浅谈初中生解几何题能力的培养

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  摘 要: 作者举中考例题通过解题四个环节:审题、探路、书写和反思,浅谈初中生解几何题能力的培养。
  关键词: 解题能力 几何题 培养方法
  一道初中几何题不但考查基础知识点,还考查数学思想、方法,考查学生的解题能力。教学中发现许多学生学习几何问题用的时间很多,做的题目也很多,但是收到的效果却不理想,究其原因是他们总是就题论题,费时费力,事倍功半,显示出学生解题能力低下,因此教师在初中生解几何题能力方面需要加强培养,根据教学大纲要求,以及观察初中生解几何题时的意识、习惯等,笔者浅谈初中生解几何题能力培养方法:
  一、审题
  审题要求初中生做什么?怎么做?一道几何题总有若干已知条件和待求解结论,通常还配备几何图形,于是,在审题过程中教师应该引导学生做到以下几点:第一,从题干条件中抓住概念、性质,读懂题中线段、角的有关数据及各种位置关系、数量关系,关注特殊的点、直线、射线等,结合图形与题目条件结论进行观察对照,使题意与图形在学生印象中正确对应统一。第二,从已有概念、性质进行基本相关联想,明晰已有线段、角的位置关系和数量关系,将已知条件和待求结论结合,从复杂图形中分解出基础几何图形,必要时根据题意重新画图帮助理解。第三,有些几何题有许多后续小题,不同小题之间除了原主题干条件相同,前提条件未必相同;相同题干条件下的前面小题的结论又可以作为后续小题的条件。第四,遇上复杂题目,为把握命题者意图,学生应该将题目多读几次,最好逐字逐句分析题意,抓住关键字词深入思考,挖掘隐含条件,为后续解题思路探究铺平道路,避免“滑过现象”,不可由于审题不认真、不完整导致解题不严谨,甚至无从下手。
  例1(江西省2016)22.(图形定义):如图,将正n边形绕点A顺时针旋转60°后,发现旋转前后两图形有另一交点O,连接AO,我们称AO为“叠弦”;再将“叠弦”AO所在的直线绕点A逆时针旋转60°后,交旋转前的图形于点P,连接PO,我们称∠OAB为“叠弦角”,△AOP为“叠弦三角形”.
  探究证明:
  (1)请在图1和图2中选择其中一个证明:“叠弦三角形”(即△AOP)是等边三角形;
  
  (2)如图2,求证:∠OAB=∠OAE′.
  
  归纳猜想:
  (3)图1、图2中“叠弦角”的度数分别为____________________________,__________________________;
  (4)图n中,“叠弦三角形”__________________________等边三角形(填“是”或“不是”);
  (5)图n中,“叠弦角”的度数为__________________________(用含n的式子表示).
  粗略地看,题目条件涉及“叠弦”、“叠弦角”、“叠弦三角形”三个新概念,其实际是旧知识,由“将正n边形绕点A顺时针旋转60°后,发现旋转前后两图形有另一交点O,连接AO”可以在图形中,找出旋转前后两图形的相对位置,由旋转性质及正n边形的各边相等、各角相等且等于(n-2)×180°÷n,在图1中明确AD=AD′,∠D=∠D′=90°,由旋转60°知道各对应点与旋转中心连线所成角为60°,对应点与旋转中心的连线段相等,在图1中明确∠DAD′=60°。根据“再将‘叠弦’AO所在的直线绕点A逆时针旋转60°后,交旋转前的图形于点P,连接PO”这个条件,学生容易忽视“AO所在的直线”,从而简单认为点P与点O是对应点,轻易得出AP=AO,这就是典型的“滑过现象”,目前只有∠OAP=60°是明了的,而AP=AO是否相等凭直觉成立,但需要严格推理验证,由此可见,本题很考验学生思维的严谨性。条件“△AOP为‘叠弦三角形’”考查学生理解其产生过程及识图能力。从第(1)问中,学生应能联想起等边三角形的判定定理。第(2)问证角相等,学生除了识别角的位置,认识到角与相关元素的位置及数量关系,及第(1)、(2)问是相同题干,第(1)问中的所有结论可作为第(2)问的前提条件。第(3)问求角度,(1)、(2)、(3)三问发现都涉及图2,由此,也可以考虑首选图2解决问题,那么图1、3、4应当是为帮助理解第(4)、(5)的几何题规律,便于归纳总结规律而增加的从简单到复杂、从特殊到一般的图例。这样,学生就把握了题意,为探究几何题的解题思路奠定了坚实的基础。
  
  二、探路
  学生在分析题意,探寻解题思路的过程中应该做些什么?怎么做?笔者认为几何题以题型而论,可谓种类繁多,几何题的解题思路需要学生多次探寻,往往也是柳暗花明、精彩纷呈,但多数几何题的求解或求证,其思路不外乎建立题目已知条件(甚至隐含条件)与所求结论之间的内在联系,因此,如何将它们联系起来,是确定解题思路的关键。有些几何题相对简单,只要根据概念、性质等知识分析其已有条件,就可以很快与结论联系起来,另有些题目,需要学生将条件与条件结合推理,产生的结论结合其他条件再推理,同时将所求结论不断转化,使条件推导得出的结论不断向所求结论靠拢,所求结论的转化不断向已有结论逼近,直至它们在某个点上联系起来,从而确立解题思路。这就要求学生熟练掌握基础几何图形的概念,性质,并且很清楚它们对应的结论。当解题思路受阻时,用所学知识将条件、结论进行等价转化,并在某个知识点上“连接起来”,从而打开解题的思维通道,明确解题的思考方向,契合“数学问题一般都是运用学过的知识加以解决”的转化思想。   例1的思路分析:第(1)问是判定“叠弦三角形”(即△AOP)是等边三角形,结合已知∠OAP=60°,联想到等边三角形判定定理“有一个60°角的等腰三角形是等边三角形”,接着会想到的是△AOP的哪两条边相等?结合“AO所在的直线绕点A逆时针旋转60°后得到线段AP”,会联想到AO=AP,但是这两条线段不能直接相等,需要严格证明,以图1为例,旋转∠DAD′=∠OAP=60°,得到∠DAP=∠D′AO,四边形ABCD是正四边形,可知AD=AD′,∠D=∠D′=90°,两者结合得△APD≌△AOD′(ASA),到此已经将题目条件与所求证结论联系起来,问题得解。第(2)问求证:∠OAB=∠OAE′结合题目已知与第(1)问中的结论,容易有两种常见等价转化:①证∠OAB=∠EAP,②证△AOB≌△AOE′。思路(一):第①思路结合已有图形易联系起来转化求证△AOB≌△APE,结合已有直接证明显得困难,但由第(1)问易得△APE≌△AOE′,两者合并到思路②,分析已有条件,发现欠缺OB=OE′,观察OB、OE′是边BC,D′E′的一部分,且BC=D′E′,于是问题再次转化为求证OC=OD′,又会有两个方向:ⅰ)全等三角形对应边相等,ⅱ)等角对等边,先探索ⅰ),连接AC、AD′,构造出△AOC和△AOD′,却依然没有全等的足够条件,但可发现对角线AC=AD′,思路到此告一段落,接着探索思路ⅱ),必须连接CD′,要直接得到∠OCD′=∠OD′C,那是困难的,此时结合思路ⅰ)已有的AC=AD′,可以得到∠ACD′=∠AD′C,于是只需∠ACO=∠AD′O,由直觉可以发现只需△ACB≌△AE′D′,到此,已知条件与所求证结论在△ACB≌△AE′D′这个点上建立了联系,整个解题思路连贯起来,问题得证。思路(二):第①思路结合已有图形易联系起来转化求证△AOB≌△APE,直接证明欠缺条件,转而考虑∠PAE=∠OAB亦可,结合图形易感觉△AOB和△APE存在轴对称,这就意味着可以在这两个三角形周边构造全等三角形,解题策略的通法是将题目中分散的条件集中起来,作AM⊥DE于M,作AN⊥CB于N.得到Rt△AEM和Rt△ABN,以及Rt△APM和Rt△AON,结合以上条件易证这两对三角形分别全等,推出∠EAM=∠BAN及∠PAM=∠OAN,得证∠PAE=∠OAB,从而解题思路贯通。第(3)问求角的大小,只需结合以上结论与多边形内角和定理,就可以解决问题。第(4)问可用归纳法,也可以参照以上证法证明之。第(5)问同理第(4)问。
  三、书写
  在学生经过认真审题、确定解题思路后,接着就是按照规范的解题格式进行书写。学生在书写解答过程中存在字迹潦草、审题不认真、思维混乱、说理无据、思路不清晰、推理不严密、解后不检查等现象,由此可见,教师培养学生规范的书写解几何题格式很必要,书写解答过程要做到表达清楚,层次分明,结论明确,论据充分,目的明确,说服有力,说理有据,做到严谨、严密、滴水不漏、环环相扣、无懈可击。第一,教师应该重视培养学生关于文字语言、符号语言、图形语言三者之间转化的能力,该能力是准确读懂题目、图形,造成对条件、结论、图形的正确识别、理解、转换、组织、表达的必备条件,教师在学生探究几何基础知识点时,有意识地将一个知识点作为几何模型让学生清楚把握结构,将每一个几何模型中的三种语言之间的转换做到滚瓜烂熟的地步。第二,要求学生用严格的格式、准确数学语言书写解答过程,教师检查学生的解题过程,反馈检查结果,学生及时总结错误并订正,理清书写要点,归纳解题步骤及注意事项。书写解题过程是学生理解题意,表达思维过程的外在表现形式,书写的过程更是学生思维提炼、升华的过程,理解事物本质、抽象概括的过程,是积累研究问题的方法和经验的重要途径,因此,应当加强训练。
  例1解:(1)如图1∵四边形ABCD是正方形,
  由旋转知:AD=AD′,∠D=∠D′=90°,∠DAD′=∠OAP=60°
  ∴∠DAP=∠D′AO,
  ∴△APD≌△AOD′(ASA)
  ∴AP=AO,又∠OAP=60°,∴△AOP是等边三角形.
  (2)法(一):如右图1,连接AC,AD′,CD′,
  ∵AE′=AB,∠B=∠E′=108°,E′D′=BC,
  ∴△ABC≌△AE′D′,∴AC=AD′,∠ACB=∠AD′E′,
  ∴∠AD′C=∠ACD′,∴∠OD′C=∠OCD′,∴OC=OD′,
  ∴BC-OC=E′D′-OD′,即OB=OE′,
  ∵AB=AE′,∠B=∠E′,∴△AOB≌△AOE′,∴∠OAB=∠OAE′.
  法(二):如右图2,作AM⊥DE于M,作AN⊥CB于N.
  ∵五边形ABCDE是正五边形,
  由旋转知:AE=AE′,∠E=∠E′=108°,
  ∠EAE′=∠OAP=60°
  ∴∠EAP=∠E′AO,
  ∴△APE≌△AOE′(ASA)
  ∴∠OAE′=∠PAE.
  在Rt△AEM和Rt△ABN中,
  ∠M=∠N=90°∠AEM=∠ABN=72°AE=AB
  ∴Rt△AEM≌Rt△ABN(AAS)
  ∴∠EAM=∠BAN,AM=AN.
  在Rt△APM和Rt△AON中,AP=AOAM=AN
  ∴Rt△APM≌Rt△AON(HL).
  ∴∠PAM=∠OAN,
  ∴∠PAE=∠OAB,
  ∴∠OAE′=∠OAB(等量代换).
  (3)15°,24°
  (4)是
  (5)∠OAB=[(n-2)×180°÷n-60°]÷2=60°-180°/n   四、反思
  数学教育家弗赖登塔尔指出:反思是数学活动的核心和动力。学生在解决一道几何题后应该反思什么?教师应引导学生从题目涉及的知识点、题型结构、类型、条件与结论的关系、题目考察的能力、数学思想方法、解题思路的探索、解法的多样性、书写格式的规范性等角度进行反思。如对例1可做如下反思:本题是综合性较强的一道中考题,涉及的知识点有正n边形的概念、性质,旋转的概念、性质,全等三角形的判定、性质,等腰三角形的判定、性质,多边形内角和公式等。本题属于探究型几何题,题干条件复杂抽象,文字繁多,不易理解,条件容易被忽视,使得推理不严密,条件与结论看似容易联系,其实隐含的联系方式却相当难找,由此可见本题考查学生文字语言、符号语言、图形语言三者之间的转换能力,识图能力,认真审题习惯,严密推理的逻辑思维能力,合情推理能力,观察分析解决问题能力等。本题主要考查学生转化思想,从特殊到一般的思想,体现在将所求解(或求证)结论的等价转化,从正四边形、正五边形等一直到正n边形的求角的大小,同时以上思想就是本题的破解策略,通过条件、结论的各自转化,最终在某个知识点上建立联系,从而使解题思路得以贯通。可能出于中考这种限时考察全科的因素,本题书写规范要求相对降低,如后三个小题以填空形式出现,但学生在平时此类型题目的求解训练过程中,可以考虑书写,用于训练学生的严格书写格式尽量简化书写内容,同时培养学生缜密的逻辑推理能力。本题拓展了解法,两法值得学生借鉴。在本题解答过程中,学生还可能将“图n”中的n理解为正多边形的变数,从而产生错解,因此学生应注意数字与图形的对应关系。进行解后反思有助于学生积累经验,巩固所学知识点,帮助学生总结解题规律,优化解法,达到事半功倍的效果,在已有的基础上突破、延伸、创新,以应对未知的难题。
  最后,教师不可能只利用极少数例子和练习培养学生的解题能力,教师应当为学生提供足够多的数学问题,使学生视野得以开阔,数学问题的解决过程充满丰富多彩的观察、尝试、归纳、概括的思维活动,在数学学习过程中以问题为载体,感悟数学思维,积累数学活动经验,提升数学素养,发展学生的数学思维能力,通过数学问题的解决,学生获取知识的同时,提高解决问题的能力。
  参考文献:
  [1]刘华为.从教“怎样做”到教“怎样想”.中学数学教学参考(中旬),2016(6):26-28.
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