宋璐佳
(北京師范大學(xué)三帆中學(xué)朝陽(yáng)學(xué)校)
本節(jié)課選自人教版《義務(wù)教育教科書(shū)·數(shù)學(xué)》九年級(jí)上冊(cè)“24.1.4 圓周角”,主要內(nèi)容為圓周角的概念、圓周角定理及其推論.
圓周角是一類非常重要的角. 圓周角定理刻畫(huà)了圓中同一條弧所對(duì)的圓周角和圓心角的數(shù)量關(guān)系. 它是解決與圓有關(guān)的角的計(jì)算,證明弦、角、弧相等的重要且便捷的方法. 另外,圓周角定理的證明采用了完全歸納法,這與以往的證明定理的方法不同. 證明前需要先對(duì)其分類,然后分情況證明,在分情況證明時(shí)先證明特殊情況,再把一般情況化為特殊情況從而完成證明.
本節(jié)課的研究對(duì)象——圓周角,作為與圓相關(guān)的一種元素,是繼圓心角、弧、弦之后圓的性質(zhì)探究的延續(xù). 同時(shí),圓周角是一種幾何圖形,也是幾何學(xué)習(xí)的延續(xù). 因此,本節(jié)課除了一些知識(shí)性的目標(biāo),還可以關(guān)注圓周角與圓中其他元素的關(guān)系、圓周角與其他幾何圖形一致的研究套路.
基于以上分析,確定本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)為:圓周角定理的發(fā)現(xiàn)與證明.
(1)了解圓周角的概念,會(huì)證明圓周角定理并提出推論.
(2)通過(guò)對(duì)圓周角的概念的學(xué)習(xí),明確圓周角和圓心角的關(guān)系;在探索圓周角的性質(zhì)的過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)并證明圓周角定理、提出推論,體會(huì)分類討論、化歸的思想方法.
達(dá)成目標(biāo)(1)的標(biāo)志是:能從與圓相關(guān)的角的圖形中識(shí)別出圓周角,會(huì)畫(huà)一條弧所對(duì)的圓周角;知道一條弧所對(duì)的圓周角等于這條弧所對(duì)的圓心角的一半;會(huì)把圓周角分成三類,并證明每一類圖形中的一條弧所對(duì)的圓周角都等于這條弧所對(duì)的圓心角的一半;能根據(jù)圓周角定理提出“同弧或等弧所對(duì)的圓周角相等,半圓或直徑所對(duì)的圓周角是直角”.
達(dá)成目標(biāo)(2)的標(biāo)志是:能結(jié)合圖形,通過(guò)分析圓心角和圓周角的概念,認(rèn)識(shí)到圓心角和圓周角都是與圓相關(guān)的角,區(qū)別是它們的頂點(diǎn)的位置不同,圓心角的頂點(diǎn)在圓心,圓周角的頂點(diǎn)在圓上;會(huì)分析圓周角的圖形結(jié)構(gòu),知道圓周角的圖形中的相關(guān)元素(圓心角、圓周角、同一條弧);會(huì)分析圓周角、圓心角、同一條弧之間的關(guān)系,提出“同一條弧所對(duì)的圓周角和圓心角有什么關(guān)系?”“同一條弧所對(duì)的無(wú)數(shù)個(gè)圓周角有什么關(guān)系?”能根據(jù)三個(gè)不同位置的圓周角分類證明“一條弧所對(duì)的圓周角等于這條弧所對(duì)的圓心角的一半”.
“圓周角”這一節(jié)課的核心內(nèi)容是圓周角定理. 引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)圓周角定理,并證明圓周角定理是比較關(guān)鍵的. 圓周角是一種幾何圖形,圓周角定理是圓周角的性質(zhì),從一般觀念出發(fā),也就是關(guān)注幾何圖形的研究套路:先研究幾何圖形的概念,再探究幾何圖形的性質(zhì). 認(rèn)識(shí)幾何圖形的概念包含給圖形下定義、用不同的形式表示圖形、對(duì)圖形進(jìn)行分類等. 圓周角定理在探究圓周角的性質(zhì)中會(huì)自然而然地被發(fā)現(xiàn),而證明圓周角定理對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)存在困難.
圓周角定理的證明需要分情況討論,而學(xué)生之前沒(méi)有接觸過(guò)分情況討論,體會(huì)不到分情況討論的必要性. 另外,分情況討論要用到化歸思想. 先證明特殊位置的情況,再把另外兩種一般情況化歸到特殊情況從而完成證明.
基于以上分析,確定本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)是:發(fā)現(xiàn)圓周角定理,并分情況證明圓周角定理.
在本節(jié)課中,突破這兩個(gè)難點(diǎn)要從以下方面著手.
(1)從一般觀念出發(fā),調(diào)動(dòng)學(xué)生已有的幾何學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)研究圓周角. 在研究圓周角的性質(zhì)時(shí),讓學(xué)生關(guān)注到圓周角的圖形結(jié)構(gòu)自然提出問(wèn)題,通過(guò)觀察、度量、猜想、證明得到圓周角定理.
(2)在學(xué)習(xí)圓周角概念時(shí)進(jìn)行分類,而不是在證明圓周角定理時(shí)為了分類而分類. 后者的邏輯是學(xué)生更難理解的,前者符合數(shù)學(xué)上認(rèn)識(shí)一個(gè)新概念時(shí)的邏輯. 給新概念下定義,用不同的語(yǔ)言(文字、圖形、符號(hào))去表示新概念,再對(duì)其分類. 對(duì)新概念進(jìn)行分類,有助于明確新概念,甚至分類會(huì)對(duì)之后的研究思路明晰簡(jiǎn)化. 如果在學(xué)習(xí)圓周角概念時(shí)分類,那么在之后研究它的性質(zhì)時(shí),會(huì)自然而然地研究它每一類的性質(zhì),這樣分類研究、分類證明的必要性便更容易體會(huì). 此種處理方法既分散了難點(diǎn),又符合認(rèn)識(shí)邏輯.
(1)定義.
活動(dòng)1:在本章中,我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了一種與圓有關(guān)的角——圓心角,如圖1所示的∠AOB,它的頂點(diǎn)在圓心,兩邊與圓相交. 現(xiàn)在我們改變這個(gè)圓心角的頂點(diǎn)的位置,能產(chǎn)生哪些新的角?試著畫(huà)一畫(huà).
圖1
師生活動(dòng):學(xué)生從圓心角出發(fā),改變圓心角的頂點(diǎn),嘗試著畫(huà)出不同位置的角. 教師收集學(xué)生的作品,展示在黑板上.
學(xué)生畫(huà)出如圖2所示的三種圖形.
圖2
【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)這個(gè)畫(huà)圖活動(dòng),既可以讓學(xué)生主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)本節(jié)課的研究對(duì)象——圓周角,又構(gòu)建了與圓有關(guān)的角的知識(shí)體系.
問(wèn)題1:你能對(duì)畫(huà)出的這些新的角進(jìn)行分類嗎?分類的標(biāo)準(zhǔn)是什么?
師生活動(dòng):學(xué)生通過(guò)觀察,發(fā)現(xiàn)這些角可以按頂點(diǎn)與圓的位置關(guān)系分成角的頂點(diǎn)在圓內(nèi)、圓上和圓外三類.
追問(wèn)1:這三類角中位置最特殊的是哪一種?
師生活動(dòng):學(xué)生發(fā)現(xiàn)頂點(diǎn)在圓上的角的位置最特殊. 接著,教師引出研究對(duì)象——圓周角及它的定義:像這樣,頂點(diǎn)在圓上,并且兩邊都與圓相交的角叫做圓周角.
【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)對(duì)由圓心角產(chǎn)生的新的角進(jìn)行分類,明確圓周角與圓心角都是與圓有關(guān)的角,且都是與圓有關(guān)的位置特殊的角,使學(xué)生意識(shí)到研究圓周角的必要性和價(jià)值.
練習(xí):判斷圖3中的各角是不是圓周角,并說(shuō)明理由.
圖3
【設(shè)計(jì)意圖】這道練習(xí)題中同時(shí)呈現(xiàn)了圓周角的正例和反例,有利于學(xué)生對(duì)圓周角概念的本質(zhì)屬性與非本質(zhì)屬性進(jìn)行比較,鞏固對(duì)圓周角概念的理解.
(2)表示.
活動(dòng)2:我們知道圓周角不單是頂點(diǎn)在圓上,還要求兩邊都與圓相交. 如圖4,在⊙O的圓周上給定兩點(diǎn)A,B,你能畫(huà)出一個(gè)劣弧AB所對(duì)的圓周角嗎?你能畫(huà)出第二個(gè)圓周角嗎?更多的呢?你有什么發(fā)現(xiàn)?
圖4
師生活動(dòng):學(xué)生通過(guò)畫(huà)圖會(huì)發(fā)現(xiàn)一條弧所對(duì)的圓周角有無(wú)數(shù)個(gè),如圖5 所示. 教師用多媒體演示:同圓中,一條弧所對(duì)的圓心角只有一個(gè),而它所對(duì)的圓周角有無(wú)數(shù)個(gè),并小結(jié)“這無(wú)數(shù)個(gè)圓周角所對(duì)的弧是同一條,這無(wú)數(shù)個(gè)圓周角和唯一的圓心角所對(duì)的弧也是唯一的”.
圖5
【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)活動(dòng)2,學(xué)生關(guān)注到圓中的元素(圓周角、圓心角、弧)的個(gè)數(shù),通過(guò)初步分析,感受了圓周角這個(gè)圖形的本質(zhì)結(jié)構(gòu),意識(shí)到圓周角、圓心角、弧之間的關(guān)聯(lián)性.
(3)分類.
活動(dòng)3:怎樣對(duì)一條弧所對(duì)的無(wú)數(shù)個(gè)圓周角進(jìn)行分類?(小組合作討論.)
師生活動(dòng):學(xué)生通過(guò)分組交流、討論,找到如下的分類標(biāo)準(zhǔn). 如圖6,按與圓心的關(guān)系分類,把同一條弧所對(duì)的無(wú)數(shù)個(gè)圓周角分成三類:①圓心在圓周角內(nèi)部;②圓心在圓周角的邊上;③圓心在圓周角的外部.
圖6
【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)活動(dòng)2,學(xué)生發(fā)現(xiàn)了一條弧所對(duì)的圓周角有無(wú)數(shù)個(gè),在活動(dòng)3 中對(duì)圓周角進(jìn)行分類,邏輯嚴(yán)明,結(jié)構(gòu)緊湊. 另外,對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行分類,有助于學(xué)生明確研究對(duì)象和研究思路,也可以簡(jiǎn)化研究過(guò)程. 當(dāng)然,也為后面發(fā)現(xiàn)和證明性質(zhì)做鋪墊.
問(wèn)題2:已經(jīng)明確圓周角的概念,接下來(lái)應(yīng)該研究什么?怎樣研究?
師生活動(dòng):學(xué)生根據(jù)以往積累的研究幾何圖形的經(jīng)驗(yàn),很容易想到在獲得圖形的概念之后需要對(duì)圖形的性質(zhì)進(jìn)行研究,但是部分學(xué)生很難想到研究方法.
追問(wèn)1:我們知道,研究圖形的性質(zhì)本質(zhì)上是研究組成圖形的元素之間的關(guān)系,那么試觀察圓周角,圖中有哪些元素?
追問(wèn)2:我們可以研究哪些問(wèn)題?
追問(wèn)3:這里與圓周角相關(guān)的弧有幾條?有幾個(gè)圓心角?有幾個(gè)圓周角?弧是唯一的,它所對(duì)的圓周角卻有無(wú)數(shù)個(gè),你可以提出什么問(wèn)題?同弧所對(duì)的圓周角有無(wú)數(shù)個(gè),而所對(duì)的圓心角是唯一的,對(duì)此你又可以提出什么問(wèn)題?
學(xué)生提出問(wèn)題:(1)同弧所對(duì)的無(wú)數(shù)個(gè)圓周角之間有什么關(guān)系?(2)同弧所對(duì)的無(wú)數(shù)個(gè)圓周角與唯一的圓心角之間又有什么關(guān)系?
追問(wèn)4:具體的關(guān)系是什么?
師生活動(dòng):學(xué)生通過(guò)觀察、度量特殊情況的圖形,得到如下猜想.
猜想1:同弧所對(duì)的圓周角相等.
猜想2:同弧所對(duì)的圓周角等于它所對(duì)的圓心角的一半.
【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)以上問(wèn)題串引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注圓周角的圖形結(jié)構(gòu),從組成圖形的元素入手,探究圓周角的性質(zhì)即探究圓周角中的元素的關(guān)系. 明晰圖形結(jié)構(gòu)后,學(xué)生能夠自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題,為后面自然而然地發(fā)現(xiàn)圓周角定理做準(zhǔn)備. 另外,對(duì)于九年級(jí)學(xué)生來(lái)說(shuō),已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)了很多直線型幾何圖形,積累了豐富的研究幾何圖形的性質(zhì)的經(jīng)驗(yàn),這里教師通過(guò)問(wèn)題串調(diào)動(dòng)學(xué)生已有的研究幾何圖形的經(jīng)驗(yàn),并引導(dǎo)學(xué)生再次體會(huì)研究幾何圖形的一般套路,構(gòu)建方法體系.
問(wèn)題3:你能證明得到的猜想嗎?你想怎樣證明?
學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)猜想的關(guān)系:第二個(gè)命題包含著第一個(gè),從而確定只需要證明第二個(gè)命題即可.
問(wèn)題4:如何證明一條弧所對(duì)的圓周角等于它所對(duì)的圓心角的一半?
師生活動(dòng):學(xué)生意識(shí)到圓周角與圓心角有如圖6所示的三種位置關(guān)系,需要分別證明.
追問(wèn)1:要根據(jù)圓周角的三種分類分情況證明,那先證明哪一類呢?為什么?
師生活動(dòng):學(xué)生通過(guò)觀察圖6 發(fā)現(xiàn)先證圓心在圓周角邊上的情況,因?yàn)檫@種情況最特殊,且最易證明.
圖7
追問(wèn)2:已經(jīng)證出了特殊情況,那么另外兩種一般情況要怎么證明?
師生活動(dòng):學(xué)生發(fā)現(xiàn)只需要把一般情況轉(zhuǎn)化為特殊情況即可完成證明.
追問(wèn)3:如何把一般情況轉(zhuǎn)化為特殊情況呢?
師生活動(dòng):學(xué)生通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),特殊情況是圓周角的一邊過(guò)圓心,可以把圓周角的頂點(diǎn)和圓心連接起來(lái),把一般情況的圓周角轉(zhuǎn)化為兩個(gè)頂點(diǎn)過(guò)圓心的特殊的圓周角的和或差,從而使猜想得證.
情況2:圓心在圓周角的內(nèi)部.
證明思路:如圖8,連接CO并延長(zhǎng),交⊙O于點(diǎn)D.這樣就把圓周角∠ACB轉(zhuǎn)化為圓周角∠ACD與∠BCD的和,而這兩個(gè)圓周角都是其中一邊經(jīng)過(guò)圓心的特殊情況的圓周角.
圖8
情況3:圓心在圓周角的外部.
證明思路:如圖9,連接CO并延長(zhǎng),交⊙O于點(diǎn)E.這樣就把圓周角∠ACB轉(zhuǎn)化為圓周角∠ECA與∠ECB的差,而這兩個(gè)圓周角都是其中一邊經(jīng)過(guò)圓心的特殊情況的圓周角.
圖9
【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)問(wèn)題4和一系列的追問(wèn)讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)分情況證明的必要性及證明思路,積累分情況證明的經(jīng)驗(yàn).
活動(dòng)4:現(xiàn)在已經(jīng)完成了三種情況的圓周角性質(zhì)的分類證明,你能歸納一下,證出圓周角的性質(zhì)嗎?根據(jù)圖形,你可以用符號(hào)表示嗎?
師生共同歸納出圓周角定理:一條弧所對(duì)的圓周角等于它所對(duì)的圓心角的一半.
符號(hào)語(yǔ)言:
圖10
【設(shè)計(jì)意圖】師生共同歸納出圓周角定理,并從不同的角度(文字、圖形、符號(hào))表示得到的定理,加深學(xué)生對(duì)圓周角定理的理解.
問(wèn)題5:一個(gè)定理的產(chǎn)生,往往會(huì)帶來(lái)一些新的結(jié)論,也就是推論. 那么由圓周角定理能得出什么推論呢?如何得出?
師生活動(dòng):得到推論的最重要的方法是特殊化,教師讓學(xué)生按照這種思路,在課下嘗試著得到圓周角定理的推論并證明.
【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生積累得到推論的方法,并在課下檢驗(yàn)學(xué)生是否會(huì)學(xué)以致用,便于之后能解決相關(guān)的問(wèn)題.
(1)本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了哪些內(nèi)容?
(2)我們是如何研究圓周角的?是怎樣發(fā)現(xiàn)圓周角的性質(zhì)的?怎么想到證明圓周角定理的方法的?又是如何得到推論的呢?
(3)你能結(jié)合具體的知識(shí)談?wù)劚竟?jié)課的學(xué)習(xí)蘊(yùn)含的數(shù)學(xué)思想方法嗎?
【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生分別從知識(shí)、過(guò)程和方法的角度梳理本節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容,尤其是在過(guò)程和方法上是以知識(shí)為載體,便于把學(xué)生從知識(shí)、過(guò)程和方法上的收獲落實(shí),以達(dá)到在今后的學(xué)習(xí)中將知識(shí)遷移的目的.
筆者在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮本節(jié)課與前后知識(shí)的聯(lián)系、整體知識(shí)架構(gòu)、在“圖形與幾何”內(nèi)容中承載的一般研究思路與方法、怎樣突破分情況證明圓周角性質(zhì)等問(wèn)題. 基于以上思考,教學(xué)設(shè)計(jì)有以下特點(diǎn).
對(duì)于之前的直線型圖形的學(xué)習(xí),學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)結(jié)構(gòu)理解得較為清楚,較容易體會(huì)到幾何圖形的研究思路與方法. 而在學(xué)習(xí)圓周角或本章其他內(nèi)容時(shí),學(xué)生感覺(jué)相關(guān)概念和定理繁雜、知識(shí)難成體系、已有的研究經(jīng)驗(yàn)和方法難以融入本章的學(xué)習(xí).
本節(jié)課中,在學(xué)習(xí)完圓周角的概念后,筆者提出了問(wèn)題2,意在調(diào)動(dòng)學(xué)生研究幾何圖形的已有經(jīng)驗(yàn);“怎樣研究?”直指研究幾何圖形性質(zhì)的方法. 通過(guò)這樣的問(wèn)題,既引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注研究幾何圖形的套路、重視研究圖形性質(zhì)的方法,又讓學(xué)生切實(shí)知道如何研究幾何圖形及其性質(zhì). 通過(guò)接下來(lái)的追問(wèn)1,引導(dǎo)學(xué)生明確研究幾何圖形的性質(zhì)就是研究組成圖形的元素之間的關(guān)系,那么只要分析出組成圖形的元素,研究這些元素之間的關(guān)系便可以得到圖形的性質(zhì). 從課堂教學(xué)來(lái)看,當(dāng)教師提出這個(gè)問(wèn)題后,使得不同層次的學(xué)生都可以深入思考,調(diào)動(dòng)了學(xué)生以往學(xué)習(xí)幾何圖形的經(jīng)驗(yàn),讓學(xué)生切實(shí)關(guān)注到研究幾何圖形的一般思路和方法,從而可以把以往學(xué)習(xí)的幾何圖形的研究思路和方法與圓周角的研究思路和方法融會(huì)貫通,形成整體研究幾何圖形的套路.
《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》指出:學(xué)生的學(xué)習(xí)應(yīng)是一個(gè)主動(dòng)的過(guò)程,認(rèn)真聽(tīng)講、獨(dú)立思考、動(dòng)手實(shí)踐、自主探索、合作交流等是學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的重要方式. 教學(xué)活動(dòng)應(yīng)注重啟發(fā)式,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,引發(fā)學(xué)生積極思考,鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑問(wèn)難,引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和提出問(wèn)題,利用觀察、猜測(cè)、實(shí)驗(yàn)、計(jì)算、推理、驗(yàn)證、數(shù)據(jù)分析、直觀想象等方法分析問(wèn)題和解決問(wèn)題;促進(jìn)學(xué)生理解和掌握數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能,體會(huì)和運(yùn)用數(shù)學(xué)的思想與方法,獲得數(shù)學(xué)的基本活動(dòng)經(jīng)驗(yàn);培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,形成積極的情感、態(tài)度和價(jià)值觀,逐步形成核心素養(yǎng).
學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)和提出問(wèn)題是創(chuàng)新的基礎(chǔ). 因此,培養(yǎng)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)和提出問(wèn)題的能力是每一位數(shù)學(xué)教師的責(zé)任. 本節(jié)課中,問(wèn)題2 后面的一系列追問(wèn)旨在引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注圓周角的圖形結(jié)構(gòu),從組成圖形的元素入手,分析圖形中元素之間的關(guān)系. 當(dāng)學(xué)生明晰圖形中元素的關(guān)系后,根據(jù)已有的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn),很自然地能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題. 課堂中,當(dāng)教師追問(wèn)后,學(xué)生發(fā)現(xiàn)了圖形結(jié)構(gòu),很順暢地主動(dòng)提出了問(wèn)題,之后解決問(wèn)題,整個(gè)過(guò)程一氣呵成.
本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)是圓周角定理的證明需要分情況討論. 到底該怎樣突破分情況證明這個(gè)難點(diǎn)呢?怎樣讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到對(duì)于圓周角分類的必要性呢?筆者從數(shù)學(xué)的內(nèi)部邏輯上重新思考了這個(gè)問(wèn)題. 一般來(lái)說(shuō),在學(xué)習(xí)一個(gè)新概念時(shí),先下定義明確其概念,用不同形式去表示它以增進(jìn)對(duì)新概念的認(rèn)識(shí),再對(duì)其進(jìn)行分類. 一方面,分類可以讓學(xué)生更明確、深刻地認(rèn)識(shí)研究對(duì)象;另一方面,分類對(duì)接下來(lái)的研究思路和方法也有一定的借鑒作用. 基于以上思考,筆者想到在學(xué)習(xí)圓周角概念時(shí)就要對(duì)其進(jìn)行分類,那么學(xué)生在接下來(lái)研究如何證明圓周角的性質(zhì)時(shí),會(huì)自然地想到研究每一類圓周角的性質(zhì). 細(xì)思其中的道理,不正是數(shù)學(xué)學(xué)科的研究邏輯嗎?
中國(guó)數(shù)學(xué)教育(初中版)2022年10期