养成良好思维习惯,“圆”来如此美好

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  摘  要:圆是平面几何中的基本图形之一,是学生学习的第一个曲线形图形,它在初中数学中占有重要地位. 圆的许多性质都是通过与圆有关的线段和角等直线形图形体现的,这也是学生在初中阶段研究的重点内容. 为此,在“与圆有关的角的计算”专题复习课中,教师可以通过“形异质同”的变式题引导学生把握问题本质,并养成良好的思维习惯.
  关键词:与圆有关的角;解题策略;思维习惯
  思维习惯就是人类使用大脑的习惯,养成良好的思维习惯可以让我们更好地适应瞬息万变的生活. 学生良好思维习惯的养成则需要教师在日常教学中加以培养. 圆是平面几何中的基本图形之一,是学生学习的第一个曲线形图形,在初中数学中占有重要地位. 本文结合“与圆有关的角的计算”专题复习课的教学设计与反思,意在更具针对性地帮助学生把握问题的实质,通过“形异质同”的变式题目,归纳解决此类问题的策略,并让学生深刻体会其中蕴涵的转化思想,以有利于学生良好思维习惯的养成.
  一、内容和内容解析
  1. 内容
  圆周角定理与推论和圆的切线的性质定理专题复习.
  2. 内容解析
  本节课是九年级下学期的中考复习课,是在学生已经复习了圆的有关性质的基础上,以“与圆有关的角的计算”为专题开展的复习课,是对圆这一曲线形图形与直线形图形各元素之间关系的再认识. 在复习圆的相关内容前,学生已经复习了三角形、四边形等平面几何的相关知识,为研究圆这一种特殊的曲线形图形提供了知识基础,以及研究的方法和思路. 由直线到曲线,是学生在认知上的一个飞跃,而直线与曲线的组合更是学生对于几何学习的升华,是学生进一步学习数学和其他学科的基础,对学生未来的发展至关重要.
  圆周角定理与推论和圆的切线的性质定理是圆的重点内容. 复习这部分内容不是简单的重复,而是对这些知识的再认识. 同时,要通过复习圆的相关知识,揭示圆与三角形等知识之间的联系. 上节课以“垂径定理”为专题,应用圆的知识解决了有关圆的计算问题;本节课以“与圆有关的角的计算”为专题,综合应用圆的知识解决与圆有关的角的计算问题,并引导学生用符号语言表示圆周角定理与推论、圆的切线的性质定理,深刻认识图形各元素之间的关系,体会知识之间的联系,为与圆有关的角的计算提供解题策略,帮助学生养成良好的思维习惯.
  基于以上分析,确定本节课的教学重点是:与圆有关的角的计算.
  二、目标和目标解析
  1. 目标
  (1)会用圆周角定理及其推论、圆的切线的性质定理等知识解决与圆有关的角的计算问题.
  (2)在解決问题的过程中进一步体会转化的思想方法.
  (3)在解决问题的过程中进一步培养学生的推理论证能力.
  2. 目标解析
  达成目标(1)的标志:学生熟记圆周角定理及其推论、圆的切线的性质定理,并会运用相关定理解决与圆有关的角的计算问题.
  达成目标(2)的标志:学生能够在具体问题情境中,学会把未知化为已知,把复杂化为简单,把一般化为特殊,能够运用转化的思想方法分析和解决圆中求角的问题.
  达成目标(3)的标志:学生在解决与圆有关的角的计算问题的过程中,能够运用数学语言清晰、有条理地表述解题过程;恰当地添加辅助线,使未知与已知产生关联,并能归纳几种常见的关联角的类型,形成解题策略.
  三、教学问题诊断分析
  在解决与圆有关的角的计算问题时,需要根据不同的问题情境,利用最近联想和合情推理,在圆中做有关联的角的转移,最终达成用演绎推理得出结果的目的. 学生在演绎推理方面的欠缺体现为:不能很好地将圆的知识与其他知识相关联,在解决计算角度的问题时,往往找不到与所求角有关联的角,导致思考问题时思路欠佳;在表述解题思路的过程中,不易做到清晰、有条理. 因此,在复习过程中,教师可以利用“形异质同”的变式题目来帮助学生把握问题的本质,通过问题解决引导学生归纳出常见关联角的几种类型,让学生在解决同类问题时有切入点,同时发展学生思维的广阔性和灵活性.
  基于以上分析,确定本节课的教学难点是:综合应用圆、三角形等知识解决圆中角的有关计算问题.
  四、教学支持条件分析
  根据本节课教学内容的特点,为了更加直观、形象地突出重点、突破难点,借助希沃白板软件制作课件并进行课堂授课,以便更好地为课堂教学服务. 例如,在制作课件过程中,教师将所需图形复制多个,在有需要时及时提取,便于学生进行多种解法的展示;教师借助希沃白板软件中的“数学画板”功能制作图形的动态变化过程,让学生在变化的过程中感知不变的位置关系和数量关系;在授课过程中,借助希沃白板软件的“放大镜”功能,帮助学生快速捕捉到图形载体中的细节.
  教师利用手机拍照学生的练习解答,上传反馈、及时纠错;多屏展示学生解答,对不同的解题思路和方法进行比较、讨论,激发学生对数学推理的兴趣.
  五、教学过程设计
  1. 基础热身
  问题1:解决下述例题,并说出都用到了圆的哪些知识.
  例  如图1,已知AB是⊙O的直径,C,D是⊙O上两点,∠ABC = 50°,则∠CDB的度数为      .
  思路1:如图2,连接AC. 由“同弧所对的圆周角相等”,得∠CDB = ∠CAB. 由AB是⊙O的直径,得∠ACB = 90°. 所以∠CAB + ∠ABC = 90°,即∠CAB = 90° -∠ABC = 40°. 所以∠CDB = 40°. 运用了圆周角定理的推论1和推论2.
  思路2:如图3,连接OC. 由“一条弧所对的圆周角等于它所对的圆心角的一半”,得[∠CDB=12∠COB.]由OB = OC,得∠OCB = ∠OBC = 50°. 根据三角形内角和定理,得∠COB = 80°,所以∠CDB = 40°. 运用了圆周角定理.   思路3:如图4,连接AD. 由AB是⊙O的直径,得∠ADB = 90°. 所以∠CDB + ∠ADC = 90°. 由“同弧所对的圆周角相等”,得∠ADC = ∠ABC = 50°. 所以∠CDB = 40°. 运用了圆周角定理的推论1和推论2.
  师生活动:学生独立完成后,上台展示解题方法,并说出在解决问题过程中运用到的与圆相关的知识点. 教师和其他学生进行点评、补充,注重让学生在解决问题的过程中养成在图形上进行标注的习惯,有意识地让学生感受到基础知识和基本技能是思维发展的重要基础.
  【设计意图】为了帮助学生养成良好的思维习惯,分析三种解题思路虽然不一样,但实则都是通过添加辅助线构造了∠CDB的关联角,进而求解. 总结常见的关联角类型:等角型、倍分型、互余型、和差型. 同时,归纳梳理解决此类问题的三个基本步骤:一标、二找、三作答,为接下来解决问题提供思路.
  追问:你知道圆周角定理、圆周角定理的推论1和推论2的具体内容吗?怎样用符号语言表示?
  师生活动:学生独立填写下表并进行展示,教师和其他学生点评、补充.
  【设计意图】通过回顾圆周角定理及其推论,巩固学生的基础知识及对基本图形的认识,规范学生的书写格式.
  2. 例题精讲
  问题2:在例题的图形基础上,过点A作⊙O的切线与BC延长线交于点T,如图5所示. 将题干中的已知条件稍微改变后,就是天津市2017年中考第21题第(1)小题,大家试着做一做.
  变式1:(2017年天津卷第21题第(1)小题)已知AB是⊙O的直径,AT是⊙O的切线,∠ABT = 50°,BT交⊙O于点C,E是AB上一点,延长CE交⊙O于点D. 如图6. 求∠T和∠CDB的大小.
  师生活动:由学生独立完成∠T和∠CDB的求解,两名学生在黑板上板书解题过程. 教师巡视并进行指导,在学生完成解题后,教师和学生对黑板上的学生解题过程进行点评. 为了帮助学生有逻辑地思考,养成系统解决此类问题的思维习惯,教师可追问以下问题.
  追问1:通过读题我们可以在图形中标注哪些信息?
  追问2:你找到要求解的角的关联角了吗?
  追问3:对比例题,你在这道题目的求解过程中还用到了哪些与圆相关的知识?
  问题3:变式1中提到“E是AB上一点,延长CE交⊙O于点D”,大家思考,当点E的位置发生改变时,哪个点的位置也随之发生改变?
  在变式1中,当点E沿着BA的方向向下运动,直到BE = BC时,去掉线段BD,连接OD,如图7所示. 求∠CDO]的大小.
  变式2:(2017年天津卷第21题第(2)小题)已知AB是⊙O的直径,AT是⊙O的切线,∠ABT = 50°,BT交⊙O于点C,E是AB上一点,延长CE交⊙O于点D. 如图8,当[BE=BC]时,求∠CDO]的大小.
  师生活动:通过动画展示,让学生感悟到变式2是如何从变式1过渡而来,再让学生根据由变式1总结的分析方法进行变式2的解答. 学生在黑板上板书,并进行不同解法的讲解,教师总结、归纳.
  【设计意图】变式2的难度有所提升,重在培养学生养成系统解决此类问题的思维习惯. 让学生进行多种解法的展示,体现了学生是学习的主体. 通过展示交流,培养了学生的发散思维能力. 同时,培养了学生举一反三和把握问题实质的能力及推理能力,使学生学会了综合应用所学知识解题的策略. 最终,通过对不同解法的探讨,师生共同发现解决此类问题的本质就是转化.
  3. 达标测评
  题目 (2020年天津卷)在⊙O中,弦CD与直径AB相交于点P,∠ABC = 63°.
  (1)如图9,若∠APC = 100°,求∠BAD和∠CDB的大小;
  (2)如图10,若CD⊥AB,过点D作⊙O的切线,与AB的延长线相交于点E,求∠E的大小.
  师生活动:学生独立解题,教师批阅组长的答案,然后由组长在组内进行批阅,教师将学生的解答情况投屏展示.
  【设计意图】选择此题作為本节课的检测题,是因为其第(2)小题也可以看成是由第(1)小题改变了∠APC的度数变式而来,让学生体会到题目虽然发生了改变,但是思考问题的方向及解决问题的策略仍然是相同的,即通过寻找关联角,建立已知和未知之间的联系. 考查学生应用所学知识与方法解决问题的能力,帮助学生跳出题海,感受养成良好的思维习惯的重要性.
  4. 反思提升
  师生活动:通过对一题多解及变式的简单探究,归纳多法归一,教师引导学生归纳与圆有关的角的计算问题的基本方法和解题策略,特别是建立已知与未知之间关联过程中常见的四种关联角类型.
  【设计意图】通过梳理解决此类问题的基本方法和解题策略,让学生感悟转化思想在其中所起到的重要作用,将思维习惯的培养放在首位. 帮助学生认识到在变化的过程中,只有把握好其中不变的本质,以不变应万变,处理好已知与未知的关联,才能更好地解决问题.
  六、目标检测设计
  1. 如图11,△ABC是⊙O的内接三角形,AB为⊙O的直径,点D为⊙O上一点,若∠CAB = 55°,则∠ADC的度数为____.
  【设计意图】考查圆周角定理及其推论.
  2. 如图12,在⊙O中,AB是⊙O的弦,AC是⊙O的切线,A为切点,BC经过圆心,若∠B = 35°,则∠C的度数为____.
  【设计意图】考查学生对通过添加辅助线寻找关联角的掌握情况.
  3. 如图13,BE是⊙O的直径,点A和点D是⊙O上的两点,过点A作⊙O的切线交BE的延长线于点C,若∠ADE = 25°,则∠C的度数为____.
  【设计意图】考查学生在复杂的图形中,运用圆中与角有关的定理和推论建立已知与未知之间关联的能力.   七、教学反思
  1. 注重知识间的内在联系,奠定思维发展的基础
  “与圆有关的角的计算”是直线与曲线的组合,是学生对几何学习的升华. 然而,正所谓方圆纵横,不变其宗. 抓住基本图形及其本质属性是解决问题的关键. 例如,在基础热身环节,学生很快想到了思路1和思路2,这两种思路实际上可以归纳为一种,都是将∠CDB作为圆中[BC]所对的圆周角去寻找它的关联角. 对此,教师应当做好引导,能否立足于∠CDB本身,通过添加辅助线构造角的和差关系来求∠CDB呢?这样的引导,将思考的方向直接指向了问题的核心,既立足于这个角本身的属性,又将其纳入圆相关角之间的联系之中,很好地优化了解题方案.
  2. 强化学生的主体地位,创设思维发展的情境
  (1)问题引导的具体化,促进学生的有效思考.
  教师的有效提问能够促进学生的积极思考和思维的发展. 例如,在变式1的探究过程中,教师追问“通过读题我们可以在图形中标注哪些信息?”“你找到要求解的角的关联角了吗?”营造了浓浓的课堂氛围,帮助学生具体关注到思考的重点和关键,有益于学生展开有效的思考.
  (2)学习内容的层次化,适应学生的个性需求.
  数学课程的核心理念是“人人都能获得良好的数学教育,不同的人在数学上得到不同的发展”. 因此,本节课的研究内容在安排上由易到难,从简单的数学问题入手,留给学生足够的思考空间,并且鼓励学生从多角度思考问题,由浅入深、逐层递进,使学生通过学习各有所得.
  (3)学习方式的多样化,体现学生的主体地位.
  本节课属于习题类的复习课,通过让学生说方法、讲思路、板演、纠错,并采用组内互判等方式,充分体现了学生在学习过程中的主体地位,这样的过程也是学生思维发展、个性成长与共同发展统一的过程.
  3. 重视教学的呈现过程,关注思维习惯的养成
  学生良好思维习惯的养成,需要在课堂教学中完成. 本节课围绕同类问题展开变式,逐级呈现,就是要帮助学生在纷繁復杂、不断变化的问题中寻找不变的元素,抓住问题的核心,通过总结与归纳,由浅入深、由低级到高级地对问题进行认识与思考,从而使学生达到“会一题,通一类”的效果.
  同时,本节课课件的设计与呈现,充分体现了教学资源的辅助功能. 教师借助希沃白板软件中的“数学画板”功能,展示图形的动态变化过程,通过让图形动起来,帮助学生感知图形中不变的位置关系和数量关系,激发学生探索图形变化的兴趣,为促进学生形成良好的思维序列搭建了优质的平台.
  4. 彰显课程的育人价值,形成思维发展的格局
  虽然现阶段学生解决此类问题的方式、方法不具有社会价值,但本节课中所蕴含的思考问题的习惯和解决问题的方法,对学生今后面对新的问题情境具有特别重要的迁移和借鉴意义,这也正是课堂教学所要积极倡导的育人的价值. 例如,添加同一条辅助线却有不同解法,让学生体会到对于同一件事情,观察和思考的角度不同,就会打开不一样的世界. 在针对不同解法进行讲解时,强调没有规矩不成方圆,教材中的定理就是“规矩”,在解题过程中,要做到有理可依,遵守教材中的“规矩”;在生活中,要遵守法律法规,做一个对社会、对国家有用的人. 因此,深刻挖掘数学课程中的育人价值,促使学生形成思维发展的格局,是本节课重要的“隐形”教学目标.
  通过本节课的学习,让学生领悟解决问题的思想和方法,在变化的题目、变化的图形中总结、归纳解题策略,让学生学以致用,把解决问题的思路和方法运用到生活、生产问题的解决过程中,从而提升学生的数学素养,实现立德树人的根本目标;帮助学生将对数学知识的学习转变为生活的智慧,养成良好的思维习惯,“圆”来如此美好.
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