“弧度制”教学:注重概念生成凸显概念本质
金山
【摘?要】?数学概念是数学思维的起点,是建立数学理论的基础,概念教学在数学教学中举足轻重,不仅担负着学生知识结构和思维能力发展的责任,同时也是培养学生核心素养的一种重要途径.文中以必修4弧度制的概念教学设计为例,探讨概念教学中如何凸显概念的本质,培养学生用数学眼光观察世界、用数学语言表达世界的核心素养.
【关键词】?教学设计;概念教学;弧度制;核心素养
数学概念是数学思维的起点,是判断推理的基础,是定理、法则、性质的基本单位,是建立数学理论的基础,正确理解、掌握和运用数学概念是学好数学的前提.所以数学概念的教学具有十分重要的作用,不仅担负着学生知识结构和思维能力发展的责任,同时也是培养学生核心素养的一种重要途径.下面以最近笔者在一次市级公开课中,执教的“弧度制”教学为例,谈谈对概念教学的认识和感悟.
1?教材、学情分析
1.1?教材分析
本节所使用教材是苏教版《必修4》第1章第1.1.2节“弧度制”.第1.1节分两部分,前一部分是“任意角”,其中角的度量仍采用初中学过角度制.本节弧度制的基本思想是圆半径与圆周长在同一度量单位下,用对应的弧长与圆半径之比来度量角.与角度制度相比,弧度制度量角在数学中显示出很大的优越性:一是10进制取代了60进制,便于数与数(角与角)之间比较,提高解决问题的效率,并且新的度量体系与角度制可以进行对应换算,保证与原有数学系统相容;二是三角函数中的自变量是角,因为函数是数集到数集的对应,自变量取实数才合理,若继续采用角度制表示角,就会与函数的定义冲突;三是微积分中使用弧度制后,众多公式可以简化,从而推动了微积分的发展和普及.所以本节课的学习对本章以及今后的数学学习十分重要.
1.2?学情分析
授课班级是四星级高中普通理科班,学生数学基础扎实,具有探究热情.从知识层面,学生已学过角度制度量角,掌握射线旋转形成任意角等;从能力层面,学生具备一定的观察事物能力,积累了一些不同度量系统之间换算的活动经验,在一定程度上具备了抽象、概况的能力和语言转换能力,这些都为本节课顺利开展奠定了基础.
1.3?教学目标
教学目标 ?(1)理解弧度的意义,能正确地进行弧度与角度之间的换算,熟记特殊角的弧度数;
(2)了解角的集合与实数集之间可以建立其一一对应的关系;
(3)掌握弧度制下的弧长公式,会利用弧度制解决某些简单的实际问题.
教学重点?弧度制与角度制换算和弧长公式.
教学难点?理解弧度制意义及角与实数的对应关系.
2?教学过程
2.1?情境引入 学会数学眼光观察
PPT展示,扳手拧紧螺帽的场景对大家都不陌生,你能从中看出扳手转动与螺帽转动之间有什么特点和联系?
设计意图?弧度制是一种新的描述角的方法,在弧度制教学中,有些老师采用数学规定说,没有强调它本身的数学含义和数学价值,强行让学生接受,导致学生对概念缺乏数学理解.另外,让弧度制以这种"冷酷"的面孔登场亮相,学生心里不情愿,学习缺少动力,自然效果低下.本节首先展示学生熟悉的生活场景,引导学生用数学眼光观察、思考,不仅可以提高学生学习兴趣,同时也为理解弧度制做好铺垫.
师:如图2,扳手的另一端从点A转动到点B,螺帽对应点A1转动到B1位置,从中你发现几何数量之间具有哪些相等和不相等的关系?
生1:点A转动的弧长与点A1转动的弧长不相等;两弧所在圆的半径也不相等,扳手转动的弧长大些,所在的圆半径也大些.
师:有相等的量吗?
生1:点A和点A1转动的角度相等.
师:很好.如果扳手变长,螺帽转动相同的角度,扳手转动的弧长怎么变化?
生众:弧长更大.
设计意图?螺帽转动相同角度,扳手越长越省力,即扳手的长度(半径)改变,扳手的另一端转动弧长也改变,这是学生较为熟悉的生活体验,但其中隱含的“弧长与半径比值为定值”的数学元素,对学生来说却是陌生的、抽象的,设计这样的环节主要是让学生初步感受弧度制度量角的合理性.问题1?想一想,圆心角、半径、弧长之间有什么关系?能用一个数学式子表示三者之间的关系吗?
设计意图?教材上对弧度制没有过多的引入,当然可以从长度为例,用国际单位制“米”或我国古代“尺”来度量一个物体的长度,但这样引入,会让学生感觉弧度制是数学家们捏造出来的,有一种强行灌输的感觉,很难激起学生相应的学习兴趣和学习动机.
学生分组讨论,并选出代表交流.
生2:对于相等的圆心角,半径越大弧长越长.所以我们小组猜想,用l,α,r表示圆心角、弧长、半径,l与r成正比,三者之间可以用l=αr表示.
师:为什么比例系数是α呢?这样合理吗?
生3(与生2同组):画图发现,r相等,l与α也成正比;l相等,r与α成反比,所以想到这样表示,并且是合理的.
生众:这还是猜出来的呀!
师:他们的猜想合情合理,这种猜想在数学中非常重要,当然数学中的猜想是要验证的.大家现在的疑问是,l与r之间的变化是否只与α有关?会不会还受其它的量影响?
生4:利用初中学过的弧长公式,l=nπr180,其中n是圆心角的角度数.所以
lr=nπ180,这个式子说明lr只与角大小有关,当角确定,lr为定值.
师:太棒了!通过大家的探究、猜想、验证,我们得到:可以用l与r来表示α,即α=lr.这就是本节课我们要学习的“弧度制”(引出课题).
教学体会?在教学实践中,重应用、轻讲解的概念教学仍普遍存在,学生被动接受概念,缺乏概念的理解,不能体会其意义和价值.弧度制是数学中的一种规定,但在学生眼中数学是一门严谨、讲究逻辑的科学,为什么要这样规定?这样规定是否合理?教师没有一一回答这些疑问,而是通过学生自主探究、大胆猜想、小心验证,亲身体会这种度量角的规定的合情性、合理性,学生欣然接受新的度量角的方法.
2.2?建构数学 学会数学语言表达
问题2?用α=lr度量角,角的单位是什么?
设计意图?问题2设计是为了让学生理解弧长与半径的比值表示角,了解弧度制的优越在于:用实数表示角.
生5:因为l与r是长度,所以它们的比值是个实数,没有单位.
师:大家一开始对用实数来衡量角的大小可能不太适用,但通过上面探究我们知道这种方法在数学中是可行的、合理的.用数表示角大小,可以在数后面加上rad,这不是单位,只是提醒我们这个数在此表示角,等熟练了后,在不引起歧义的情况下通常省略.
问题3?任意角都可以用l与r的比值表示吗?
设计意图?问题3设计的目的是建立弧度制下的角与实数之间的一一对应关系.
生6:任意角是从旋转角度定义的,旋转量从弧长可以得出,符号用旋转方向规定的,所以任意角都可以用l与r的比值表示,正角、零角、负角分别用正数、零、负数表示.
师:任意一个角都可以用唯一实数表示,那么任意一个实数都可以表示角吗?唯一吗?
生7:可以而且是唯一的.
师:很好,如图3所示,实数和角之间是一一对应的关系.
问题4?由问题1的探究过程你可以得到弧度制与角度制下角的关系吗?
生8:设角的弧度数为α,角度为n°,因为lr=nπ180,所以α=nπ180,n=180π·α.
設计意图?第(1)问要求学生掌握换算的算理,第(2)问要求记忆特殊角的弧度数.通过探究,让学生理解角的两个度量系统相容性,掌握两种度量角之间的互换,利用熟悉的角度制感受用实数表示的角的大小.
问题6?根据角的弧度制定义,探究扇形的弧长、面积公式.
设计意图?弧度制的优越性不仅在于用实数表示角,还表现在一些公式因为弧度制的引入使得形式简化.问题4的设计让学生通过亲身经历简化过程,更容易记住扇形中的几个量之间的关系,体会到弧度制给研究问题带来的方便.
学生探讨、师生交流过程略.2.3?数学运用?学会数学分析
例1?把下列各角从弧度化为度:(1)3π5;(2)3.5.
例2?把下列各角从度化为弧度:(1)252°;(2)11°15′.
设计意图?弧度制与角度制换算是本节课的重点,通过例题巩固学生对弧度制角的认识.
例3?已知扇形的周长为8cm,圆心角为2rad,求扇形的面积.
变式?已知扇形的周长为8cm,当圆心角为多少时,扇形面积最大.
设计意图?概念学习后,学生自然会发问:概念有什么用?怎么用?通过例3让学生简单了解弧度制在实际中的应用,加强知识的训练,形成知识网络.
3?教学感悟
3.1?引导学生用数学的眼光观察世界,激发学习概念的兴趣
概念课的引入,若采用平铺直叙、机械灌输的方法,由于对概念的数学理解的缺失,导致学生感到概念枯燥乏味、抽象难懂.根据建构主义理论,建立在真实事件或真实问题上的概念生成,不仅能够激起学生的学习兴趣,而且对学生更具有感染力.本节课从扳手拧紧螺帽的生活场景引入,虽然这一情境对学生来说并不陌生,但一般不会留意到其中蕴含的圆心角、弧长、半径之间的关系.通过引导学生用数学眼光观察场景,提炼其中数学元素,在激起学生学习兴趣和好奇心同时,巧妙联系圆心角、弧长和半径,为新知搭建桥梁,促使学生顺理成章进入到了弧度制概念的探究.
3.2?引导学生用数学方法研究世界,亲身经历概念形成过程
第斯多慧说过,“不称职的教师强迫学生接受真知,优秀的教师则教学生主动寻求真知.”并强调:“教师先不要急于给学生讲解观点,应当启发学生自己去寻求答案,主动去掌握知识.”在概念的教学中,有些教师重概念应用、轻概念形成,学生对概念缺乏数学理解,不能体会其意义和价值.弧度制概念对学生而言,难点在于为什么可以这样规定?这样规定合乎数学道理吗?为了让学生突破这些困惑,教学中弧长与半径的比值为定值没有直接呈现给学生,而是引导学生自主发现、自主探究,通过学生与情境、学生与学生、教师与学生之间的多边活动,通过学生认真思考与反思,成为概念建构的真正主人.概念形成的教学过程,由于学生思维的高度参与,课堂充满了活力,学生对弧度制本质有了更深刻的理解,培养了学生直观想象、数学抽象、逻辑推理等数学核心素养,发展了学生严谨科学精神.
参考文献
[1]?史宁中. 注重“过程”中的教育[J]. 人民教育,2012(7):32-37.
[2]?汤强,李王芳.落实核心素养应立意于内化[J].中国数学教育(高中版),2017(9):36-328.
【摘?要】?数学概念是数学思维的起点,是建立数学理论的基础,概念教学在数学教学中举足轻重,不仅担负着学生知识结构和思维能力发展的责任,同时也是培养学生核心素养的一种重要途径.文中以必修4弧度制的概念教学设计为例,探讨概念教学中如何凸显概念的本质,培养学生用数学眼光观察世界、用数学语言表达世界的核心素养.
【关键词】?教学设计;概念教学;弧度制;核心素养
数学概念是数学思维的起点,是判断推理的基础,是定理、法则、性质的基本单位,是建立数学理论的基础,正确理解、掌握和运用数学概念是学好数学的前提.所以数学概念的教学具有十分重要的作用,不仅担负着学生知识结构和思维能力发展的责任,同时也是培养学生核心素养的一种重要途径.下面以最近笔者在一次市级公开课中,执教的“弧度制”教学为例,谈谈对概念教学的认识和感悟.
1?教材、学情分析
1.1?教材分析
本节所使用教材是苏教版《必修4》第1章第1.1.2节“弧度制”.第1.1节分两部分,前一部分是“任意角”,其中角的度量仍采用初中学过角度制.本节弧度制的基本思想是圆半径与圆周长在同一度量单位下,用对应的弧长与圆半径之比来度量角.与角度制度相比,弧度制度量角在数学中显示出很大的优越性:一是10进制取代了60进制,便于数与数(角与角)之间比较,提高解决问题的效率,并且新的度量体系与角度制可以进行对应换算,保证与原有数学系统相容;二是三角函数中的自变量是角,因为函数是数集到数集的对应,自变量取实数才合理,若继续采用角度制表示角,就会与函数的定义冲突;三是微积分中使用弧度制后,众多公式可以简化,从而推动了微积分的发展和普及.所以本节课的学习对本章以及今后的数学学习十分重要.
1.2?学情分析
授课班级是四星级高中普通理科班,学生数学基础扎实,具有探究热情.从知识层面,学生已学过角度制度量角,掌握射线旋转形成任意角等;从能力层面,学生具备一定的观察事物能力,积累了一些不同度量系统之间换算的活动经验,在一定程度上具备了抽象、概况的能力和语言转换能力,这些都为本节课顺利开展奠定了基础.
1.3?教学目标
教学目标 ?(1)理解弧度的意义,能正确地进行弧度与角度之间的换算,熟记特殊角的弧度数;
(2)了解角的集合与实数集之间可以建立其一一对应的关系;
(3)掌握弧度制下的弧长公式,会利用弧度制解决某些简单的实际问题.
教学重点?弧度制与角度制换算和弧长公式.
教学难点?理解弧度制意义及角与实数的对应关系.
2?教学过程
2.1?情境引入 学会数学眼光观察
PPT展示,扳手拧紧螺帽的场景对大家都不陌生,你能从中看出扳手转动与螺帽转动之间有什么特点和联系?
设计意图?弧度制是一种新的描述角的方法,在弧度制教学中,有些老师采用数学规定说,没有强调它本身的数学含义和数学价值,强行让学生接受,导致学生对概念缺乏数学理解.另外,让弧度制以这种"冷酷"的面孔登场亮相,学生心里不情愿,学习缺少动力,自然效果低下.本节首先展示学生熟悉的生活场景,引导学生用数学眼光观察、思考,不仅可以提高学生学习兴趣,同时也为理解弧度制做好铺垫.
师:如图2,扳手的另一端从点A转动到点B,螺帽对应点A1转动到B1位置,从中你发现几何数量之间具有哪些相等和不相等的关系?
生1:点A转动的弧长与点A1转动的弧长不相等;两弧所在圆的半径也不相等,扳手转动的弧长大些,所在的圆半径也大些.
师:有相等的量吗?
生1:点A和点A1转动的角度相等.
师:很好.如果扳手变长,螺帽转动相同的角度,扳手转动的弧长怎么变化?
生众:弧长更大.
设计意图?螺帽转动相同角度,扳手越长越省力,即扳手的长度(半径)改变,扳手的另一端转动弧长也改变,这是学生较为熟悉的生活体验,但其中隱含的“弧长与半径比值为定值”的数学元素,对学生来说却是陌生的、抽象的,设计这样的环节主要是让学生初步感受弧度制度量角的合理性.问题1?想一想,圆心角、半径、弧长之间有什么关系?能用一个数学式子表示三者之间的关系吗?
设计意图?教材上对弧度制没有过多的引入,当然可以从长度为例,用国际单位制“米”或我国古代“尺”来度量一个物体的长度,但这样引入,会让学生感觉弧度制是数学家们捏造出来的,有一种强行灌输的感觉,很难激起学生相应的学习兴趣和学习动机.
学生分组讨论,并选出代表交流.
生2:对于相等的圆心角,半径越大弧长越长.所以我们小组猜想,用l,α,r表示圆心角、弧长、半径,l与r成正比,三者之间可以用l=αr表示.
师:为什么比例系数是α呢?这样合理吗?
生3(与生2同组):画图发现,r相等,l与α也成正比;l相等,r与α成反比,所以想到这样表示,并且是合理的.
生众:这还是猜出来的呀!
师:他们的猜想合情合理,这种猜想在数学中非常重要,当然数学中的猜想是要验证的.大家现在的疑问是,l与r之间的变化是否只与α有关?会不会还受其它的量影响?
生4:利用初中学过的弧长公式,l=nπr180,其中n是圆心角的角度数.所以
lr=nπ180,这个式子说明lr只与角大小有关,当角确定,lr为定值.
师:太棒了!通过大家的探究、猜想、验证,我们得到:可以用l与r来表示α,即α=lr.这就是本节课我们要学习的“弧度制”(引出课题).
教学体会?在教学实践中,重应用、轻讲解的概念教学仍普遍存在,学生被动接受概念,缺乏概念的理解,不能体会其意义和价值.弧度制是数学中的一种规定,但在学生眼中数学是一门严谨、讲究逻辑的科学,为什么要这样规定?这样规定是否合理?教师没有一一回答这些疑问,而是通过学生自主探究、大胆猜想、小心验证,亲身体会这种度量角的规定的合情性、合理性,学生欣然接受新的度量角的方法.
2.2?建构数学 学会数学语言表达
问题2?用α=lr度量角,角的单位是什么?
设计意图?问题2设计是为了让学生理解弧长与半径的比值表示角,了解弧度制的优越在于:用实数表示角.
生5:因为l与r是长度,所以它们的比值是个实数,没有单位.
师:大家一开始对用实数来衡量角的大小可能不太适用,但通过上面探究我们知道这种方法在数学中是可行的、合理的.用数表示角大小,可以在数后面加上rad,这不是单位,只是提醒我们这个数在此表示角,等熟练了后,在不引起歧义的情况下通常省略.
问题3?任意角都可以用l与r的比值表示吗?
设计意图?问题3设计的目的是建立弧度制下的角与实数之间的一一对应关系.
生6:任意角是从旋转角度定义的,旋转量从弧长可以得出,符号用旋转方向规定的,所以任意角都可以用l与r的比值表示,正角、零角、负角分别用正数、零、负数表示.
师:任意一个角都可以用唯一实数表示,那么任意一个实数都可以表示角吗?唯一吗?
生7:可以而且是唯一的.
师:很好,如图3所示,实数和角之间是一一对应的关系.
问题4?由问题1的探究过程你可以得到弧度制与角度制下角的关系吗?
生8:设角的弧度数为α,角度为n°,因为lr=nπ180,所以α=nπ180,n=180π·α.
設计意图?第(1)问要求学生掌握换算的算理,第(2)问要求记忆特殊角的弧度数.通过探究,让学生理解角的两个度量系统相容性,掌握两种度量角之间的互换,利用熟悉的角度制感受用实数表示的角的大小.
问题6?根据角的弧度制定义,探究扇形的弧长、面积公式.
设计意图?弧度制的优越性不仅在于用实数表示角,还表现在一些公式因为弧度制的引入使得形式简化.问题4的设计让学生通过亲身经历简化过程,更容易记住扇形中的几个量之间的关系,体会到弧度制给研究问题带来的方便.
学生探讨、师生交流过程略.2.3?数学运用?学会数学分析
例1?把下列各角从弧度化为度:(1)3π5;(2)3.5.
例2?把下列各角从度化为弧度:(1)252°;(2)11°15′.
设计意图?弧度制与角度制换算是本节课的重点,通过例题巩固学生对弧度制角的认识.
例3?已知扇形的周长为8cm,圆心角为2rad,求扇形的面积.
变式?已知扇形的周长为8cm,当圆心角为多少时,扇形面积最大.
设计意图?概念学习后,学生自然会发问:概念有什么用?怎么用?通过例3让学生简单了解弧度制在实际中的应用,加强知识的训练,形成知识网络.
3?教学感悟
3.1?引导学生用数学的眼光观察世界,激发学习概念的兴趣
概念课的引入,若采用平铺直叙、机械灌输的方法,由于对概念的数学理解的缺失,导致学生感到概念枯燥乏味、抽象难懂.根据建构主义理论,建立在真实事件或真实问题上的概念生成,不仅能够激起学生的学习兴趣,而且对学生更具有感染力.本节课从扳手拧紧螺帽的生活场景引入,虽然这一情境对学生来说并不陌生,但一般不会留意到其中蕴含的圆心角、弧长、半径之间的关系.通过引导学生用数学眼光观察场景,提炼其中数学元素,在激起学生学习兴趣和好奇心同时,巧妙联系圆心角、弧长和半径,为新知搭建桥梁,促使学生顺理成章进入到了弧度制概念的探究.
3.2?引导学生用数学方法研究世界,亲身经历概念形成过程
第斯多慧说过,“不称职的教师强迫学生接受真知,优秀的教师则教学生主动寻求真知.”并强调:“教师先不要急于给学生讲解观点,应当启发学生自己去寻求答案,主动去掌握知识.”在概念的教学中,有些教师重概念应用、轻概念形成,学生对概念缺乏数学理解,不能体会其意义和价值.弧度制概念对学生而言,难点在于为什么可以这样规定?这样规定合乎数学道理吗?为了让学生突破这些困惑,教学中弧长与半径的比值为定值没有直接呈现给学生,而是引导学生自主发现、自主探究,通过学生与情境、学生与学生、教师与学生之间的多边活动,通过学生认真思考与反思,成为概念建构的真正主人.概念形成的教学过程,由于学生思维的高度参与,课堂充满了活力,学生对弧度制本质有了更深刻的理解,培养了学生直观想象、数学抽象、逻辑推理等数学核心素养,发展了学生严谨科学精神.
参考文献
[1]?史宁中. 注重“过程”中的教育[J]. 人民教育,2012(7):32-37.
[2]?汤强,李王芳.落实核心素养应立意于内化[J].中国数学教育(高中版),2017(9):36-328.