巧妙入门,走进立体几何的趣味殿堂

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  立体几何是高中数学当中的重要组成部分,甚至可以算是一个标志性内容.对于这部分知识,学生们的学习状态常常会呈现出较为明显的两极分化.有的学生认为,立体几何知识非常容易掌握,考试当中的立体几何问题往往都是送分题.然而,有的学生则将立体几何视为一座难以跨越的高山,总是观察不出位置关系,找不到解题方法.实际上,只要把握住了立体几何的基本知识与思维方法,巧妙入门,对其进行掌握并没有那么困难.
  一、观察图形,培养空间想象能力
  学习立体几何的基础不是那些具体的概念和性质,而是感官上的空间想象能力.如果不具备这个基本前提,又何谈从图形当中发现解题线索,并在图形的指引下开展探究呢?很多存在学习困难的学生都表示,常常看不出来图形当中线、面之间的位置关系,这就是空间想象能力出现了问题.这也是教师在带领学生们步入立体几何世界时,需要首先解决的问题.
  例如,刚刚开始学习立体几何时,我便从一些基本和规则的图形开始,带领学生们进行观察,由图形读出其中的空间含义.同时,我还鼓励学生们自己动手画出立体几何图形,从比较简单的正方体、长方体,到复杂一些的球形、四棱锥等等.我还会不时地让学生们完成类似这样的习题:向倒置的正三棱锥容器内放入一个球,使其与容器四面均接触.过一条侧棱和高作截面,能够出现下列哪个图形?空间想象能力的培养,从不断地图形观察开始.
  空间想象能力就像是立体几何学习过程当中的一门通用语言,只有具备了这个能力,才能谈到接下来的知识学习.众所周知,立体几何的内容呈现是离不开图形的,因此,会读图,做到会学习.知识入门阶段是空间想象能力建立的关键时期,教师一定要予以重视并牢牢把握,为接下来的教学奠定坚实基础.
  二、立足教材,夯实基础性质定理
  带着充分的空间想象能力,我们就可以带领学生开始具体知识的学习了.同其他内容的教学一样,基础知识是展开教学的必经之路.在立体几何教学当中,教师应当将学生们的初步关注重点集中在基本的性质定理之上.一方面,性质定理是学生们解决立体几何问题有效和直接的工具.另一方面,深入体会理解性质定理,也能够帮助学生强化知识体验,沿着合理方向启发思维.
  例如,三垂线定理是立体几何当中非常重要的定理之一,因此,在这个内容的教学过程当中,我对于其内涵细节进行了着重剖析.从文字的表面含义入手,应当看到该定理的应用,即证明两条直线垂直,特别是在需要证明两条异面直线垂直的情况下.另外,还要找到应用这个定理时的关键点,即抓住平面与平面的垂线之间的关系.我还为学生们总结了一句顺口溜:“一个平面四条线,线面垂直是关键”.只有将定理理解到这个程度,才是将基础夯实了.
  这个阶段的教学,并不需要教师花费过多的精力进行拓展,而是应当聚焦教材,对于教材当中出现的每个基本性质定理,进行深入挖掘和细致阐释,夯实知识基础.具体说来,可以从两个角度进行把握:首先,理解性质定理,即透过精炼的数学语言,对其内涵进行全面理解.其次,运用性质定理,只有在具体问题的解答当中能够迅速、准确地将相应性质、定理进行应用,才是真正的掌握了.
  三、总结规律,形成问题解答体系
  掌握了基本知识之后,接下来,就是对于立体几何学习进行提升的阶段了.虽然立体几何的问题内容与形式千变万化,但是,隐藏在其背后的解题思路与方法却并不那样繁杂.也就是说,只要掌握了典型的解题思维规律,便能够以不变应万变地解决各种立体几何问题了.这也足可以见得,问题解答思维体系的形成是何等重要.
  例如,我曾要求学生们完成这样一道习题:正方体ABCD-A1B1C1D1的棱长是1,点P是侧棱CC1上的一点,且CP的长为m.若PA与面BB1D1D所成的角的正切值是32,求m的值.另外,A1C1上是否存在定点Q,使得对于任意的m都有D1Q在面PD1A上的射影与PA垂直.我先采用单纯的几何方法进行了推导,通过构造辅助线(如下图右)找到线面角,并根据三垂线定理进行求证.随后,我又借助空间直角坐标系的方式(如下图左),从坐标与向量的角度进行量化计算求证.这两种解答方法不是凭空出现的,而是从几何与代数的不同思维角度出发进行的具有方向的思考.
  很多教师在立体几何教学中,都会陷入一个思想误区,认为解题思路的规律性总结是知识内容全部教学完成后要做的事,而非知识入门阶段的任务.这是有所偏颇的.数学思想方法贯穿于整个高中数学学习过程中,它是数学学习所必备的习惯性思考,它在学生们的头脑当中建立形成,也不是一蹴而就的.因此,随着知识的入门教学,教师就需要开始有意识地引导学生关注思想方法,进行有效总结,并逐步养成思维习惯了.
  正所谓,难者不会,会者不难,这句话在立体几何当中体现得尤为明显.对于立体几何学习来讲,什么叫做“会”?笔者认为,第一,要从感性上具有一定的空间想象能力,这是感知立体几何的前提基础.第二,要熟练掌握教材上所出现的各种性质和定理,这是分析立体几何问题的有力武器.第三,要站在基础知识之上,对于问题的解答过程进行提炼总结,找到其中的规律,指导同类问题的思考探究.按照这样的思维顺序,将学生带入立体几何的大门,相信定会让每名学生轻松接受,感受趣味.
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