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第十一屆全國(guó)高中青年數(shù)學(xué)教師優(yōu)質(zhì)課課例展示《立體幾何與空間向量溫習(xí)課》北京

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第十一屆全國(guó)高中青年數(shù)學(xué)教師優(yōu)質(zhì)課課例展示《立體幾何與空間向量溫習(xí)課》北京

立體幾何與空間向量溫習(xí)課

  • 教學(xué)內(nèi)容分析
1.理論依據(jù)與指導(dǎo)思想
(1)課程標(biāo)準(zhǔn)要求
新課程標(biāo)準(zhǔn)中提到,教師在教學(xué)活動(dòng)中既要重視教,更要重視學(xué),促進(jìn)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。教師要加強(qiáng)學(xué)習(xí)方法指導(dǎo),幫助學(xué)生建立知識(shí)之間的聯(lián)系。教師要在教學(xué)活動(dòng)中勇于創(chuàng)新,包括指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的創(chuàng)新,也包括對(duì)數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的梳理。
(2)信息加工理論
知識(shí)可以看作信息,信息可以以多種形式輸入,但只有經(jīng)過編碼后才能存儲(chǔ)。存儲(chǔ)失敗或缺失,對(duì)信息的提取以及再次加工,就會(huì)形成阻礙。這個(gè)信息加工模式說明,僅僅靠做題,而不注意數(shù)學(xué)知識(shí)體系結(jié)構(gòu),是無法學(xué)好數(shù)學(xué)的。
2.教材內(nèi)容
本節(jié)課是高三立體幾何與空間向量的章節(jié)溫習(xí)課,即本章復(fù)習(xí)的起始課。關(guān)注的學(xué)習(xí)內(nèi)容是本章節(jié)所有知識(shí)內(nèi)容之間的關(guān)系,特別是知識(shí)之間的結(jié)構(gòu)。在新授課教學(xué)階段立體幾何初步屬于必修內(nèi)容,空間向量與立體幾何屬于選擇性必修內(nèi)容。它們同屬于幾何與代數(shù)主題,在高三復(fù)習(xí)中有必要對(duì)兩部分知識(shí)內(nèi)容重新建立關(guān)系,如綜合幾何方法和向量方法解決一些立體幾何中的推理論證,度量計(jì)算問題的知識(shí)結(jié)構(gòu)整合。學(xué)生通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),對(duì)本章知識(shí)建立結(jié)構(gòu)性認(rèn)識(shí),為后續(xù)復(fù)習(xí)打下基礎(chǔ)。
表1 立體幾何與空間向量知識(shí)要素
1 柱、錐、臺(tái)、球概念 D立體幾何初步
2 平行六面體、直四棱柱、長(zhǎng)方體的關(guān)系 D立體幾何初步
3 球、柱、錐的表面積計(jì)算公式 D立體幾何初步
4 球、柱、錐的體積的計(jì)算公式 D立體幾何初步
5 斜二測(cè)畫法 D立體幾何初步
6 三視圖與直觀圖的概念 D立體幾何初步
7 利用三視圖還原直觀圖的基本方法 D立體幾何初步
8 空間點(diǎn)、直線、平面的概念 D立體幾何初步
9 空間中點(diǎn)、線、面的位置關(guān)系 D立體幾何初步
10 確定一個(gè)平面的條件 D立體幾何初步
11 線在面內(nèi)的判斷條件 D立體幾何初步
12 兩平面有一個(gè)公共點(diǎn),則有公共直線 D立體幾何初步
13 平行于同一直線的兩條直線平行 D立體幾何初步
14 線面平行推直線與交線平行 D立體幾何初步
15 面面平行推第三面的兩交線平行 D立體幾何初步
16 一個(gè)平面的兩條垂線平行 D立體幾何初步
17 垂直于同一平面的兩條直線平行 D立體幾何初步
18 直線垂直平面內(nèi)兩條相交直線推線面垂直 D立體幾何初步
19 面面垂直及面內(nèi)直線垂直交線推線面垂直 D立體幾何初步
20 面外線與面內(nèi)線平行推線面平行 D立體幾何初步
21 面內(nèi)交線與面平行推面面平行 D立體幾何初步
22 面經(jīng)過面的垂線推兩個(gè)平面垂直 D立體幾何初步
23 異面直線的夾角及范圍 D立體幾何初步
24 異面直線的垂直 D立體幾何初步
25 直線與平面垂直 D立體幾何初步
26 直線在平面上的射影 D立體幾何初步
27 直線與平面所成角及范圍 D立體幾何初步
28 二面角 D立體幾何初步
29 二面角的平面角及范圍 D立體幾何初步
30 兩個(gè)平面互相垂直 D立體幾何初步
31 空間直角坐標(biāo)系(右手系) F 空間向量及應(yīng)用
32 空間兩點(diǎn)間的距離公式 F 空間向量及應(yīng)用
33 空間中中點(diǎn)坐標(biāo)公式 F 空間向量及應(yīng)用
34 空間向量的概念 F 空間向量及應(yīng)用
35 空間向量的模 F 空間向量及應(yīng)用
36 空間兩向量的夾角 F 空間向量及應(yīng)用
37 空間向量的線性運(yùn)算法則 F 空間向量及應(yīng)用
38 空間向量的線性運(yùn)算的坐標(biāo)表示 F 空間向量及應(yīng)用
39 空間向量的數(shù)量積法則 F 空間向量及應(yīng)用
40 空間向量的數(shù)量積的坐標(biāo)表示 F 空間向量及應(yīng)用
41 利用向量求n等分點(diǎn)坐標(biāo)的方法 F 空間向量及應(yīng)用
42 直線的方向向量 F 空間向量及應(yīng)用
43 平面的法向量 F 空間向量及應(yīng)用
44 求平面法向量的基本步驟 F 空間向量及應(yīng)用
45 用向量方法證明空間中的平行垂直關(guān)系 F 空間向量及應(yīng)用
46 求空間中的角的向量方法 F 空間向量及應(yīng)用
47 異面直線成角與其向量成角的關(guān)系式 F 空間向量及應(yīng)用
48 線面角與其向量成角的關(guān)系式 F 空間向量及應(yīng)用
49 二面角與其向量成角的關(guān)系式 F 空間向量及應(yīng)用
50 判斷二面角余弦值的正負(fù) F 空間向量及應(yīng)用
51 向量方法解決立體幾何問題的程序 F 空間向量及應(yīng)用
 

 
知識(shí)結(jié)構(gòu)圖:

圖1 立體幾何與空間向量知識(shí)結(jié)構(gòu)圖
3.教學(xué)內(nèi)容分析
由教育目標(biāo)分類學(xué),知識(shí)類型可以分為四類,事實(shí)類、概念類、程序類、元認(rèn)知類。
而概念類中包含一類結(jié)構(gòu)性知識(shí),這類知識(shí)最為抽象。因此,要獲得此類知識(shí),需要更為高級(jí)的認(rèn)知加工方式。從認(rèn)知過程分類的角度來說,想要獲得結(jié)構(gòu)性知識(shí),學(xué)生需要具有一定 的分析能力、評(píng)價(jià)能力、創(chuàng)造能力。

圖2 知識(shí)分類結(jié)構(gòu)圖

圖3 認(rèn)知過程分類結(jié)構(gòu)圖
因此本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是建立優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。教學(xué)難點(diǎn)在于如何使通過教學(xué)活動(dòng)發(fā)展學(xué)生的分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造能力。讓學(xué)生真正獲得結(jié)構(gòu)性認(rèn)識(shí)。
  • 教學(xué)目標(biāo)設(shè)置
根據(jù)教學(xué)內(nèi)容,我設(shè)置本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)如下:
在《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2020年修訂版)》的指導(dǎo)下,基于教育目標(biāo)分類學(xué)理論,本節(jié)課作為本章節(jié)復(fù)習(xí)起始課,教學(xué)目標(biāo)設(shè)置為:
1.以立體幾何與空間向量為問題情境,通過創(chuàng)造、評(píng)價(jià)、分析、優(yōu)化等認(rèn)知活動(dòng),溫習(xí)本章基本知識(shí)和知識(shí)之間的關(guān)系;
2.在不斷思考、交流、展示的過程中,獲得優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)圖方法的共識(shí)。初步獲得自主建立知識(shí)結(jié)構(gòu)體系的能力;
3. 通過探索式、合作式的課堂活動(dòng),獲得積極的情感體驗(yàn),在小組討論和交流的過程中更好地了解他人,認(rèn)識(shí)自己。
以上目標(biāo)達(dá)成的標(biāo)準(zhǔn):
1. 能夠簡(jiǎn)要說明本章節(jié)的知識(shí)的關(guān)系,可以繪制知識(shí)結(jié)構(gòu)圖;
2. 能夠說出評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)圖的若干要素和優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖的標(biāo)準(zhǔn);
3. 能通過小組合作,發(fā)展合作交流意識(shí)。
  • 學(xué)生學(xué)情分析
 
 
 
 
 
 
 
 
圖4 學(xué)生前測(cè)試題得分率統(tǒng)計(jì)圖
授課班級(jí)為清華附中將臺(tái)路校區(qū)高三4班,在本章復(fù)習(xí)前,通過前測(cè)題目答題情況發(fā)現(xiàn)大部分同學(xué)對(duì)本章知識(shí)有所遺忘,缺乏對(duì)立體幾何與空間向量章節(jié)知識(shí)內(nèi)容和結(jié)構(gòu)的完整理解。如前測(cè)題2題中,大部分同學(xué)在求異面直線成角時(shí)不能想到更方便的綜合幾何方法;又如前測(cè)題3題中,對(duì)于相對(duì)冷門的知識(shí)點(diǎn)斜二測(cè)畫法,大部分同學(xué)不能得分。因此在復(fù)習(xí)的起始課,有必要幫助學(xué)生建立對(duì)本章節(jié)知識(shí)的結(jié)構(gòu)性認(rèn)識(shí)。
關(guān)于繪制知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的教學(xué)活動(dòng),通過課前的問卷調(diào)查和與學(xué)生談話交流我得出這樣兩個(gè)結(jié)論:
1.學(xué)生不缺乏繪制知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的活動(dòng)經(jīng)驗(yàn);
2.學(xué)生繪制知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的水平有待提高,對(duì)繪制知識(shí)結(jié)構(gòu)圖意義認(rèn)識(shí)不夠明確。
這說明,繪制知識(shí)結(jié)構(gòu)圖和能夠獲得結(jié)構(gòu)性認(rèn)知是兩件不同的事,教師有必要通過設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng),促進(jìn)學(xué)生獲得結(jié)構(gòu)性認(rèn)知。
  • 教學(xué)策略分析
高級(jí)認(rèn)知加工能力的培養(yǎng)需要足夠的時(shí)間和活動(dòng),因此,本節(jié)課采取小組合作學(xué)習(xí)方式,學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo),積極組織認(rèn)知活動(dòng),以達(dá)到發(fā)展能力的目標(biāo)。
學(xué)生的主體地位,體現(xiàn)課程資源,主要來自于學(xué)生的表現(xiàn)和創(chuàng)造。活動(dòng)形式主要以學(xué)生的獨(dú)立思考,相互交流,匯報(bào)展示為主。課堂生成資源如基本要素、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不由教師給出,而由學(xué)生活動(dòng)生成。
教師的主導(dǎo)作用體現(xiàn)在教師提前布置任務(wù),設(shè)計(jì)學(xué)生活動(dòng)。課堂上教師負(fù)責(zé)說明任務(wù),組織學(xué)生有序開展活動(dòng)。對(duì)學(xué)生的課堂生成資源進(jìn)行點(diǎn)評(píng)、鼓勵(lì)。引導(dǎo)學(xué)生在制定標(biāo)準(zhǔn)的過程中關(guān)注知識(shí)點(diǎn)本身和知識(shí)間的關(guān)系。

圖5 教學(xué)策略示意圖
  • 教學(xué)過程設(shè)計(jì)
引入活動(dòng)】展示兩位同學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖和學(xué)生成績(jī),讓學(xué)生猜想成績(jī)和知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的對(duì)應(yīng)。

圖6 學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)圖對(duì)比圖
設(shè)計(jì)意圖】說明結(jié)構(gòu)性知識(shí)在學(xué)習(xí)中的重要性;同時(shí)明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo);激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

圖7 學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)圖1號(hào)
1號(hào)圖的優(yōu)點(diǎn)是邏輯較為清晰。問題是缺少對(duì)空間向量及運(yùn)算的整理,同時(shí)線面成角向量法的計(jì)算公式有誤。教師可以引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注知識(shí)的準(zhǔn)確性,強(qiáng)調(diào)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的內(nèi)容完整。

圖8 學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)圖2號(hào)
2號(hào)圖的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)平行垂直之間的相互轉(zhuǎn)化整理的比較清楚,知識(shí)點(diǎn)的準(zhǔn)確性較高。問題是缺少空間幾何體部分的知識(shí)整理,內(nèi)容不完整。分類不夠合理。結(jié)構(gòu)關(guān)系需要調(diào)整,如平行、垂直可以調(diào)到位置關(guān)系的下一層級(jí)。
 

圖9 學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)圖3號(hào)
3號(hào)圖的特點(diǎn)是按照大題和小題分別整理,這樣整理有優(yōu)點(diǎn),也有缺點(diǎn)。大題部分的平行垂直證明和小題部分的平行垂直判定內(nèi)容重復(fù),但又沒有說清證明的方法。
師生活動(dòng)一】從三位同學(xué)創(chuàng)作的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖中,評(píng)選最喜歡的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖,并給出三個(gè)理由。
(1)學(xué)生獨(dú)立思考;
(2)學(xué)生然后帶著自己的想法進(jìn)行小組討論,達(dá)成共識(shí),
     教師在巡視和傾聽的過程中指導(dǎo)、幫助和啟發(fā)學(xué)生;
(3)選一名代表上臺(tái)分享本組的選擇和評(píng)選理由。
預(yù)設(shè)答案
教師結(jié)合張知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的特點(diǎn),對(duì)學(xué)生的分享進(jìn)行點(diǎn)評(píng),引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注知識(shí)導(dǎo)圖的知識(shí)點(diǎn)完整性、準(zhǔn)確性、知識(shí)結(jié)構(gòu)是否合理,重點(diǎn)關(guān)注知識(shí)點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系。
設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注其他同學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的優(yōu)點(diǎn),發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖應(yīng)該具備哪些要素,可以從那些維度來評(píng)價(jià),學(xué)生在這個(gè)過程中通過分析具體的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖,獲得直觀的經(jīng)驗(yàn)。
師生活動(dòng)二】探討并制定知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
(1)學(xué)生通過獨(dú)立思考,討論,展示,確定關(guān)鍵詞,派代表將關(guān)鍵詞展示在黑板上;
(2)一名同學(xué)將關(guān)鍵詞分類,并確定優(yōu)秀知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的評(píng)價(jià)維度;
(3)請(qǐng)每個(gè)小組將其中一個(gè)維度,總結(jié)為一句話,作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
預(yù)設(shè)答案
關(guān)鍵詞:知識(shí)點(diǎn)、完整、準(zhǔn)確、精煉、分類明確、層級(jí)清晰、結(jié)構(gòu)合理、關(guān)聯(lián)準(zhǔn)確
評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):
1.知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的內(nèi)容應(yīng)該完整、準(zhǔn)確、精煉;
2.知識(shí)結(jié)構(gòu)方面應(yīng)該分類明確、層級(jí)清晰、結(jié)構(gòu)合理、關(guān)聯(lián)準(zhǔn)確。
教師提示學(xué)生寫關(guān)鍵詞時(shí)注意參考上一個(gè)任務(wù)的活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)關(guān)鍵詞的分類,合并等。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注知識(shí)內(nèi)容、與結(jié)構(gòu)關(guān)系,幫助學(xué)生概括出評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)例,探索優(yōu)秀知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的要素,構(gòu)建優(yōu)秀知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),作為優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖的依據(jù)。在這個(gè)任務(wù)中培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)概括的能力。
師生活動(dòng)三】利用初步制定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖提出改進(jìn)意見。
(1)獨(dú)立思考,用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)同學(xué)的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖,提出調(diào)整、改進(jìn)、優(yōu)化的建議;
(2)小組討論,交流想法,并最終達(dá)成共識(shí);
(3)選一名學(xué)生到講臺(tái)前,分享本組的優(yōu)化建議。
預(yù)設(shè)答案
教師引導(dǎo)學(xué)生在修改知識(shí)結(jié)構(gòu)圖時(shí)要應(yīng)用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),先補(bǔ)充知識(shí)內(nèi)容,修改錯(cuò)誤的知識(shí)內(nèi)容,確保知識(shí)內(nèi)容完整、準(zhǔn)確。然后再根據(jù)知識(shí)關(guān)系進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整,重新分類,確定層級(jí)。
設(shè)計(jì)意圖】通過應(yīng)用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),提升學(xué)生構(gòu)建章節(jié)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的能力;強(qiáng)化學(xué)生對(duì)立體幾何與空間向量的知識(shí)結(jié)構(gòu)的理解。
課堂小結(jié)】學(xué)生總結(jié)自己這節(jié)課的收獲,知識(shí)層面,能力層面。
預(yù)設(shè)答案
1.知識(shí)層面
  知識(shí)內(nèi)容,對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)錯(cuò)誤認(rèn)知的糾正。知識(shí)間的關(guān)系,如分別可以利用綜合幾何法和向量法證明平行垂直的問題。因此,這兩部分可以建立關(guān)系。
2.如何繪制知識(shí)結(jié)構(gòu)圖
     確定知識(shí)點(diǎn)     發(fā)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系    設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)     調(diào)整布局
課后作業(yè)
1.總結(jié)優(yōu)秀知識(shí)結(jié)構(gòu)圖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步優(yōu)化自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖。
2.應(yīng)用知識(shí)結(jié)構(gòu)圖,分析自己測(cè)試情況,找到自己的知識(shí)漏洞或理解誤區(qū)。
3.用兩種方法解決下面的問題,并在自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖上指出用到的知識(shí)點(diǎn):
1)已知正四棱柱 中, , 為 中點(diǎn),則異面直線 與 所形成角的余弦值為(  )
A.                    B.                           C.                  D.
2)如圖,在三棱錐 中, .
(Ⅰ)求證: ;
(Ⅱ)求二面角 的大小;
(Ⅲ)求點(diǎn) 到平面 的距離.
 
 
 
 
 

 
附錄1前測(cè)試題
                     立體幾何與空間向量小測(cè)試
                  時(shí)間:30分鐘     姓名:         班級(jí):     成績(jī):
1.在 中, ,若將 繞直線 旋轉(zhuǎn)一周,則所形成的旋轉(zhuǎn)體的體積是(  )
A.                      B.                        C.                      D.
2.已知正四棱柱 中, , 為 中點(diǎn),則異面直線 與 所形成角的余弦值為(  )
A.                    B.                           C.                  D.
3.一個(gè)水平放置的正方形的面積是 ,按斜二測(cè)畫法所得的直觀圖是一個(gè)四邊形,這個(gè)四邊形的面積是(  )
A.                    B.                        C.                    D.
二、填空題
4.把邊長(zhǎng)為 的正方形 沿對(duì)角線 翻折,則過 四點(diǎn)的球的體積為     .
5.關(guān)于直線與平面,有下列四個(gè)命題:
(1)若 ∥ , ∥ ,且 ∥ ,則 ∥ ;
(2)若 ⊥ , ⊥ 且 ⊥ ,則 ⊥ ;
(3)若 ⊥ , ∥ 且 ∥ ,則 ⊥ ;
(4)若 ∥ , ⊥ 且 ⊥ ,則 ∥ ;
其中不正確的命題為     .
三、解答題
6.如圖,在三棱錐 中, .
(Ⅰ)求證: ;
(Ⅱ)求二面角 的大小;
(Ⅲ)求點(diǎn) 到平面 的距離.
 
 
 
 
 
附錄2 訪談問題
 
1.談?wù)勀愀呷龔?fù)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)?
2.你希望高三復(fù)習(xí)章節(jié)的起始課是怎樣的?
3.說說立體幾何與空間向量這一章有哪些知識(shí)?
4.你認(rèn)為要獲得數(shù)學(xué)知識(shí)有哪些方法?
5.你在以往的學(xué)習(xí)過程中會(huì)主動(dòng)繪制知識(shí)結(jié)構(gòu)圖嗎?為什么?

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