建构几何模型,巧妙进行探究

来源 :中学数学杂志(初中版) | 被引量 : 0次 | 上传用户:intaaae
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  新课标中将培养学生的“逻辑思维能力”改为“思维能力”,是要求我们在注重逻辑思维能力培养的同时,还应该注重观察力、直觉力、想象力等具有跳跃性非逻辑思维能力的培养.中考数学突出对直觉力考查,不仅是因为数学直觉力是数形结合思想的基础,还是学生思维能力的整体发展的客观需求,更是新时期社会发展对人才的急切要求.下面结合盐城中考试卷说明.
  试题:(2008盐城第28题)如图1,在△ABC中,∠ACB为锐角,点D为射线BC上一点,连结AD,以AD为一边且在AD的右侧作正方形ADEF.
  解答下列问题:
  (1)如果AB=AC,∠BAC=90°,
  ①当点D在线段BC上时(与点B不重合),如图2,线段CF,BD之间的位置关系为_______,数量关系为_______.
  ②当点D在线段BC的延长线时,如图3,①中的结论是否仍然成立,为什么?
  (2)如果AB≠AC,∠BAC≠90°,点D在线段BC上运动.
  试探究:当△ABC满足一个什么条件时,CF⊥BC(点C,F重合除外)?画出相应图形,并说明理由.(画图不写作法)
  (3)若AC=42,BC=3,在(2)的条件下,设正方形ADEF的边与DE线段CF相交于点P,求线CP段长的最大值.
  
  命题思想
  
  (1)融一些基本的、重要的知识于探索型问题中,第(1)问建立一个特殊的几何模型,给学生提供一个思维平台;
  (2)结合探索性问题对数学思想进行考查:旋转思想、转化思想、建模思想,方程思想、分类思想.函数思想;
  (3)与图形结合综合考查运用数学知识解决问题的应用能力.
  
  试题解析
  
  解答:(1)①垂直,相等;
  ②仍然成立.
  因为BA=BC,∠BAD=∠CAF,AD=AF,所以△BAD≌△CAF,
  所以AD=CF,∠ACF=∠ABC=45°,∠FCB=∠ACB+∠ACF=90°.
  (2)当△ABC满足条件∠ACB=45°时,CF⊥BC(点C,F重合除外)
  因为∠BAC≠90°,所以分∠BAC>90°和∠BAC<90°.
  解法1 ①当∠BAC>90°时(如图4),过点A作MA⊥AC交BC于点M,因为∠MAC=∠DAF=90°,所以∠MAD=∠CAF. 因为∠ACM+∠AMD=∠ACM+∠ACF=90°,所以∠AMD=∠ACF.
  又因为AD=AF,所以△AMD≌△ACF(AAS),所以AM=AC.
  又因为∠MAC=90°,所以∠ACB=45°.
  ②当∠BAC<90°时(如图5),过点A作MA⊥AC交CB延长线于点M.
  因为∠MAC=∠DAF=90°,所以∠MAD=∠CAF. 因为∠ACM+∠AMD=∠ACM+∠ACF=90°,所以∠AMD=∠ACF.
  又因为AD=AF,所以△AMD≌△ACF(AAS),所以AM=AC.
  又因为∠MAC=90°,所以∠ACB=45°.
  点评 此解法的方法是借助图1中的“直角三角形”这一几何模型,通过辅助线起到“化不规则图形为规则图形”的作用.其实质是将△ACF绕点A旋转至△AMD处.
  解法2 ①当∠BAC>90°时(如图6),连结AE,因为∠FCD=∠E=90°,所以点A、D、E、F四点共圆,则∠ACD=∠AED=45°,即∠ACB=45°.
  ②当∠BAC<90°时(如图7),连结DF,因为∠DAF+∠DCE=180°,所以点A、D、C、F四点共圆,则∠ACD=∠AED=45°,即∠ACB=45°.
  点评 此法构造辅助圆,运用分析法,比上更简洁.
  (3)过点A作AN⊥BC交直线BC于点N,
  因为∠ACB=45°,AC=42,所以AN=NC=4.又因为BC=3,所以△ABC是钝角三角形(如图8),设CP=y,CD=x,则ND=NC-DC=4-x.
  因为∠ADE=90°,所以Rt△AND∽Rt△DCP,所以ANND=DCCP,即44-x=xy.
  
  试题赏析 从中考阅卷情况看,第(1)小题多数考生可得2分,第(2)小题问题较多. 今年是盐城进入课改后的第二次中考,一些考生因缺乏新课程提倡的“问题情景——建立模型——求解——解释——应用”的思想和图形转换意识不强,发现不了本质问题,也有相当部分考生因几何思想方法能力不强,无法作出恰当的辅助线证明.由此,对我们的数学教学、新课程改革引发出深层的思考和启示.
  1.正确的解题思路源于基础知识、基本技能和数学思想方法的熟练掌握.
  实事求是地说,本题难度并不大,第(1)问通过操作积累,已经为学生提供了一个思维平台——以构建“直角三角形和正方形的几何模型”为载体结合“图形的运动变化”.并由此提供了解决问题的知识(全等法)
  第(2)问只是在问题情景的基础上设置了一个台阶,把握住试题的核心,此题既可以通过构建直角三角形几何模型,实际问题数学化,数学问题形象化;又可以通过旋转思想,将△ACF绕点A顺时针旋转至△ADM处使得问题求解.此实质就是作辅助线的两种不同的分析方法.体现了不同数学方法之间的相似性.
  第(2)问还考查了学生阅读信息,寻求解题方法的方法,在解题中学生要能把握命题者所提供的隐含思想,题中条件“∠BAC≠90°”实际上提示学生要分∠BAC>90°和∠BAC<90°两种情况进行探究;
  第(2)问的思维层次有两个,一是学生在绘图的基础上直接添加条件∠ACB=45°,然后利用该条件进行CF⊥BC的证明(这是命题者提供的答案);但笔者认为这仅仅是必要条件,而不是充要条件,此题应该是在CF⊥BC的基础上探究∠ACB应具备的条件,这是思维的较高层次.
  2.试题高超的数形结合思想和良好的思维策略.
  “数”和“形”是数学教学中既有区别又有联系的两个对象,在数学教学中,突出数形结合思想,有利于学生从不同的侧面加深对问题的认识和理解,提供解决问题的方法,也有利于培养学生将实际问题转化为数学问题的能力,同时从对数学的基本认识方面看,在几何图形中,由于运动而导致图形的形状发生了特征上的变化,从而导致数量关系的变化,而这种数量关系恰好就是问题所以研究讨论的.在第(3)问中求线段CP极值的过程就体现了这一数学思想.
  该问同时较好地考查了学生的思维策略:首先恰当地选用图形解决问题(见图8);其次要观察图形,对复杂图形要善于分解,弄清楚不同的构成要素(Rt△AND∽Rt△DCP);最后要大胆猜想(点D运动,则CD是个变量,设CP=x.)严谨论证,寻求最佳的解题途径(建立关于CP的函数解析式,用函数思想解决问题),启发我们在今后得教学中要注重数形结合思想的教学,数量问题有时借助于图形可以很直观地解决,反之,图形问题有时转化为数量问题可以很方便的解答.
  3.着力培养学生的创新意识,寻求最佳解题途径.
  数学思想和方法是数学知识在更高层次上的抽象和概括,蕴涵在数学知识的发生、发展和应用的过程中,能够迁移并广泛应用于相关学科和社会生活中.另一方面,在数学学习和研究过程中,知识的迁移、组合、融汇的程度越高,展示能力的区域就越宽泛,显现出的创造意识也就越强.本试题对学生的创新意识提出了一定的要求. 让学生在模仿中透着创新. 本题解法灵活、创新意识强,(如解法2中构造辅助圆,应用五点共圆知识解决问题)要选择其中较为简便的方法与考生的创新意识密切相关.这就启发我们在平时的教学中,要大力发展学生的求异思维、发散思维、逆向思维等多角度、全方位考虑问题.
  4.重视对课本习题、试题的拓展与挖掘.
  近两年盐城中考试题源自教材的习题或例题比较常见. 教材习题例题的熟练掌握,对答好这类试题至关重要. 我们不提倡应试教育下的猜题和押题,但这类命题有极大的典型性和代表性,要注意充分地引申,挖掘其蕴含的深层潜力,一题多解、一题多变、融会贯通,这样才能得心应手.
  探究1 当点在线段延长线上时,其它条件不变,问题(2)结论仍成立图形见图9、10具体证明同上.
  
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