GeoGebra在初中數(shù)學幾何動點問題教學中的應用淺析

袁錦新

【摘要】GeoGebra是一款結合幾何、代數(shù)、函數(shù)、圖形和計算的免費動態(tài)數(shù)學軟件，它融合代數(shù)與幾何的功能，界面易用，且可視化功能強大，能突破動態(tài)問題的教學難點。本文以數(shù)學幾何動點問題教學為例，借助GeoGebra軟件，編寫相應的GeoGebra腳本教程，探索信息技術與數(shù)學幾何動點問題教學融合，旨在為初中數(shù)學教師的數(shù)學軟件操作及數(shù)學動態(tài)實驗教學提供一些借鑒或啟示。

【關鍵詞】GeoGebra ;初中數(shù)學;動點問題;教學融合

幾何動點問題一般以幾何圖形為載體，綜合考察學生幾何、函數(shù)、計算等方面的知識，此類問題綜合難度大，學生的得分情況往往不夠理想，而在幾何動點問題課堂教學上，常常出現(xiàn)“教師一味的講解，信息技術應用不足，學生只能被動接受”的現(xiàn)象，這樣，幾何動點問題慢慢變成了學生難以逾越的關卡。因此，把信息技術如GeoGebra和幾何動點問題在課堂教學上有效融合，讓學生經(jīng)歷思路探究——結論猜想——技術驗證這一過程，將有助學生真正掌握動點問題的本質，豐富學生解決幾何動點問題的策略與方法。下面筆者以“中考幾何動點形成函數(shù)圖像”問題為例，談談GeoGebra軟件在幾何動點問題教學中的輔助應用。

一、例題呈現(xiàn)

二、教學片段

1.結合幾何直觀，建立函數(shù)模型

教師：本題是求線段AP與運動時間x之間的函數(shù)關系，這里點A為定點，點P為動點，哪位同學知道點P是怎么運動的？

學生1：點P在線段AB，線段BC，線段CA上運動，因此需要分三種情況討論。

教師：請大家分析三種運動情況。

學生2：點P從點A運動到點B，應該為一次函數(shù)。

教師：是嗎？能夠寫出y與x的解析式？

學生3： 因為動點P為勻速運動，我們可以設速度為v，從點A勻速運動到點B時，y=vx，此時y是x的正比例函數(shù)，y隨著x的增大而增大。

教師：由第一種情況的分析，大家有何想法呢？

學生4：我們可以排除選項C與選項D。

教師：那么我們分析第二種運動情況，當點P從點B到運動點C，請大家觀察y與x的變化關系？

學生5：當AP垂直BC時，y最短，因此，y先由大變小，再由小變大，所以我覺得選擇A。

學生6：B選項的函數(shù)圖像，第二部分同樣是y先由大變小，再由小變大，B選項也沒有問題。

學生7：但是點P是勻速運動，所以AP是線性變化的，故A選項為正確的。

（大家紛紛討論起來）

教學說明：憑借已有的經(jīng)驗和知識儲備，結合幾何直觀，學生不難發(fā)現(xiàn)，此題為分段函數(shù)，需要分三種情況討論：第一種情況，通過路程等于速度乘以時間的數(shù)量關系，建立函數(shù)模型，初步感知y與時間x之間的關系。在分析第二運動情況時，學生無法通過函數(shù)的增減性判定正確結論，理性分析走不通，那么可以先從感性分析，教師可以借助GeoGebra展示動點形成函數(shù)圖象的過程，先從直觀的角度驗證學生的猜想，激發(fā)學生的學習興趣。

2.借助“GeoGebra”，猜想驗證

首先，我們根據(jù)題目編寫GeoGebra腳本。

其次，教師展示，如圖2，我們在GeoGebra繪制AP的運動軌跡，請大家觀察，移動滑動條d，這樣可以顯示函數(shù)圖象的全貌。

（學生很驚嘆，B選項才是正確答案）

教學說明：一編寫GeoGebra腳本，給教師提供信息技術支持，二用利用 GeoGebra的度量工具，感受AP的長度變化，三是用軌跡工具（追蹤點P），形成軌跡函數(shù)，旨在通過幾何直觀，尋找運動中的變量關系，轉化問題。教學中借助“GeoGebra”可視化，更加清晰直觀地觀看到動線AP的運動軌跡，激發(fā)學生探究熱情，引導學生能運用圖形變化描述動態(tài)問題，利用幾何直觀來進行思考，實現(xiàn)了從感性認識到理性思維的構建。

3.通過邏輯分析，嚴謹推理

教師：雖然我們借助“GeoGebra”畫圖，探索出線段AP的長度y與運動時間x之間的函數(shù)圖像，但是數(shù)學需要嚴謹論證，既然當點P從點B到運動點C時，AP的變化軌跡是類似拋物線，我們就要回歸構建函數(shù)解析思路，哪位同學能說說你看法？

學生8：我們可以過點P作PH垂直AB，利用勾股定理求出AP的長度。

教師：很好，那個如何表示AH，和PH的長度？

學生8：可設三角形的邊長為2，速度為1，這樣則BP=x-2，所以，建立函數(shù)模型：y=。

教師：那么y=的函數(shù)圖像是怎么樣呢？

（學生再次議論起來）

學生9：因為△=（6）2-4×12=-12<0，所以y=不是一個完全平方式，根式無法開方，這樣意味y與x的關系不是一次函數(shù)。因此排除A選項，選項B符合題意。

教師：很好，此處我們通過設特殊值法，然后通過勾股定理建立y與x的函數(shù)模型，從而排除A選項，那么能否從特殊到一般，設等邊三角形的邊長為a，速度為v，分析問題呢？

（學生類比分析，教師板書求解過程）

作HP⊥AB，交AB于點H，則BP=vx-a，所以BH=

建立函數(shù)模型：因為△=（3av）2-4×3a2×v=-3a2v<0不因此3a2-3avx+v2x2是一個完全平方式，根式無法開方，這樣意味y不是一次函數(shù)。因此B為正確選項。

教學說明：本環(huán)節(jié)化動為靜，用速度和時間表示動邊的長度，再通過勾股定理，得到y(tǒng)與x的函數(shù)關系，但是，指數(shù)函數(shù)問題不在初中學生學習和解決的范疇中，顯然，這里需要調整策略，利用△語言轉化問題，推理得到正確的結論，此時，讓學生經(jīng)歷從特殊到一般思維過程，理解動與靜的辨證關系，提升分析動點幾何題的能力，獲得成功經(jīng)驗。

三、鞏固提高

1.梳理條件，化動為靜

教師：下面我們觀察這道題，題目中有哪些是定點，哪些是動點，哪些是動線？

全體學生：A，B，C，D，O是定點，P，E，F(xiàn)為動點，BP與EF為動線。

教師：此題應該分多少情況討論？自變量的取值范圍是多少？

學生10：分兩種情況，當點P在BO上運動時，0≤x≤4，當點P在DO上運動時，4<x≤8。

教師：很好，那么如何把BP與EF聯(lián)系起來呢？你能聯(lián)想到什么數(shù)學模型？

眾生：A型的相似模型。

（如圖5，6，利用GeoGebra展示兩種情況）

2.回顧模型，巧妙應用

教師：為了應用A型的相似模型，我們必然要用式子表示動邊的長度，你們有什么想法？

學生11：第一種情況，BP=x，EF=y;第二種情況，BP=x，DP=8-x，EF=y。

學生12：這樣可以利用相似三角形的性質，對應邊的比等于對應中線的比求解。

3.解法呈現(xiàn)，實驗驗證

解：如圖5，0≤x≤4，因為BO為△ABC的中線，EF∥AC，則BP為△BEF的中線，△BEF∽△BAC，因此，即，解得，同理可得，當4

教學說明：本題和例題一樣，都是動點問題形成線段的函數(shù)圖像問題。教學中利用“GeoGebra”可視化工具。分類討論，化動為靜，分類討論是指確定動點所在的位置，明確自變量的取值范圍，化動為靜是指通過代數(shù)式表達動態(tài)邊長。然后，在利用相似模型找出動邊的數(shù)量關系，解題教學時要善于抽絲剝繭，用運動思維去研究動點問題，揭示變化過程。使得學生在解題中有抓手，數(shù)學高階思維有提升。

四、GeoGebra輔助動點問題教學效果分析

為了解GeoGebra輔助動點問題教學后學生的學習興趣和學習效果，在今年疫情階段，通過兩周的網(wǎng)課利用GeoGebra輔助動點問題教學后，筆者對兩個班級106位學生開展了問卷調查，利用“釘釘”平臺，問卷包括5個單項選題，回收有效問卷106份，統(tǒng)計分析結果如表1所示。

調查表明，100%的學生有興趣學習GeoGebra軟件，體現(xiàn)學生有自主探究學習的熱情，同時，極少部分學生在網(wǎng)課學習抱有“無所謂”的態(tài)度，這揭示我們在數(shù)學教學中，需要多關注后進生，而大部分學生都對GeoGebra提升數(shù)學興趣和學習效果中的作用給出較好的評價。

五、結束語

動點問題形成函數(shù)圖像是初中教學的一個難點和熱點，廣東中考數(shù)學的高頻考點，務必引起師生的高度重視。在教學中，教師要引導學生善于思考，以GeoGebra數(shù)學軟件輔助教學，通過教師的演示動點與函數(shù)變化規(guī)律，在實驗演示過程中，學生能夠將動點，動線，函數(shù)圖像可視化，培優(yōu)學生空間想象力和數(shù)學思維能力。因此，教師在教學中合理運用信息技術，使得學生在一個良好的課堂氛圍中，促進GeoGebra在動點問題教學的融合，激發(fā)學生探究數(shù)學問題的興趣，最終形成較為成熟解決數(shù)學問題思維方式及能力。

參考文獻：

[1]王吉.GeoGebra可視化在開放教育復變函數(shù)教學中的運用[J].武漢工程職業(yè)技術學院學報，2020（4）.

[2]劉昌典.借助數(shù)學實驗實施解題教學[J].中學數(shù)學教學參考（中旬），2020（5）.

責任編輯? 吳華娣