2022年高中数学“立体几何初步”教学研究 .pdf

专题讲座高中数学“立体几何初步”教学研究袁京生北京市朝阳区教育研究中心一、“立体几何初步”教学内容的整体把握一“立体几何初步”内容的背景分析1不同学段几何学习的特点一个学生从小学的数学课中就接触到了空间图形，由于知识和年龄的限制，他们对空间图形的认识方法主要是大量的观察、操作，对空间图形形成一定的感性认识. 在初中，课程安排了简单几何体的概念及体积公式，三视图的基本知识，正方体的截面、展开问题，建立了长方体模型概念，已初步具有平面几何基础知识及推理论证能力，总体上看，初中学生对空间图形的认识主要是直观感知，操作确认，但平面几何的学习又呈现出思辨论证等理性的特征. 总之，高中以前的学生对空间图形的认识主要是对图形的整体形象的直观感知，操作确认， 这种基于直观和操作的认知的优点是简便、直观， 不需要更多的知识作基础，但不足也是很明显的， 即不能对空间图形及其内部的元素关系进行深入的分析，不能产生对空间图形本质的认识 . 当学生进入高中以后，教材对空间图形的有了专门的介绍：立体几何 . 从历次的立体几何教材看， 无论教材怎样变化，高中立体几何的最终目标都是要从学生可接受的理论高度来认识空间图形 . 除了传统的综合几何外，近几年的高中大纲或课程标准还引入了空间向量， 空间向量进入几何，使几何有了更多代数的味道，因此现行的高中几何不完全是欧式几何 . 当我们回忆大学的几何学习时，容易发现，大学的几何学习正是沿着几何代数化的方向展开，无论空间解析几何、高等几何、微分几何等无不是通过代数的手段对几何进行研究，通过代数的形式呈现几何结论. 2几何研究方法的发展关于传统几何的改革，吴文俊先生说“对于几何，对于研究空间形式，你要真正的腾飞，不通过数量关系，我想不出有什么好方法”吴文俊先生明确指出为了使几何“腾飞” ，必须采取“数量化”的方法，也就是代数化几何的处理方法精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 46 页因此从几何的发展、几何的研究方法和几何课程的变化整体看，随着几何关系越来越复杂，用代数方法研究几何问题成为几何研究发展的大趋势，而且研究几何使用的代数的工具也是不断提升. 可以设想，如果仍然用综合几何方法方法平面圆锥曲线的性质是多么的困难. 在空间向量进入中学几何之后，复杂的空间几何问题的解决变得如此的简单. 那么是不是在中学就应该完全抛弃综合几何，把中学的立体几何变成纯粹的代数几何呢？答复是否认的，因为尽管代数几何可以更深刻地认识复杂几何图形的性质，但直观研究对于初级阶段没有更多知识的学生具有简单学的特点；另一面， 几何直观在发现问题，寻找问题的切入点等方面在几何研究中仍起着重要的作用. 正如庞加莱所说：“我们是通过逻辑去证明，但我们是通过直观去创造. ”从历史的视角看，欧几里德公理体系把几何与逻辑结合起来，几何就与演绎推理结下了不解之缘， 很久以来几何学就成为训练逻辑推理的素材. 然而就推理来说， 既有合情推理，又有演绎推理，而且从数学自身发展的过程来看，即使演绎推理也并非“几何”所独有，它广泛存在于数学的各个分支中. 3几何教育的改革英国著名数学家M.阿蒂亚曾认为，几何是直观逻辑，代数是有序逻辑。这说明，几何学不只是一个数学分支，而且是一种思维方式，它渗透到数学的所有分支。因此， 培养学生的几何直观能力、把握图形的能力就成为高中学习几何的主要目的。近几十年的国际数学教育改革中几何推理的要求发生了一些变化，在学习演绎推理的同时， 强调从具体情境或前提出发，进行一定的合情推理；从单纯强调几何的演绎推理，转向表达几何研究特点的全面的推理论证方法，只有这样的改革，才能更全面、 准确地上表达了几何课程的教育价值，特别是几何在发展学生空间观念，以及观察、操作、试验、探索、合情推理等“过程性”方面的教育价值. 2. “立体几何初步”的知识结构与能力结构1大纲和课标中“立体几何初步”知识结构的比较大纲中的立体几何从研究是按照从局部到整体的方式呈现的，这种教材结构充分表达了几何公理体系清晰的逻辑关系，但从认知的角度看，学习的困难较大. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 46 页由于学生接触空间几何体，先感受到的不可能是点、线、面，而是实实在在的物体，因此课标从人认识事物的基本规律入手，对其内容进行分层设计，在必修2 中，先从对空间几何体的整体认识入手，主通过直观感知、操作确认，获得空间几何体的性质，此后，在空间几何体的点、直线和平面的学习中，充分利用对模型的观察，发现几何体的几何性质并通过简单的“推理”得到一些直线和平面平行、垂直的几何性质，从微观上为进一步深入研究空间几何体做了必要的准备. 在选修 2-1 中，首先引入空间向量，在必修2 的基础上完善了几何论证的理论基础，在此基础上对空间几何体进行了深入的研究. 因此课标几何课程的第二个整体，表达的是从更加理性的思想方法研究空间几何体， 表达的是计算和推理论证的逻辑依据的整体到位和全面的数学思想方法及能力要求的整体到位 . 由此可见，课标呈现的是从整体到局部再到整体的结构，这种结构虽然在知识的逻辑关系上做了一些模糊处理，但它关注学生的思维过程，为合情推理与演绎推理的教学创设了条件，符合学生的认知规律，更有利于学生对空间几何的认识. 2大纲和课标中“立体几何初步”能力结构的比较“立体几何初步”大纲空间想象，逻辑推理空间想象，逻辑推理课标空间想象空间想象，逻辑推理合情、演绎大纲中的立体几何对能力的要求除了运算能力外，教材强调公理化体系，注重逻辑推理，重点要发展学生的空间想像能力和逻辑推理能力尤其是演绎推理，这两个能力在学习的一开始就齐头并进，对学生提出很高的能力要求，对初学立体几何的学生来说是一个较高的门槛 . 课标首先安排的是对空间几何体的整体认识，要求发展学生的空间想像能力，几何直观能力，而没有对演绎推理做出要求. 在“空间点、直线、平面之间的位置关系”的研究中，以长方体为模型，通过说理归纳出判定定理，不证明或简单推理进行论证归纳并论证明性质定理，在“空间向量与立体几何”的学习中，又以几何直观、逻辑推理与向量运算相结合，完善了空间几何推理论证的理论基础，并对空间几何中较难的问题进行证明. 可见在立体几何这三部分中，把空间想像能力，逻辑推理能力，适当分开，有所侧重地、分阶段地进行培养，这一编排有助于发展学生的空间观念、培养学生的空间想象能力、几何直观能力， 同时降低学习立体几何的门槛，同时表达了让不同的学生在数学上得到不同的发展的课标理念. 3. “立体几何初步”中的推理论证方法渗透公理化思想，提倡合情推理和演绎推理相结合精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 46 页1正确认识立体几何中的推理教学课标在内容的设计上不是以单纯的论证几何为主线展开几何研究的，而是让学生在自主探索的过程中，理解有关数学概念，体会数学思想方法，将合情推理与演绎推理有机的结合在一起 . 所以外表上看，课标对线面平行、线面垂直的判定不作证明，只要求操作确认，似乎削弱了立体几何的逻辑推理与证明，但课标的理念十分清晰，就是分步到位，因此立体几何教学不应无视推理与证明的训练，应首先使学生在特殊情境下通过直观感知、操作确认， 对空间中的点、线、面之间的位置关系有一定的感性认识，在此基础上进一步通过直观感知、 操作确认， 归纳出有关空间图形位置关系的一些判定定理和性质定理，并对性质定理加以逻辑证明，通过上述数学活动培养学生的空间想象力和逻辑推理能力. 2既要讲推理，更要讲道理在没有充分提供推理论证的理论依据的前提下，讲道理也是培养推理论证能力的一种方式， 将合情推理与演绎推理有机结合，做到既要讲推理，更要讲道理，在合情推理与演绎证明中间找到一个适当的平衡点，防止了仅仅靠操作确认，直观判断的低层次思维. 3表达几何课程的教育价值几何教学中的基本思想方法和思维方法表达了数学强大的教育功能，合情推理、演绎推理、公理化思想对于人的科学思想和世界观的形成有巨大的影响力，因此在几何教学中，有意识地培养学生把握图形的能力，培养学生合情推理、演绎推理的能力， 渗透公理化思想，可以表达几何课程的教育价值. 二“立体几何初步”教学内容的重点、难点以及研究方法1. 重点：空间几何体的结构特征：柱、锥、台、球的结构特征的概括；空间几何体的三视图与直观图：几何体的三视图和直观图的画法；空间几何体的外表积与体积：了解柱、锥、台、球的外表积与体积的计算公式；空间点、直线、平面的位置关系：空间直线、平面的位置关系；直线、平面平行的判定及其性质：判定定理和性质定理的归纳；直线、平面垂直的判定及其性质：判定定理和性质定理的归纳. 2. 难点：空间几何体结构特征的概括：柱、锥、台球的结构特征的概括；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 46 页空间几何体的三视图与直观图：识别三视图所表示的几何体；空间点、直线、平面的位置关系：三种语言的转化；直线、平面平行的判定及其性质：性质定理的证明；直线、平面垂直的判定及其性质：性质定理的证明. 3. 研究方法：直观感知，操作确认，思辨论证，度量计算. 二、“立体几何初步”的教学研究与建议一“空间几何体”的教学研究与建议“空间几何体”的内容包括：“空间几何体的结构”、“空间几何体的三视图和直观图”、“空间几何体的外表积与体积”三个部分，它们分别从几何体的结构和概念、几何体的空间图形和正投影图形、几何体的度量三个视角刻画了几何体的特征. 学习“空间几何体”是培养学生学生空间想象能力的大好时机，是“空间点、线、面的位置关系” 学习的知识基础与能力基础，缺乏对空间几何体的认识能力不仅“空间几何体”的相关内容学不好，而且对于“空间点、线、面的位置关系”的学习影响很大空间想象能力与推理论证能力相互影响. 1关于“空间几何体的结构”的教学建议1搭建学习的基础“空间几何体的结构”中的几何概念是通过“线、面”来刻画的， 不同的是这里的 “线、面”是用空间几何体中的线段和围成几何体的面多边形，这样的处理使得学生在具体的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 46 页几何体的学习中更容易理解具体的“线、面”，为将来学习抽象的点、线、面提供初步的经验，因此，应抓住时机渗透通过具体理解抽象和用几何元素刻画几何对象的思想方法. 2几何概念的理解应注意归纳和辨析几何概念的教学中应注意通过假设干几何图形的观察与提炼共性的方式概括某一类几何体的特征；另一面应通过文字或图形让学生对几何概念从文字及空间图形等方面进行辨析，深化对概念的理解. 例：有两个面互相平行，其余各面都是平行四边形的几何体是否是棱柱？分析：对照定义“一般地，有两个面互相平行，其余各面都是四边形， 并且每相邻两个四边形的公共边都互相平行，由这些面所围成的多面体叫做棱柱”，缺少“每相邻两个四边形的公共边都互相平行”，反例如图. 例：每个面都是平行四边形的几何体是否是棱柱？分析：由定义缺少“每相邻两个四边形的公共边都互相平行”，反例如图 . 3关于直棱柱、正棱柱、正棱锥等内容的教学建议由于学生还没有学习直线与平面、平面与平面的平行和垂直等位置关系等相关知识，因此在“空间几何体的结构”中可以以“直观感知、操作确认”从直观的方式介绍给学生，严格的概念可以在“空间点、直线、平面的位置关系”部分介绍，以到达从本质上把握这些空间几何体的特征. 所以，这部分的安排，我们认为应遵循 “整体局部整体”的原则 . 4直观的基础上加强思辨的训练虽然学生还没有学习“空间点、线、面的位置关系”，缺乏推理论证的基础，但不能认为“空间几何体的结构”的学习就是简单的直观观察，其教学定位应该是在理解概念基础之上的空间想象与思辨的训练，这一点老师们应该给与足够的重视. 例：棱长为2 的正四面体的四个顶点都在同一个球面上，假设过该球球心的一个截面如图，则图中三角形正四面体的截面的面积是A.B.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 46 页C.D.分析：必须明确过球心截面一定与四面体的某一个棱垂直逻辑推理，因此正四面体ABCD中的CBE符合题目要求，其中E为AD的中点 . 容易计算，所以. 故选 C. 注意： 几何体的结构教学中应注意直观感知与思辨推理相结合. 2三视图教学中的问题及对策1学习三视图的必要性空间几何体的结构是对于空间几何体特定的元素的位置关系来刻画空间几何体的概念和图形的， 这种对于空间图形的刻画是抽象的，而空间几何体的三视图是从三个互相垂直的方向的正投影刻画空间几何体，是用容易理解的平面图形刻画抽象的空间图形，这对于帮助学生建立空间观念，降低立体几何的入门难度是十分有利的. 空间几何体的三视图提供了将空间图形转化为平面图形的重要范例和途径三垂直方向，建立了空间几何体与空间点线面位置关系的有机联系. 三视图部分在空间几何体的结构与第二章点、线、面位置关系之间，起着承上启下的作用， 联系着空间图形与平面图形，三视图的学习是培养空间想象能力的重要途径，因为无论是从平面到空间合成还是从空间到平面分解，都对于学生的空间想象能力提出了较高的要求，因此三视图部分承载的功能很多. 为立体几何的后续学习打好了空间想象的基础 . 2学习三视图应注意的问题强化正投影在解决三视图问题中的作用在三视图的学习中学生往往比较关注空间几何体与它的三个视图是何图形，或者机械地运用三个视图之间的数量关系来画图，而无视它们的本质. 例：如右图，三棱柱的所有棱长都相等，且侧棱与底面垂直，画出它的三视图. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 46 页注意：学生在初学画出三视图时，往往侧视图错误较多尺寸等，其原因主要是不理解侧视图的形成过程，不能把握正投影的基本方法画好几何体的三视图的基础是画好线段的三视图. 例如右图，在正方体ABCD-A1B1C1D1中，点MN分别是BC，CC1的中点，则图中阴影部分在平面ADD1A1的正投影为 () 分析：此题难度不大，在考查正投影概念的同时也考查了空间想象能力，解题只要抓住正投影平行且垂直的特点，则易知点N的正投影是DD1的中点，点M的正投影是AD的中点，点A的正投影是自身，故选A. 注意：三视图的教学中应抓住正投影不放. 几何体与三视图非一一对应学生学习三视图时学会了用三视图刻画空间几何体，这时他们往往会认为空间几何体与其三视图之间永远是一一对应的，事实上这是不正确的. 例墙角处有即层，每层有个正方体个相同的小正方体堆成如下图的立体图形. 如果你打算搬走其中部分小正方体, 但希望搬完后， 它的三视图不变， 那么你最多可以搬走2 个小正方体 . 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 46 页3空间几何体的教学要与空间想象能力培养紧密结合空间几何体的教学要注意加强几何直观与空间想象能力的培养，这是因为：1实施新课程以来，教材的结构发生了变化，教学时间比较过去缩短了，因此，有的老师认为有了空间向量，空间想象能力、推理论证能力的要求可以弱化，甚至完全放弃，我们认为这是对课标和考试说明不理解的认识. 2 有些老师可能认为空间几何体比较简单，空间想象能力的培养应重点在“空间点、线、面位置关系”部分. 事实上，这样的做法也是没有理解课标能力分段培养的意图，这样可能会使“空间点、线、面位置关系”的教学的难度增加，不利于课程目标的实现. 3在立体几何的入门阶段，建立空间观念，培养空间想象能力是学习的一个难点，要注重培养空间想象能力的途径，例如：注重模型的作用，让学生动手进行模型制作，培养利用模型解决问题的意识与方法. 培养学生的画几何图形能力，画图不是描字模只模仿，而是要边画边思考所画图与实际几何体的对应关系. 空间想象不是简单的观察、空想，应与概念思辨相结合前面已经谈到. 发挥三视图与直观图培养空间想象能力的作用，利用空间几何体的三视图与直观图的转化过程，可以使学生认识到：空间图形向平面图形的转化有利于分析和表示较为复杂的空间图形；变换观察视角对空间几何体进行观察可以更容易理解较为复杂的空间图形，把握空间图形中元素之间的关系 . 例: 一个几何体的三视图如下图，则此几何体的体积是精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 46 页ABCD 分析：假设为C所对应的几何体，则侧视图中三角形应有一条为虚线的对应中线. 注意：此题考查的结果是部分学生由三视图想象不出空间几何体的基本形状基本方法不会；部分学生分不清三视图所描述的空间几何体是B所对应的几何体，还是C所对应的几何体而失分不会用投影线区别两个图形.所以应通过抓好投影来抓好对三视图的把握. 例： 一个棱长为2 的正方体被一个平面截后所得的几何体的三视图如下图，则该几何体的体积是A8 B CD 解析：由三视图确定截面的位置是关键. 注意：通过正投影将确定截面的问题转化为确定组成截面的边线段 . 例：如图是一块带有圆形空洞和长方形空洞的小木板，则以下物体中既可以堵住圆形空洞，又可以堵住方形空洞的是精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 46 页分析：让几何体既可以堵住圆形空洞，又可以堵住方形空洞，则必须从两个不同的方向观察几何体是否满足既是圆，又是长方体，显然选B. 注意：此题没有提到三视图，但要能够正确选出既可以堵住圆形空洞，又可以堵住方形空洞的几何体必须要从互相垂直的方向观察并思考几何体的形状，而三视图的特征恰恰提供了这种多角度观察几何体的思考方式. 运动变化的观点运动变化的观点是几何课程的主线之一，以运动变化的观点看待几何问题，可以更加全面和深刻地理解问题的本质，也更加易于抓住变化中的不变规律. 例：正四面体ABCD 的棱长为1，棱 AB 平面，则正四面体上的所有点在平面内的射影构成的图形面积的取值范围是. 分析：由于的投影长度不变，故面积的大小决定于射影的长度，令正四面体以为轴运动，所以平行平面时射影面积最大，垂直平面时射影面积最小.容易计算射影面积最大、小值分别为、，所以射影面积的取值范围是. 注意：运用运动变化思想，让图形在满足条件的情况下动起来，可以使人们看到面积取值的变化规律，从而找到面积的取值范围. 教学过程：一、创设情景，引入新课“横看成岭侧成峰，远近高低各不同；不识庐山真面目， 只缘身在此山中. ”我们都学习过这首苏精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 46 页轼的诗题西林壁. 这首诗告诉我们，从不同角度看同一物体视觉的效果可能不同,要比较真实地反映出物体的结构特征, 要从多角度看物体! 在现实生活中，有很多事物要求我们从多方位观察、认识；如：注：通过以上几例使学生看到， 至少要用三个不同角度的平面图形才可以正确描述空间几何体 . 二、过程感知、意义建构：1、空间图形的三视图大家在初中时以经学过了三视图让学生稍作思考,现在我请三位同学上来画出圆锥, 圆柱 , 长方体的三视图 . 提醒：画三视图应注意什么？注：通过以上实例让学生感受熟悉的圆锥，圆柱，长方体等空间几何体的三视图，而不是急精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 46 页于给出三视图的概念. 1三视图的形成：我们用三个互相垂直的平面作为投影面；正对着我们的叫正面；正面下方的叫水平面；右边的叫侧面 . 2三视图概念视图是指将物体按正投影向投影面投射所得到的图形. 正主视图光线从物体的前面向后投射所得的投影. 俯视图光线从物体的上面向下投射所得的投影. 侧左视图光线从物体的左面向右投射所得的投影. 3三视图画法规则高平齐：正主视图与侧左视图的高要保持平齐；长对正：正主视图与俯视图的长应对正；宽相等：俯视图与侧左视图的宽度应相等. 讲解原则：借助多媒体，师生共同讨论，认识清楚三视图画法规则和画三视图过程中需注意的问题 . 现在我们比较详细的回忆了三视图，接下来，我们就来画物体的三视图. 注：通过以上给出的概念解析、图形表示、数量描述使学生从多角度来理解空间几何体的三视图的内涵，有利于学生进行知识建构. 三、知识生成、例如讲解精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 46 页例 1 画出以下几何体的三视图分析：画三视图之前，应把几何体的结构弄清楚，选择一个合适的主视方向. 一般先画主视图，其次画俯视图，最后画左视图.画的时候把轮廓线要画出来，被遮住的轮廓线要画成虚线 . 物体上每一组成部分的三视图都应符合三条投射规律. 解：这两个几何体的三视图如下练习 1：画出以下几何体的三视图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 46 页回忆与反思：通过师生共同画图，学生独立画图，让学生充分掌握画三视图的画法规则和一般步骤，认识到空间图形与其三视图间的对应关系，进而提高学生的空间想象能力. 注：通过例题1例题学生也动手画图及练习1，使学生通过动手画图进一步理解各个视图的特点，提高学生的空间想象能力. 练习 2：如图，E，F分别为正方形的面ADD1A1，BCC1B1的中心，则四边形BFD1E在该正方体的面上的正投影不可能为. 注：要判断图形的正投影，只要判断线段的正投影即可，显然在面ABB1A1，ABCD上的正投影为图，在面ADD1A1上的正投影为图变式 : 两条相交直线的平行投影可以平行, 这种说法对吗 ? 回忆与反思：在完成练习1 较复杂图形的三视图后，给出的上述练习，实质上是三视图的一个应用. 只要从主视图、俯视图和左视图三个方面来着手，就不难解决问题了. 注：通过以上提高练习1 的第二图，练习2 及变式，教师强调在正投影下某些线段或图形的变形，提升学生的空间想象能力. 例 2 根据三视图，说出几何体的名称. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 46 页分析：通常先根据俯视图判断是多面体还是旋转体,再结合侧视图和正视图确定具体的几何结构特征 . 解： 1圆台； 2四棱锥回忆与反思：三视图的形状特点：1. 平行于投影面图形的视图与其全等；2. 垂直于投影面图形的视图成为线或点；3. 与投影面斜交面上图形的视图发生变化例. 数量关系特点：长对正、高平齐、宽相等练习 3：根据物体的三视图试判断该物体的形状分析：三视图是从三个不同的方向看同一物体得到的三个视图. 主视图反映物体的主要形状特征，主要表达物体的长和高，不反映物体的宽. 而俯视图和主视图共同反映物体的长要相等. 左视图和俯视图共同反映物体的宽要相等. 据此就不难得出该几何体的形状. 解： 1该几何体为一个正四棱锥；2该几何体为飞船. 注：从例题2 至此，教师要求学生由三视图想象或判断出空间几何体的形状，这比由几何体的直观图画三视图又提高了一个层次，对空间想象能力的培养层层递进逐步提出更高的要求 . 特点：趣味性，必要性，实际感受画图过程发现问题，产生解决问题的需求，给出概念、多角度理解概念，例题讲解、突出方法，动手练习、稳固方法、加强空间想象能力的培养前面移走小正方体木块，堵洞问题均为本节练习题. 二“空间点、直线、平面的位置关系”的教学研究与建议精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 46 页在“空间几何体”的教学中，我们主要是从空间图形整体的视角来研究空间几何体的，具体讲，我们是从几何体的结构、几何图形、几何体的度量三个方面研究了空间几何体，在这个过程中空间想象能力是能力要求的主体. 在“空间点、直线、平面的位置关系”的教学中，我们是从公理化的基本思想出发，从几何图形入手， 通过推理论证的方法得出几何图形的性质或关系. 在这部分内容的教学中，研究视角由整体空间几何体变为具体点、直线、平面，能力要求由单一的空间想象能力变为空间想象能力几何直观 和推理论证能力 合情推理， 演绎推理 并举， 公理化、符号化是此部分内容的特点，因此无论从知识的容量还是能力要求都有较大的提高，为此有如下建议 . 1用好几何模型在“空间几何体”的教学中，经过对实物、几何模型和空间图形的观察训练，学生已经具备了初步的空间想象能力，但在“空间点、直线、平面的位置关系”的教学中，观察的视角由几何体转向抽象的直线与平面等几何元素的位置关系，由于几何图形更加复杂和抽象，空间想象能力要求更高，因此对于一般学生而言，几何模型在重要而且比较难于理解的定理等的发现和探究过程中仍然起着重要的作用. 应注意培养学生使用几何模型的意识和应用方法，例如， 利用长方体探究判定定理，通过折纸的动手活动体会线面垂直等，同时也培养学生由特殊到一般的思想方法. 2加强三种语言的表述和转化训练我们知道，利用推理论证的方法进行几何证明的过程实际上是几何的文字语言、图形语言和符号语言的转化过程，特别是在“空间点、直线、平面的位置关系”这一部分中引入了用符号表示几何元素及其关系并用符号进行推理的方法，因此，三种语言的熟练转化是能否学好这部分内容的基础. 例：对于“在空间， 一个二面角的两个半平面分别垂直于另一个二面角的两个半平面”，如果理解不全面，只转化为下面图-1 所表示的图形语言就是不正确的，并容易产生错误结论：“在空间，一个二面角的两个半平面分别垂直于另一个二面角的两个半平面，则这两个二面角相等或互补.”事实上，文字语言应转化为图-1 和图 -2 的图形语言 . 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 46 页3合情推理教学中应注意的问题课标要求“以长方体为载体，直观认识和理解空间点、线、面的位置关系；能用数学语言文字语言、符号语言表述有关平行、垂直的性质与判定”，这种合情推理的方法不仅使得立体几何的学习难度循序渐进、逐步提升， 重要的是丰富了学生的推理论证方法，使得几何的教育功能更加全面. 在合情推理的教学中我们建议把握如下两点：1判定定理的形成过程是说理的过程线面平行的判定定理教学案例片段教学过程：教学环节问题师生活动设计意图复习回忆1、直线与平面有几种位置关系？学生回忆、答复：有三种位置关系：在平面内、相交、平行稳固复习，为新课作铺垫新课引入1、怎样判定直线与平面平行呢？2、直线无限延长，平面无限延展，如何保证直线与平面没有公共点呢？生：根据定义， 判定直线与平面是否平行，只需判定直线与平面有没有公共点师：线面平行是一种非常重要的关系，不仅应用较多，而且是学习平面和平面平行的基础 这节课我们来研究线面平行的判定 .提出问题，引导学生寻找判定线面平行的依据 . 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 46 页演示实例观察几何模型实例：1、在生活中，注意到门扇的两边是平行的当门扇绕着一边转动时，另一边始终与门框所在的平面没有公共点，此时门扇转动的一边与门框所在的平面给人以平行的印象2、将一本书平放在桌面上，翻动书的硬皮封面，封面边缘 AB所在直线与桌面所在平面具有什么样的位置关系？观察长方体：长方体中，直线直线，平面，则直线平面？观察课件，感受实例通过实例使学生感知线面平行与线线平行通过几何模型体会此几何图形中线面平行与线线平行的关系精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 46 页探究新知归纳定理1、图 1 中的直线与平面平行吗？2、如图 2，如果平面内有直线与直线平行，那么直线与平面的位置关系如何？是否可以保证直线与平面平行？探究：平面外有直线平行于平面内直线1这两条直线共面吗？2直线与平面相交吗？为什么？通过上述探究，归纳直线和平面平行的判定定理：答复： 1共面2不相交 . 分析：假设直线与平面相交，那么直线与平面内的直线的位置关系为相交或异面， 这与直线与直线平行矛盾，所以直线与平面不相交 . 文字语言：如果平面外一条直线和这个平面内的一条直线平行，那么这条直线和这个平面平行通过探究，得出线面平行的判定定理用自相矛盾从反面理解直线与平面一定不相交引导学生概括出线面平行的判定定理，能用三种语言描述定理定理功能：判断直线与平面平行的依据.( 线面平行关系空间问题转化为线线平行关系平面问题). 通过以上案例片段可以看到首先从学生熟悉的生活实例入手分析“门”开关、“书”开合中的线面平行关系；其次从特殊的几何模型长方体 入手分析模型中的线面平行与线线平行的关系；第三从特殊模型到一般化的线面平行与线线平行关系的分析，在这个基础上通过假设进行矛盾分析，尽管学生没有学习反证法，但这并不阻碍从另一个角度自相矛盾理解判定定理的正确性，也不加重学生的负担. 定理的形成过表达了从直观到抽象、从特殊到一般、从正面到反面的多角度、多层次的说理过程，说理过程表达了用数学思想方法认识问题的思维过程. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 46 页2既教证明，也教猜想与思辨以线面垂直的判定定理的片段为例进行说明展示案例教学环节教学过程设计意图一、直线与平面垂直定义的建构 1创设情境感知概念展示图片：同学们观察图片，说出旗杆与地面、比萨斜塔与地面是什么关系位置？请同学们举一些直线和平面垂直的例子. ( 书的例子 ) 这些都给我们以直线与平面垂直的形象那么如何定义直线和平面垂直呢? 我们能否找到已经学过的几何图形多面体、旋转体中具有直观上线面垂直的例子呢？线面垂直定义比较抽象，假设直接给出，学生只能死记硬背，因此，在教学中，先安排学生课前收集大量图片进行感知，然后再通过多媒体课件演示，设计问题情景贴近学生生活，使得学生对直线与平面垂直的概念获得一定的感性认识，为归纳出直线与平面垂直的概念作准备 . 2观察归纳形成概念几何画板演示： 圆锥、 圆柱、圆台的形成过程并答复以下问题. 问题 1： 轴所在直线和底面圆直径所在直线是什么位置关系? (2) 轴所在直线和底面所在平面内任意一条直线是什么位结合几何直观感知，学生就能够在问题的引导下获得思路，归纳、猜想出线面垂直的定义并让学生体会到线面垂直的本质是直线与精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 46 页置关系 ? 问题 2： 由此你能得到什么启发，你觉得怎样能用你学过的知识给出线面垂直的定义. 平面内任意一条直线垂直 . 3剖析概念深化理解线面垂直的定义: 如果一条直线与一个平面内任意一条直线都垂直，我们就说这条直线与这个平面相互垂直. 问题 3： 1如果一条直线垂直于一个平面内的无数条直线，那么这条直线是否与这个平面垂直？2如果一条直线垂直于一个平面，那么这条直线是否垂直于这个平面内的所有直线？通过两个问题的辨析讨论，深化直线与平面垂直的概念 . 掌握线面垂直的一个性质 . 二、直线与平面垂直的判定定理的探究1分析实例猜想定理观察在正方体ABCD A1B1C1D1中直线与平面位置关系答复以下问题问题 4： 1图中有哪些线面垂直关系？你是如何设计一个判断的方法呢？(2) 如果一条直线和一个平面内的一条直线垂直, 此直线是否和平面垂直？和一个平面内的两条直线垂直呢？和一个平面内的无数条直线垂直呢？(3) 你认为保证直线与底面垂直的条件是什么？通过这组问题想让学生认识到判断直线与平面的垂直用定义很难做到所以我们有必要寻找更为简便可行的方法来判断直线与平面的垂直，于是就想到要减少直线的条数从而引出直线与平面的垂直判定定理的探索 . 2动手实验确认定理为了验证同学们的猜想，我们来做一个折纸实验：过ABC的顶点A翻折纸片， 得到折痕AD，再将翻折后的纸片竖起放置在桌面上BD、DC与桌面接触，进行观察并思考：1折痕AD与桌面垂直吗？2如何翻折才能使折痕AD与桌面所在的平面垂直？假设不过顶点A翻折纸片呢？3翻折前后垂直关系发生变化了吗？由此你能得到什由于课标中不要求严格证明线面垂直的判定定理，只要求直观感知、操作确认，注重合情推理 . 因而在探索直线与平面垂直判定定理过程中，安排学生动手实验，讨论交流、为便于精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 46 页么结论？3直线与平面垂直的判定定理：一条直线和一个平面内的两条相交直线都垂直，则该直线与此平面垂直. 学生对实验现象进行观察和分析，自己发现结论，并通过问题让学生真正体会到知识产生的过程，有利于发展学生的合情推理能力和空间想象能力 . 三角形纸片的折叠表达了有限与无限的相互转化，既有合情推理能力也有逻辑推理 . 注意：通过以上案例片段可以看到，线面垂直的概念的建立过程是：观察实例， 形成直观形象； 几何模型分析， 引导转化几何元素 线面转化为线线；动手实验折纸，以操作确认发现充分条件直线垂直面内两条相交直线；辨析猜想，形成初步的数学认识. 概念、定理的形成过程充分表达在教师引导下学生设计猜想的实验过程，表达了利用几何模型，不完全归纳法，特殊与一般，举反例，运动变化等数学思想方法和思维方法. 4加强对概念、定理的理解与把握的教学1用图形辅助理解概念、定理和性质例如，我们可以按照推理的类别，用图形刻画几何元素的关系，可以防止死记硬背文字和符号的机械式学习，更容易理解公理、定理、性质等的几何本质，发现问题图形中的元素关系关系 . 让学生对照图形表达相关定理或性质，特别要求对定理或性质的使用条件加以说明 . 例如，用图形表示平行关系精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 46 页例如，用图形表示垂直关系2强化证明的言必有据所谓“言必有据”，是指每一步推理的根据即三段论推理的大前提必须是课本中给出的公理、定义、定理，不可以自造理由，不可以随意将习题的结论作为根据，不可以把平面几何结论在立体几何中不加证明地随意使用. 不仅在文字语言和符号语言的推理中，要言必有据，在几何作图中也是如此，因为几何作图是几何推理的特珠形式. 立体几何作图也必须步步有据. 3梳理推理依据例如，从确定平行、垂直关系梳理推理依据如图，在解决问题时由图形中寻找依据. 把推理依据转化为系列图形纳入立体几何的学习中，用图形归纳立体几何知识，串联立体几何推理的思路，形成对图思考， 以图交流，使得逻辑推理与几何直观有机整合，提高了学生的空间想象能力和推理论证能力. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 46 页5通过对图形的把握提高推理论证能力课程标准 强调对把握图形能力的培养. 事实上， 把握图形的能力与推理论证能力是立体几何中相辅相成的两个重要能力，在“空间几何体” 部分学生已经受到了初步的空间想象能力、几何直观能力的培养训练，但在把握图形局部特征的习惯和能力上仍有不足，“空间点、直线、平面的位置关系”部分恰好是两个能力结合的优秀载体，因此，必须要抓住能力培养的大好时机. 1养成阅读理解文字和图形，把握几何图形特征的习惯例如图，正方形和四边形所在的平面互相垂直，.求证：平面；求证：平面. 分析：这是一道很简单的试题，但有些学生没有认真阅读题干中的文字，仅由图形就做出了平面的错误结论， 进而以点为原点建立空间直角坐标系. 事实上， 满足条件下几何体形状是可以变化的如以下图. 2加强空间图形与平面图形的转化的训练在三视图的教