南京東山外國語學校 羅素云
九年級下學期伊始,我校進行了一次調研,主要意義有兩方面:一是三年的新課全部結束,對綜合教學效果進行評估,二是為第一輪復習的教學提供必要的數據分析和策略指導。因此,結合本次試卷當中出現的幾何證明問題做了一點思考,與讀者共享。
例題:如圖1,等腰三角形ABC中,AB=AC,中線BD和CE相交于點F。求證:
(1)∠ABD=∠ACE;
(2)過點A,F的直線垂直平分線段BC。

圖1

圖2
分析:第(1)題通過證明△ABD≌△ACEC(SAS)即可,屬于基礎知識和基本能力范圍,第(2)題則異彩紛呈,方法較多,通過全年級試卷的批改,發現學生的證法主要有以下四種:
證法1:如圖2,由三角形三條中線交于一點的性質,連接AF并延長交BC于點H,得出AH也是BC的中線。
證法2:證了四次全等,先證△ABD≌△ACE,得到∠ABD=∠ACE,BD=CE,再證△BEF≌△CDF,△AEF≌△ADF,前三次全等都是為了第四次全等準備條件,最后才有△ABH≌△ACH,得出AF垂直平分BC。
證法3:通過證明△ABD≌△ACE,得到∠ABD=∠ACE,BD=CE,再得到∠FBH=∠FCH,根據等角對等邊,則有FB=FC,根據邊角邊,進而證明△ABF≌△ACF,得到AF平分∠BAC,再由等腰三角形三線合一的性質,得出AF垂直平分BC。
證法4:通過證明FB=FC,且AB=AC,由線段垂直平分線的判定方法,得出AF垂直平分BC。
錯因分析:
(1)信息加工偏差,導致目標不明確。部分學生目標指向不明確,信息加工指向需證明多次全等,說明這部分學生有思維定勢,不能靈活識別出圖中還有等腰三角形、線段的垂直平分線,繞了彎路,雖然方法正確(比如證法2),但是浪費了很多時間,使后續題目的解決增加了緊張的情緒,無法靜心做后面的能力題。
(2)課本定理和真命題混淆。部分學生把“三角形三條中線交于一點”作為定理,直接在證明過程中使用,學生沒能弄清楚課本上的定理性質有哪些,一些性質雖然是經過探索、發現的新結論,卻不可以作為定理在解題中直接使用(比如證法1)。在教學中,定理“直角三角形斜邊上的中線等于斜邊的一半”,它的逆命題是真命題,卻不可以用來判定直角三角形。所以對于這些易混淆的定理和真命題,要反復強調。
(3)沒有學會分析和綜合的思考方法。在解題過程中,靈活運用分析法和綜合法能降低解題難度,提高解題速度。本題需要證明線段的垂直平分線,那么應該聯想到垂直平分線的判定,判定的條件是什么,然后再看證明這兩組線段相等需要什么(比如證法4)。不僅要由已知想可知,還要善于由未知找需知,教學中,教師應引導學生從多角度觀察圖形,善于把復雜圖形分解為基本圖形,不斷提高學生發散思維和演繹推理能力。證法3 屬于一般的思路,學生容易想到。
在學業水平考試與中考命題建議中,明確要求關注學生核心素養的達成,考查學生的思維力。近年來的中考試卷對平面幾何的考查中,對數學抽象、邏輯推理、直觀想象、數學運算等數學核心素養的考查也是各地中考命題的熱點,數學作為研究思維的學科,培養學生的思維能力,平面幾何的教學是推動思維發展的第一載體,數學知識作為一個顯性載體,數學思想隱含于圖形性質的考查之中。本文的第一個案例考查了幾何直觀、轉化與劃歸的數學思想。
傅種孫先生指出“平面幾何的教學不在知其然,而在知其所以然,幾何的教學在于啟發學生,示以思維之道爾”。學生在平時的思考中也暴露了幾點問題:思維混亂、選擇性矛盾。教師可以在幾何學習的過程中引導學生有序思考,擇優而入,按照一定的邏輯規律展開思考,抓住問題的主要矛盾開展一系列探究,在一題多解時,根據實際情況分析哪一種方式更簡捷。
目前平面幾何的學習存在一個現狀,就是學生對基礎知識的概念和定理的引入一知半解,僅僅停留在用概念和定理來解題的層面,當條件發生變化時,學生就不能分析出有關的概念和所能用的定理。比如本文中的第一個案例,學生不能分析圖中可以使用等腰三角形“三線合一”的性質或者垂直平分線的判定。在平面幾何概念的教學中,數形結合可以幫助學生直觀理解概念,生活實際可以幫助學生經歷知識建構過程。數學概念之間也存在橫向聯系和縱向聯系,比如《四邊形》這一章,平行四邊形、矩形、菱形、正方形,若從橫向比較,各種概念的形成和判定與性質的區別與聯系,若從縱向比較,彼此之間有一般到特殊的關系。再比如《圓》一章的內容可以分為三塊,一是與圓有關的概念,從線段、曲線、角的角度來定義相關概念,二是研究直線與圓的三種位置關系,推理證明了圓周角定理,切線的判定與性質,三角形的外接圓、內切圓,切線長定理,有一定的系統性與連貫性,三是與圓有關的計算問題,與圓有關的正多邊形的計算問題,三角形或四邊形與圓相交產生的線段的計算。
關注學生對當前知識點的認識程度,在會而不對的學生中去體會他們的思維過程和障礙。我經常在學生做練習時進行巡視,體會他們的問題所在點,然后改善自己的教學策略,及時對一些學生給予知識方面的鞏固和方法的指導。在一輪專題復習時,可以采用典型的錯題復習重要知識點,在易混淆處可以采用小組討論,引導他們歸納錯誤的原因,以加深對知識點的理解。也可以用類比的思想方法展示給學生看,然后歸納總結。在平時的講義中,充分運用錯題來檢查學生是否掌握牢固,強化中考考點。
在高中學習階段,圖形的研究從平面圖形過渡到空間圖形,從二維到三維轉化,但是研究空間圖形的方法又是轉化為平面圖形的研究方法。在能力要求方面,對于證明和計算,立體幾何初步的要求是不高的,但是對于解析幾何的要求比較高,也就是說在初中階段要加強平面幾何的計算的要求,包括拋物線有關的計算。另外,在培養能力方面,注重能夠培養和形成的主要幾何學習能力和思想方法,尤其是幾何直觀和數學運算。