双正方形的旋转【图形变换公开课】
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图形的变换 一、 学情分析 初三学生在初二阶段就已经学过旋转这一节内容, 大多数学生对旋转的相关特征应该还是比较 熟悉的,同时在旋转中出现的一些相关的核心知识点(如正方形的性质)已经在前阶段的复习中涉 及到,大多数学生已经初步具备一定的解决问题的综合能力 •鉴于此课例习题既有基础性还有一定的 综合性,故对于学生数学基础相对较好的班级可以安排在中考第一轮“基础 +综合”复习阶段,而对 于学生数学基础一般的班级则可以安排在中考第二轮“综合 +基础”专题复习阶段•放在第一轮基础 复习,只需解决两个例题即可;放在第二轮专题复习,可分成两个课时进行为好,以满足各个层次 学生的不同需求•
二、 教学任务和目标 通过本课的学习,学生能够进一步体悟解决双正方形旋转问题的核心知识点是旋转的特征 (性 质),即旋转角等于对应边的夹角;旋转前后的图形是全等形(对应边相等,对应角相等) •学生能 够进一步理解并能熟练运用旋转的特征解决双正方形旋转的实际问题 •同时,还要让学生通过双正方 形的旋转领悟旋转过程中的变与不变,变就有可能存在函数关系,不变就可能存在相等关系(或定 值),这就是旋转问题展现给学生的数学本质的魅力, 也是数学所特有的哲学价值 •数学学科的本位, 数学学习的本质,数学思维的本色,在本节课的复习中可以得到充分的体现
三、 学法点拨 解决旋转问题的基本策略是“化静为动,以静制动” •所谓“化静为动”,即要搞清楚整个旋转 过程中哪些元素(如边、角)发生了变化,哪些元素仍然没变,有时还要通过特殊位置图形的特征 来判断不变的元素•所谓“以静制动”,即要把旋转过程中的各种图形的位置情况作为静止的图形进 行研究,接下来的计算与证明和原先没啥两样,只不过赋予了旋转的背景而已 •如果学生能够破译旋 转背后的“密码”,那么以旋转为背景的几何问题就迎刃而解了 •
四、 教学过程设计 (一) 预学尝试 如果条件许可,可以提前一天把 3个例题的题设(教师预设的几个问题在预学稿上是隐去的) 和图形发给学生预学, 让学生根据已有的经验回家自主提出问题, 在学案稿上写好• 一方面把学习的 主动权还给学生,激发学生学习的内 在活力,方便在课上师生共同交流预学尝试提出的问题;另一 方面让教师能够及时了解学情, 便于及时调整预设,以取得更好的学习效果 • (二) 互动反馈 由于学生预学尝试的原因,学困生对 3个例题的题设有了初步的了解,中等生不仅了解题目的题 设,而且会提出一些简单的问题(猜想),学优生则不仅能够提出一些问题(猜想) ,甚至可以有自己 的方法来证明自己的猜想•故在本课堂中的学情是极其丰富的, 关键在于教师如何把握与引导, 通过生 生和师生之间的互动反馈,让各层次的学生通过复习都能够获得不同的进步,品尝成功的快乐 例题1 (中考试题改编):把正方形ABCD绕着点A按顺时针方向旋转a (0 ° 形AEFG边FG与BC交于点H. (1) 试问图中有哪些相等的线段吗 请先观察猜想,然后再证明你的猜想; (2) 连结DG BE猜想DG与 BE的关系,并证明; (3) 连结BG CF,猜想BG与CF的关系,并证明; (4) 若AD= 3,Z DAG= 30°,则你能求出阴影部分的面积吗 功能分析: 本题的设计是一个正方形绕着另一个正方形的对角线的端点旋转,是涉及旋转相关知识的一个 基础问题,学生曾经或多或少经历过类似的问题,情景比较熟悉,前 3题都是比较基础的问题, 学 生比较容易上手,也有利于学生快速进入旋转情景中 •( 1 )、(2)主要引导学生观察、猜想旋转过程 中形成的哪些线段相等,哪些角相等(双正方形自身的边、角相等则是显而易见的,也是非常重要 的条件),并能寻求证明的方法与途径(全等,等腰三角形知识) ;(3)建立在(1 )的基础上主要考 查学生旋转过程中形成的线段存在平行关系, 并能力求通过等腰三角形的性质或相似的判定来证明; (4 )是一个比较综合的问题,建立在( 1 )的基础上,考查学生转化为解直角三角形及其面积的问 题• 学法预设: 笔者在这里设计了 4个问题,既有学生熟悉的问题,也有变式逐步提高的问题,对绝大多数学 生来说应该都能解决.4个问题涉及旋转、全等、相似、等腰三角形、平行、解直角三角形、正方形 等各种基础知识点,通过旋转把这些知识点串了起来 •通过“化静为动”的策略找到/ DAG2 BAE / ADC=/ AGH2 ABC2 AEF, AD=AG=AB=AEGF=BC 通过“以静制动”发现等腰△ HGB △ CHF, △ AGH ABH等等•
第1问,学生很容易猜想 GH=BH CH=HF如何证明对于证明 GH=BH估计学生会有两种思路• 一是连结BG利用等腰三角形的性质和判 定来证明;二是连结 AH,禾惋厶AGH^A ABH来证明• 第2问,学生根据旋转的特征,利用 △ ADG^A AEB很容易证明DG=BE甚至于证明DGL BE此 问宜让学生自主解决• 第3问,学生可能也会有两种思路• 一是利用第1问的结论可知△ CHF-与^ GHE都是等腰三角形, 再利用等腰三角形顶角相等从而底角相等,从而易证 BG// CF; 二是利用△ CHF^A GHB来证明平行, 这一点学生可能不一定想到,因为方法一简便易行 第4问,则是建立在第1问得基础上,先是要引导学生把阴影部分的面积转化为求四边形 GABH 的面积,再转化为△ ABH的面积(或者先求直角梯形 DAHC再求直角三角形 AGH的面积即可),下面 的问题就单纯是解直角三角形了 •关键的问题是两次转化思想的自觉运用, 这对于学困生还是有困难 的,对中等及以上学生不是难事 • 答案精要: (1) GH=BH CH=HF(双正方形自身的边、角相等除外) ; 连接BG由正方形的性质可知: AG= AB/ AGH=Z ABH= 90°, •••/ AGB=Z ABGAGH- / AGB=Z ABH- / ABGl卩/ HGB=Z HBG 二 GH=BH又^ GF= BC, A
CH=HF. (2) DG=BE DGL BE (证明DGL BE可在学生数学基础相对较好的班级进行) ; 由旋转的特征可知: AD= AG= AB= AE、/ DAG=/ BAE •△ ADG^A ABE •- DG=BE. (3) BG=CF证厶。日卩与厶GHB都是等腰三角形,利用两个等腰三角形的顶角相等从而底角相 等可得到平行• (4) 9-3 3;
先证△ AGH^A ABH故/ GAH=/ BAH= 30°,利用解直角三角形的知识求得 S^AGH— S^ABI
I 3 3,因而 阴影部分
的面积为 9-3 3. 例题2(中考试题改编):正方形ABCD与 OEFG都是边长为4的正方形,其中点0为正方形ABCD 的对角线AC的中点•正方形OEFG绕点0顺时针旋转a (0 ° (1) 在旋转的变化过程中,试猜想图中有哪些结论 (2) 连结MN GE猜想它们的关系并证明; (3) 你能求出阴影部分的面积吗试探索阴影部分的周长有无变化; (4)设CW x, △ MON的面积为y,试写出y与x的函数关系式.
功能分析: 本题是例1基础上的延伸与拓展,两题共同的特征是旋转中心都在一个正方形的对角线上, 不 同之处在于此题设计的是一个正方形绕着另一个正方形的对角线的中点旋转,也是涉及旋转相关知 识的一个常见问题,学生对此旋转情景也是比较熟悉的 •这种具有相似背景的例题设计避免了学生在 复习时思维跨度过大,有利于学生的思维聚焦在旋转核心知识(即旋转特征)的复习巩固上 •同时由 于学生已经有了例题 1的基础,故本题(1)设计成了一个开放型问题,一开始只给出题设(条件) , 让学生自主来设计问题,也可以合作编题, 让学生来猜想在旋转的变化过程中有哪些不变的量源于 学生已有的知识积淀,估计学生通过自主探究与合作交流会提出诸如此类的问题或猜想(发现旋转 变化中不变的量): 1、 猜想CM=BN BM=AN并证明; 2、 猜想OM=O,MG=NE并证明; 3、 猜想阴影部分的面积为定值 4;(阴影部分的图形在变,但面积不变) 4、 猜想BM+BN=(BM与BN的和是定值,两者又存在函数关系)
本题预设的(2)、( 3)题都是建立在 (1)中学生和教师的几个猜想的基础上的,归根到底都 是考查学生利用全等和相似的知识来解决问题 •并且第(3)题把问题延伸到旋转过程中周长有无变 化,显然拓展了例题1的视野,当然也考查旋转过程中如何观察特殊位置 (a= 0°或90°) . ( 4) 也是建立在前3题的基础上的,考查相似,面积割补及二次函数的相关知识点 学法预设: 对于学生提出的问题和猜想,教师不妨放手引导学生来解决 •从而达到问题由学生提出,再由 学生来解决,使学生之间产生情智的互动•估计学生是能够猜想出前 2个结论的,如果后2个猜想学 生一时想不出也不要紧,猜想 3、4其实就是教师的预设(3 )、( 4). 对于猜想1、2,其实都是要证明厶 COIW^ BON关键是要通过连 接OC OB来构造全等三角形, 这其中要用到正方形 的对角线相等的重要性质,这对于大多数学生来说应该不成问题 对于预设的问题(2),可以结合猜想2的结论,利用两个等腰直角三角形的性质或相似三角形 来解决• 对于猜想3、4 (即教学预设(3)、(4)),则是建立在前面的基础上的延伸 .教学中可以运用几 何画板的动画演示功能来引导学生从两个特殊位置入手来进行观察猜测,即运用“化静为动”的策 1 略,当点M与点C重合或者M为BC中点时,阴影部分的面积是正方形面积的 甲即为°,再运用“以 静制动”的策略通过证明△ COM2A BON来解决.而周长的变化,要引导学生观察说明 BM+BN=4虽是 定值,但OM+ON卩不是定值,当 M与点C重合时OM最大,则周长最大,当 M为BC中点时OM最小, 则周长最小•可以的话,还可以用几何画板的测量功能来度量周长 对于预设问题(4),由于有前几题的基础,估计学生比较容易想到的是连结 MN利用△ MOh与 △ MNB勺面积之和为 4来解决. 答案精要: (1) CM=BN BM=AN OM=O,MG=NE阴影部分的面积为定值 4, BM+BN=4……; (2) MN/ GE 亠」 OM ON 先证得△ COIW^ BON 二 OM= ON 又T OG= OE「•砖忌 又二 MON=Z GOE MON^A GOE OG OE