广东五华县琴江中学周文锋
立体几何课程教学的主要任务是培养学生的空间想象能力.所谓空间想象能力是指对客观事物的空间图形进行观察、分析和抽象的思维能力.在教学中为能达到培养学生的空间想象能力,教师可根据新课标的立体几何教学要求,依照学生智力的发展水平,循序渐进地培养学生如下几方面能力:
一、培养识图能力
在立体几何的概念、定理、性质、判定等的教学中,我们需要大
量的基本图形或基本例子来展示概念或定理的内涵,把理论与实际联系起来,培养学生从复杂的图形中抽象为简单基本的图形的能力,这种做法不仅可以发展观察力、想象力,而且可以进一步调动学生的兴趣和加强对空间图形的理解.
1.模型演示.
在立体几何教学中我们可以利用一些正方体、平行六面体、锥体、圆柱体等模型或自制一些五棱柱、六棱柱等几何体,并可备用表示平面的硬纸板和表示直线的一些铁线或竹签,学生或教师可现场利用模型演示空间中的线线、线面、面面位置关系,充分理解空间角、空间距离等概念,从具体到抽象,又从抽象到具体,使教学中的一些概念、定理等更加形象、直观地表现出来.例如在讲解异面直线的概念时,可用两硬纸板作为平面α与β,两根铁线作为直线a、b,按图⑴逐一演示,这样就能把抽象的“不同在任何一个平面内的两条直线”直观地表现出来,达到深刻理解此概念的目的.
图(1)
2.电脑辅助.
采用投影仪和制作电脑课件辅助教学,使图形的形成、变换、移动过程生动、形象直观,从而加深学生对空间图形的理解,以达到培养学生空间想象能力的目的.例如在讲解三棱锥的体积公式时可制作一组课件,把三棱柱分割成三个三棱锥,以动态形式进行组合、分割,使学生从实体感性认识到三个等体积的三棱锥,从而培养学生对空间图形的割补有个深刻的认识.又如在讲解旋转体时,我们也可把一些几何体如双曲面、椭圆面、马鞍面等的形成过程,通过电脑直观形象地表现出来,这样既可以使学生形成对数学美的认识,又培养了学生对图形的空间想象能力.
二、培养绘图能力
空间图形是立体几何的特殊语言,学会绘图是学生学好立体几何的关键.因为构思绘制空间图形的过程就是一种对表象加工、改进、重新组合的过程,即想象过程.正确表述图形的内涵、勾画出形象直观的空间图形,有利于对问题的证明或研究.
1.基本图画技能.
运用斜二测法可画水平位置的多边形直观图,能正确画出正多面体、柱体、锥体、台体的直观图,熟悉这些基本图形的画法是发展空间想象力的关键.对初学立体几何者而言如何把自己想象中的空间图形体现在平面上,是较困难的问题之一,所谓空间想象力差,实际上表现为画出的图形不像有立体感,不能表达出图形各部分的位置关系及度量关系.因此,教师必须重视让学生掌握画立体图形的直观图的步骤与方法,并能正确画图.
2.根据立体几何的概念作图.
一般地,解立体几何题分为三步骤:作图、证明、计算.作图中多涉及空间角、空间距离.要正确作出空间角或空间距离,必须引导学生对这些概念有深刻的了解、熟悉,这是解决问题的关键所在.
3.根据定理作图.
例:如图⑶,在正方体ABCD-AˊBˊCˊDˊ中,M为AB的中点,N为BBˊ的中点,O为面BCCˊBˊ的中心.过O作一直线与AN交于P,与CM交于Q.
分析:AN和CM是两条异面直线,过O作直线要与AN和CM都相交,应在平面内来作,因此,可先由点O、A、N和O、C、M各确定一个平面α、β.注意平面α、β和平面ABCD两两相交,由定理可知三个面两两相交,其交线必平行或相交于一点.由条件可得面ABCD与平面α、平面β相交于一点,找出这一点是解题的突破口.
解:由ON∥AD知,AD与ON确定一个平面α,又O、C、M三点确定一个平面β(如图所示).
图(2)
∵三个平面α、β和ABCD两两相交,有三条交线OP、CM、DA,其中交线DA与交线CM不平行且共面.
∴DA与CM必相交,记交点为Q,则OQ是α与β的交线.
连结OQ与AN交于点P,与CM交于点Q,故OPQ即为所求作的直线.
引导学生根据定理作图,使学生不但能记住定理的内容,且能充分认识此定理中的线线、线面、面面的关系,从而达到培养学生空间想象能力的目的.
三、培养图形变形处理的转化能力
几何图形千变万化,例:线线、线面、面面可相互转化,平面问题与空间问题相互转化,对图形可进行分割、补全、平移等变形处理.这些转化使图形的内涵更加丰富、生动、复杂化,解决如此类问题有利于学生空间想象能力的培养.
四、培养数学信息的转换能力
空间想象力的最终目标是运用立体几何知识解决有关问题,因此,需要进行信息处理和交流.数学信息交流通常有三种形式:文字信息、符号信息和图形信息.若学生能对某个几何问题准确地进行这三种数学信息相互转换,则足以说明其空间想象能力和理解能力都得到了培养和提高.
在立体几何中,定理一般是用文字信息表述的,而要想给出证明,则需先将文字信息转换成图形信息,然后再转换成符号信息,写出已知、求证、证明过程.通过这三种信息的转换,能有效地培养学生的空间想象力.例如,直线与平面平行的性质定理:如果一条直线和一个平面平行,经过这条直线的平面和这个平面相交,那么这条直线就和交线平行.可以首先要求学生分别用三种信息叙述此定理,然后借助图形信息分别用符号写出已知、证明,再用文字信息口述证明过程.即文字信息→图形信息→符号信息→文字信息.
文字信息:直线与平面平行的性质定理(略)
图形信息:(如图)
图(3)
符号信息:l∥α
l⊂β⇒l∥m
α∩β=m
文字信息:l∥α⇒l和α没有公共点
⇒l和m没有公共点
m⊂αl⊂β
m⊂β
⇒l∥m
在立体几何教学中,从以上四个方面对学生进行努力培养和训练,必将迅速提高学生学习立体几何的兴趣,有效地培养学生的空间想象能力.这也正好实现了新课标的立体几何课程教学的主要目的.