数学与GeoGebra的美丽邂逅

来源 :广东教学报·教育综合 | 被引量 : 0次 | 上传用户:honghui2009
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  随着科学技术的迅猛发展和5G(第五代移动通信技术)时代的来临,科技和互联网已经改变了我们的生活和学习方式。一支笔、一块黑板、一个PPT已经不能满足现代学生对知识渴望的要求。在与时俱进的时代,根据数学新课程标准,我们不但要提升学生的综合素质,发展核心素养,还要注重培养学生的科学文化素养和终身学习的能力。同时,新课程标准对数学学科提出了六大核心素养:数学抽象、逻辑推理、数学建模、直观想象、数学运算和数学分析。怎样落实培养目标、怎样在数学课堂上培养学生的数学核心素养,成为现代数学教学的研究方向。
  在过去的数学课堂上,许多重要的数学概念教学不曾被一些老师重视,对概念、定理的教学是采用“直接告诉法”,为了追求分数,一些老师把更多的时间和精力放在题海中,殊不知,没有理解概念基础上的数学学习,在高考中也是难以取胜的,学生的数学素养是难以形成的。一些老师对概念教学的忽视,还有另外一个原因,那就是数学概念教学很难开展,高度抽象的数学概念像立在老师和学生面前的一座大山,想跨越过去,不是那么容易。现在,想要翻越这座“大山”,现代教育技术可以为老师和学生实现这个“梦想”。本文以电脑版GeoGebra Classic 5.0软件为例,探索动态教学在数学概念教学中的应用。
  一、GeoGebra简介
  GeoGebra是2001年由Markus Hohenwarter在萨尔茨堡大学做硕士论文时开创的软件。GeoGebra是一款开源(Open-source)、免费的数学软件,它具有功能多、易上手、好用、省钱省时省力等特点;它有电脑版、手机版和网页版,满足了各种需求。几何是Geometry,代数是Algebra,GeoGebra刚好是两者的组合,实际上,GeoGebra不仅是一款结合了几何和代数的数学软件,还是一款结合了微积分、数据表、图形,统计和计算的多功能软件,在数学、物理、地理都有广发应用。鉴于Geogebra的强大功能和明显的优势,它将会给我们的数学课堂带来更多样的教学方式和学习方式,它应该成为老师教学、学生学习的好伴侣。
  二、GeoGebra是一款易操作的软件
  说GeoGebra易上手、好用,那是因为它操作方便,三年级的小学生也可以很容易学会它的基本操作。图1和图2是我家三年级的小朋友第一次用GeoGebra设计的手绘万花筒。主要步骤只有两步,如图3,然后,进行属性设置,再拉动手绘图就可以得到不同的花形。小朋友都会觉得很好玩、有趣。
  三、GeoGebra在函数概念中的应用
  从初中到高一,数学学科成为了大部分学生学习上的一大难题。高度抽象的函数概念让很多同学一头雾水。利用GeoGebra的输入栏,我们可以很方便地得到想要的函数图象,在教学上的,这种形象具体的呈现,能有效帮助学生理解函数概念是两个变量之间的对应关系这一特点。周期性,是三角函数中的一个重要性质,利用GeoGebra的输入栏,直接得到y=sinx的函数图象,利用滑动条,可以观察一个周期内的函数图象与下一周期图象重合,从而让学生达到理解周期性的概念(如图4、图5)。另外,利用GeoGebra还可以很容易做出其他周期函数图象,让学生领悟到,周期性并不是三角函数的“专利”(如图5),让学生走出“只有三角函数才有周期性”的误区。
  四、GeoGebra在导数概念中的应用
  导数是微积分的核心概念之一。教材(人教A版选修2-2第一章)通过气球膨胀率和高台跳水两个具体的例子,从平均变化率过渡到瞬时变化率,利用形象直观的“逼近”方法得到导数概念,利用GeoGebra的动态效果(如图6,图7),在函数图象上任意取两点A、B,当点B不断“逼近”点A时,割线BA的斜率就会越来越接近在点A处的切线的斜率,让学生经历导数概念从“静”到“动”的学习过程,帮助学生对导数概念的理解。
  五、GeoGebra在圆锥曲线概念中的应用
  圆锥曲线的形成,从“形”上得到,可以用一个平面去截圆锥(如图8),当平面与圆锥轴的夹角不同时,我们就得到不同的截口曲线,它们分别是圆、椭圆、抛物线、双曲线。图8是人教A版选修2-1第二章圆锥曲线与方程的章头图,在看到这幅章头图的时候,我第一个想法是,把这个动态过程呈现给学生,让数学教材也可以“动”起来。这样的想法,在GeoGebra里很容易就可以实现(如图9、图10),在拖动滑动条β的时候,就可以呈现截口曲线的变化。
  圆锥曲线的形成可以由平面截圆锥而成,这是从“形”上体现圆锥曲线的特征,那么怎么从“数”这一方面得到圆锥曲线呢?Geogebra在这方面也体现了它特有的优势。首先,设置滑动条a,区间可以设置为[-5,5],然后在输入栏输入,拉动滑动条,就可以得到椭圆,再设置输入框,在输入框中把“ ”号,分别改为“-”“*”“/”号,拉动滑动条就可以得到:到两定点的距离之和(差、积、商)为定值的点的轨迹。在高中教材中,只涉及到平面内,到两定点的距离之和(差)为定值的点的轨迹,对于平面内,到两定点的距离之商(积)为定值的点的轨迹并没有描述;我们知道,到两定点的距离之商为定值的点的轨迹(即阿波罗尼斯圆)又经常隐藏在考题中。那么,到两定点的距离之积为定值的点的轨迹是什么呢(如图11、图12)?这里可以引起学生的求知欲,进而引导学生进行课外探索。在GeoGebra中,通过拖动滑动条可以探索常数a的变化对曲线的影響,从而引起学生探索的兴趣。
  我国著名数学家华罗庚曾说过:“数缺形时少直观,形少数时难入微;数形结合百般好,隔离分家万事休。”特别在数学概念的教学中,利用GeoGebra强大的数形结合特点,使高度抽象的概念化身为相对具体的、可视的图象表征,体现了数形结合的思想的优势,帮助学生加深对数学概念的理解,构建良好的知识结构体系。利用GeoGebra的优异特征,帮助学生理解高中数学概念,可以达到形象、生动、有趣、高效的教学效果,进而引导学生进行课外探索,对落实核心素养发挥了一定作用。意大利著名儿童教育家蒙台梭利说过:“我听过了,我就忘了;我看见了,我就记得了;我做过了,我就理解了。”虽然,这句话主要是对儿童的教育而说的,但对正在学习的每一位学生来说,何尝不是这样呢?
  参考文献:
  [1]教育部.普通高中数学课程标准(2017年版)[M].北京:人民教育出版社,2018.
  [2]张志勇.基于GEOGEBRA的数学实验与可视化教学[M].长春:东北师范大学出版社,2018.
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