长交BC于点M,交过点C的直线于点P,且∠BCP=∠ACD.
  (1)判断直线PC与圆O的位置关系,并说明理由;
  (2)若AB=9,BC=6,求PC的长.
  解法探究
  根据题意,我们通过作辅助线(主要是连接CO,BO及延长CO与圆O交于点N)可以证得题中存在三个等腰三角形,分别是△OBC,△OAC和△OAB. 通过等量代换,得∠BCP ∠BCO=90°,(1)题得证. 当然,由(1)题证得的结论,可以证得图中存在四个直角三角形,分别是△OMC,△CMP,△OCP和△NBC,且互为相似三角形,利用相似三角形对应边成比例,可求得CP的长.
  解法1 (常规思路,通用解法)(1)直线PC与圆O相切,理由如下:如图2,连接CO并延长,交圆O于点N,连接BN. 因为AB∥CD,所以∠BAC=∠ACD. 因为∠BAC=∠BNC,所以∠BNC=∠ACD. 因为∠BCP=∠ACD,所以∠BNC=∠BCP. 因为CN是圆O的直径,所以∠CBN=90°. 所以∠BNC ∠BCN=90°. 所以∠BCP ∠BCN=90°. 所以∠PCO=90°,即PC⊥OC. 又点C在圆O上,所以直线PC与圆O相切.
  (2)因为AD是圆O的切线,所以AD⊥OA,即∠OAD=90°. 因为BC∥AD,所以∠OMC=180°-∠OAD=90°,即OM⊥BC. 所以MC=MB. 所以AB=AC. 在Rt△AMC中,因为∠AMC=90°,AC=AB=9,MC=BC=3,由勾股定理得AM===6. 设圆O的半径为r,在Rt△OMC中,因为∠OMC=90°,OM=AM-AO=6-r,MC=3,OC=r,由勾股定理得OM2 MC2=OC2,即(6-r)2 32=r2,解得r=. 在△OMC和△OCP中,因為∠OMC=∠OCP=90°,∠MOC=∠COP,所以△OMC∽△OCP. 所以=,即=,解得PC=.
  解法2 (观察图形,化动为静)(1)直线PC与圆O相切,理由如下:如图3,连接OC. 因为AD是圆O的切线,所以AD⊥OA,即∠OAD=90°. 因为BC∥AD,所以∠OMC=180°-∠OAD=90°,即OM⊥BC. 所以MC=MB. 所以AB=AC. 所以∠MAB=∠MAC. 所以∠BAC=2∠MAC. 又因为∠MOC=2∠MAC,所以∠MOC=∠BAC. 因为AB∥CD,所以∠BAC=∠ACD. 所以∠MOC=∠ACD. 又因为∠BCP=∠ACD,所以∠MOC=∠BCP. 因为∠MOC ∠OCM=90°,所以∠BCP ∠OCM=90°,即∠PCO=90°. 所以PC⊥OC. 又因为点C在圆O上,所以直线PC与圆O相切.
  (2)在Rt△AMC中,因为∠AMC=90°,AC=AB=9,MC=BC=3,由勾股定理得AM===6. 设圆O的半径为r,在Rt△OMC中,因为∠OMC=90°,OM=AM-AO=6-r,MC=3,OC=r,由勾股定理得OM2 MC2=OC2,即(6-r)2 32=r2,解得r=. 在△OMC和△OCP中,因为∠OMC=∠OCP=90°,∠MOC=∠COP,所以△OMC∽△OCP. 所以=,即=,解得PC=.
  对试题多角度分析
  1. 从《课标》视角来看
  (1)此题反映了数学课程标准让学生掌握的必备的基础知识和基本技能;能培养学生的抽象思维能力和推理能力;能培养学生的创新意识和实践能力.
  (2)此题考查的核心内容有:会用二次根式(根号下仅限于数)进行有关的简单四则运算;会用平行线的性质定理;掌握三角形内角和定理的推论;掌握等腰三角形的性质定理;理解圆周角的概念,以及圆周角定理及推理;了解直线和圆的位置关系,掌握切线的概念,探索切线与过切点的半径的关系;了解相似三角形的判定定理与相似三角形的性质定理.
  (3)此题突出对考生学科能力的考查,把学习内容作为一个辅助因素,不仅考虑学生学习内容的覆盖面,更多的是考查学生所学知识的综合素质. 主要考查了问题探究能力、几何推理能力、问题迁移能力、多角度解决问题的能力、复杂数据的计算能力.
  (4)此题突出考查了基本思想方法和学科素养. 此题考查了数形结合思想、转化思想. 在数学课程中,应当注重培养学生的学科素养. 此题关注下面一些数学学科素养的考查,如推理能力、几何直观、运算能力、应用意识.
  2. 从命题的视角来看
  本题考查的是以圆为基础的综合几何图形,要求学生会证明圆的切线、三角形全等,能灵活运用“弦切角”的相关结论. 此题有一定的难度,属于提高题. 本题的分值为8分,占试卷总分的6.67%.
  3. 从学生解题的视角来看
  对于此题,不少同学在第(1)问就“卡壳”了,第(2)问就无法继续探究. 此题已经不满足让个体达到课标的基本目标,而是追求数学思维的较高要求. 因此,整套试卷的难度受此题的影响,学生做到倒数第三题时,遇到难题,心理影响也较大. 数学比较好的学生会在此题拉开差距,获得成就感.   4. 从近10年的中考数学走势来看
  从2006年到2016年,中考无论从题型上还是考点上看,仍然需要不断地坚持与继承. 从难度上看,我们不能低估了有关圆的题目的难度与创新力, 2013年的圆的综合题确实给学生带来了证明与计算的难度,有利于高学段的学校选拔优秀的新生.
  基于本质,原创设计
  编制试题 如图4,AC是⊙O的直径,BC是⊙O的切线,切点为C,CF是⊙O的弦,过点A作AE∥CF,交BC于点B,点D为CF延长线上一点,且∠DAF=∠CAB.
  (1)判断直线DA与⊙O的位置关系,并说明理由;
  (2)若AB=2,DA=,求BE的长.
  解析 根据AB∥CF,可以得到∠FCA=∠CAB=∠DAF,由于AC是⊙O的直径,于是可得∠AFC=90°,所以可以证得∠DAF ∠CAF=90°,(1)题得证. 由(1)题所得结论∠DAC=∠ACB=90°,得AD∥BC,可以证得四边形ABCD是平行四边形,于是有AD=BC=,作辅助线(连接CE),存在6个直角三角形,分别是△ADF,△CAF,△CDA,△CBE,△ACE和△ABC,且互为相似三角形. 利用相似三角形的对应边成比例,可求得BE的长. 当然,此题还可以证明四边形AECF是长方形,得到CF=AE,证得DF=BE,可以先求DF的長,再求得BE的长.
  答案 (1)直线DA与⊙O相切,理由如下:因为AB∥CD,所以∠BAC=∠ACD. 因为∠DAF=∠CAE,所以∠ACD=∠DAF. 因为AC是⊙O的直径,所以∠AFC=90°. 所以∠FAC ∠ACF=90°. 所以∠DAF ∠FAC=90°. 所以∠DAC=90°,即DA⊥OA. 又点A在⊙O上,所以直线DA与⊙O相切.
  (2)如图5,连接CE,因为DA是⊙O的切线,所以DA⊥OA,即∠OAD=90°. 因为BC是⊙O的切线,所以BC⊥OC,即∠OCB=90°. 所以∠OAD=∠OCB=90°. 所以BC∥AD.
  所以四边形ABCD是平行四边形. 所以AD=BC=. 因为AC是⊙O的直径,所以∠AEC=90°. 所以∠CEB=90°. 在Rt△ABC和Rt△CBE中,因为∠B=∠B,∠ACB=∠CEB=90°,所以△ACB∽△CEB. 所以=,即=. 所以BE=.
  对几何题命制的几点思考
  一道好的试题,既要体现数学知识、技能与经验、能力的内在价值,又要体现数学的人文价值,关注学生的情感态度和个体差异,使之成为学生与知识、情境、命题者之间自然对话的良好载体.
  命制出一道高质量的原创试题,实在不易!它既要符合新课程理念,提升能力考查,侧重知识活用,又要使试题的形式新颖,所用材料丰富多彩,并达到科学合理的难易度、区分度. 以本题为例,命题考查以圆为基础的综合几何图形,要求学生会证明圆的切线,能运用平行四边形的判定定理与性质定理、三角形相似,能灵活运用“弦切角”的相关结论. 此题难度适中,属于中档题,适合大部分学生,有较好的效度. 解答此题的方法比较多,考查发散能力,也有不错的区分度. 情境中存在基本图形,又是原创题,故而有较好的信度,这样的试题才会适用于各个层次学生发展的需要.
  教师要加强对问题通性通法的研究. 讲通性通法就是要暂时撇开具体的小方法,要重视与培养一种能统领全局的大方法,这也正是本人命题的理想与追求. 同时,也将教师与学生从“题海”中拯救出来. 命题者和教师都有这样的认识、思考与实施,必然能对数学教学起到良好且积极的导向作用,必然会促进教师教学行为与学生学习行为的自我超越.
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