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蘇教版六年級數(shù)學(xué)——基于圓錐體積公式推導(dǎo)的數(shù)學(xué)思考

2009-07-27 12:00:01     下載試卷     標(biāo)簽:數(shù)學(xué) 蘇教版 六年級

  面對書本,如果對知識沒有了質(zhì)疑,對挑戰(zhàn)沒有了渴望,對自我沒有了信心,那么學(xué)習(xí)的過程就沒有了驚嘆,沒有了思辨,沒有了期待,沒有了樂趣—那不是我想要的課堂。

  變故突生,課堂遭遇意外

  圓錐體積的推導(dǎo),最常用的就是倒三次水的方法,清楚明白地發(fā)現(xiàn)圓錐的體積是等底等高的圓柱體積的三分之一。小學(xué)6年級的時候,我學(xué)過一次,等我當(dāng)了教師,我教過學(xué)生兩次。今天還是上這節(jié)課,輕車熟路,實驗和講解都很順利,學(xué)生開始做練習(xí)了。

  過了一會兒,教室里有了些不和諧的聲音,起先還壓抑著,后來掩不住興奮炸裂開來。兩個臉漲得通紅的男同學(xué),高聲叫著,“二分之一!是二分之一!你看。”“孫老師”,其中叫范托的學(xué)生激動地說:“你先看,這個三角形的面積是不是這個長方形的一半?”一個涂得臟兮兮的長方形,以及一個沿這個長方形的對角線對折后剪下來的三角形出現(xiàn)在我眼前(如圖一)。

  “對呀。”

  “那這個呢?”他又拿出和剛才相同的兩個圖形。

  “也是呀。”

  “這樣兩個疊起來,兩個三角形的體積是不是兩個長方形的一半。”

  “是呀。”

  “那3個、4個、很多個疊起來呢?”

  “也是二分之一啊。”

  “那就對了。”他得意地說,接著開始演示,他把一個長方形和一個三角形粘在一起,以一條寬為軸,用手撥動另外一邊旋轉(zhuǎn)360度(如圖三),撥一下,數(shù)一下,“1張、2張、3張…… 一起轉(zhuǎn)的,那張數(shù)是一樣多,長方形轉(zhuǎn)一圈就是圓柱,三角形轉(zhuǎn)一圈就是圓錐,那圓錐的體積不就是圓柱的二分之一嗎?”

  教室里突然靜了下來,部分學(xué)生已經(jīng)停下了對作業(yè)的討論,盯著講臺上的三角形碎片想著剛才的推論。

  太突然了,我深吸一口氣讓自己保持鎮(zhèn)定,頭腦中迅速地調(diào)動相關(guān)知識:旋轉(zhuǎn)成形的任一瞬間,三角形的面積都是長方形的二分之一,由于是同步旋轉(zhuǎn),因此旋轉(zhuǎn)的度數(shù)完全相同,也就是說,累計疊加的個數(shù)也完全相同,因此,由無數(shù)個三角形旋轉(zhuǎn)疊加而成的圓錐的體積,應(yīng)該就是由同樣多個數(shù)的長方形旋轉(zhuǎn)疊加而成的圓柱的體積的二分之一!天哪,這個推理好像是天衣無縫,面對人們信之不移的“規(guī)律性知識”,不同的方法怎么出現(xiàn)了不同的結(jié)論!應(yīng)該是三分之一啊,怎么辦?我知道我的學(xué)生此刻都在盯著我。兩分鐘后,終于有人忍不住開了口,教室里炸開了鍋。“書上印錯了!”“倒水的時候,3次根本就沒有倒?jié)M,不是三分之一,應(yīng)該是二分之一。”“范托,你好厲害!”而我,只能暫時眼睜睜地看著他們,因為我確實無法當(dāng)堂反饋這個推理的邏輯漏洞。

  尋根索源,問題從何而來

  1.實驗不精確埋下了問題的種子。實驗用的圓柱量杯和圓錐量斗外表面比較時,確實是等底等高,但由于透明塑料有一定的厚度,實際上圓錐的容積要略微小于圓柱容積的三分之一,因此,每次裝的水倒入量杯的時候,總會比三等分的刻度線稍微低一點。3次倒水完成后,離杯口還差一點距離。通常的做法就是簡單地向?qū)W生解釋一下,是實驗誤差,學(xué)生也能接受。但在喜歡較真的學(xué)生心里卻埋下了問題的種子,思量著是否有其他的推理方法來驗證甚至推翻這個結(jié)論。

  2.知識漸豐使得問題萌發(fā)。學(xué)生會想到用疊加的方法雖然出乎意料,卻不是偶然的,雖然教材中沒有要求,但在面積體積的教學(xué)中,我鋪墊了有關(guān)點線面三者之間演變的過程,那時是為了幫助他們更好地理解概念:把點一個個沿一定的方向密密麻麻地排列,就形成了線,線段的長度可以理解為點的個數(shù);把同樣長度的線段沿一定的方向平行疊加排列,就形成一個面,線的條數(shù)可以理解為所形成的長方形的寬,長方形的面積=線的長度×線的條數(shù)=長×寬;大小相同的面,一層層往上疊加形成柱體,面的層數(shù)可以理解為柱體的高。柱體體積=底面面積×面的層數(shù)=底面面積×高。沒想到,埋下的種子,卻在這里生根發(fā)了芽。

  3.求知欲和好勝心強促使問題“爆發(fā)”。6年級的孩子叛逆心強,不滿現(xiàn)實,充滿幻想,喜歡挑戰(zhàn)權(quán)威,又追求新奇。平時班級競賽中又多以解答方法巧妙而論勝負,導(dǎo)致學(xué)生尤其是優(yōu)秀學(xué)生群中,以與眾不同為榮。他們學(xué)有余力,專門喜歡研究冷門解法,以彰顯自己的實力。

  面對生成,教師如何應(yīng)對

  1.錯誤的過程比正確的結(jié)果更重要。

  現(xiàn)代數(shù)學(xué)教學(xué)更關(guān)注過程的價值,關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的體驗和感受。學(xué)生良好的情感態(tài)度和價值觀的獲得也是一項教學(xué)目標(biāo),一定程度上,這比知識和技能的掌握更重要。我知道學(xué)生的結(jié)論是錯誤的,但我無法解釋,那么,對于這個過程的思辨和探究是否該停止呢?從知識習(xí)得的角度說,學(xué)生是失敗的,繼續(xù)研究討論錯誤的結(jié)論是沒有必要的。但從另一個角度來看,學(xué)生是成功的,因為他們不僅參與了數(shù)學(xué)活動,獲得了親身體驗,而且在正確與錯誤的思維交鋒中,迫使他們不斷調(diào)整、完善、重塑頭腦中的數(shù)學(xué)知識結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)思維方式。只有經(jīng)過深入討論研究,真正弄清了錯誤的根源所在,才能更深刻地體會正確之“正”的真正意義。就算反復(fù)考慮后仍無法解答,留一個問號在腦子里,隨時思量,也是一件不錯的事情。這個探究的過程,就是學(xué)生自我進步的過程。當(dāng)然,這個討論的過程如果放在課后小范圍中繼續(xù)進行,更能協(xié)調(diào)好班級整體發(fā)展與個人發(fā)展的關(guān)系。

  2.學(xué)生思維的鍛煉比教師的智慧形象更重要。

  教學(xué)真的是一條奇幻旅程,如果沒有平日里對他們算法多樣化的“縱容”,他們就會毫不猶豫地接受書本上的定論,也就不會旁生枝節(jié),搞出這樣一個至今還令我無法解釋的問題。那么,今天站在課堂上的我依然是一個學(xué)識淵博的“不倒問”,照這樣的邏輯推理,是我自己給自己制造了麻煩,后悔嗎?

  不!不后悔!這件事情確實讓我有所震動。教師之所以有權(quán)威,其中一個重要的原因是教師在某些方面比學(xué)生知識淵博,兩者之間知識相差的距離越大,權(quán)威感就越強,因此對教師自身業(yè)務(wù)的提高也就提出了更高的要求,F(xiàn)在學(xué)生獲取知識的途徑越來越多,學(xué)習(xí)的速度越來越快,如果把現(xiàn)在教師和學(xué)生之間的知識差看作一個固定的數(shù),那如何來減緩這個差距縮小的速度呢?是控制學(xué)生的學(xué)習(xí)速度,讓自己可以悠閑地吸收新知識?還是想盡辦法激發(fā)他們體內(nèi)的智慧能量,然后在他們的窮追猛跑下策馬狂奔?我想,我的選擇肯定是后者。

  課后,為了這個問題我查看了七八本書,還請教了教研員和數(shù)學(xué)學(xué)科方面的專家,在他們的指導(dǎo)下,總算對這個問題有了進一步深入的理解:我們一直從面的角度在考慮,無限分割成面后,把任意一個面沿對角線平分,那么三角形x和三角形y的面積相等(如圖四),因此旋轉(zhuǎn)累加后,三角形x所形成的體與三角形y所形成的體也是體積相同的,因此學(xué)生的“二分之一說”似乎是有根據(jù)的。但事實上,旋轉(zhuǎn)成形和線形疊加成形是不同的。旋轉(zhuǎn)時,旋轉(zhuǎn)的角度雖然一定,但旋轉(zhuǎn)點離中心點的位置不同,實際移動的距離也是不同的。打個比方,在旋轉(zhuǎn)面的一條邊上取兩個點j和k,旋轉(zhuǎn)同樣的角度時,j所移動的距離要明顯的大于k所移動的距離(如圖五)。

  也就是說,在每個旋轉(zhuǎn)瞬間形成的是中間薄、外端厚,底面是扇形的柱體(如圖六)。把它沿著AEF這個面分割,三角形x沿AB軸旋轉(zhuǎn)所形成的四面體是ABEF,三角形y沿AB軸旋轉(zhuǎn)所形成的五面體是ACDEF,從體積的角度看,這兩個部分的底面完全相同,是一個扇形,但分開比較后可以發(fā)現(xiàn),三角形x沿軸AB旋轉(zhuǎn)所形成的體,以軸AB為高度最大處的厚度(如圖七),而三角形y沿軸AB旋轉(zhuǎn)所形成的體是以弧面CDEF為高度最大處的厚度(如圖八),兩者的體積進行比較顯而易見是后者比較大。由此推論,“二分之一說”就不能成立了。

  如果能證明五面體ACDEF的體積正好是四面體ABEF的兩倍,那倒可以成為圓錐體積“三分之一說”的另一種證明方法,可惜弧面的計算方法是我未曾涉獵的知識,這次被學(xué)生問住開始促使我重新審視自己的知識結(jié)構(gòu),我所擁有的知識還遠遠不夠!

  復(fù)雜問題,怎樣深入淺出

  學(xué)生期盼的解答終于揭開面紗,但這么復(fù)雜的解釋想讓6年級的學(xué)生接受似乎有點困難,得想個好方法。

  那天我走進教室的時候,手中多了1個圓形蛋糕。我先借用范托的道具演示了一番,讓學(xué)生清楚感受到形成的是1個圓柱體,然后拿出蛋糕,“我們來切一個面看看”,我從圓心出發(fā)切了1刀,讓學(xué)生想象切面是什么形狀,學(xué)生想到了,是長方形,只不過藏在里面。“30個這樣的長方形疊加呢?”我拿出了另外的30個大小相同的長方形追問。“是長方體。”學(xué)生毫不猶豫地回答,我按他們的意思疊加了一遍,果然是長方體。接著我不緊不慢地說,“如果旋轉(zhuǎn)了一度算一片,旋轉(zhuǎn)30度左右,該切在哪里啊?“很多學(xué)生自告奮勇來切,一塊蛋糕就切下來了。“觀察,你發(fā)現(xiàn)了什么?”在兩個物體的比較中學(xué)生很快明白了直線疊加和旋轉(zhuǎn)疊加的不同(如圖九):直線疊加兩端同時增厚,而旋轉(zhuǎn)疊加一端增厚,沿軸的一端厚度卻一直沒有發(fā)生變化。我乘勝追擊,“適合直線疊加的推論就不一定會適合旋轉(zhuǎn)疊加,因為有一部分被互相‘擠’掉了。”說的時候我還特地使勁捏了捏長方體的一端。有些學(xué)生開始醒悟了,小聲地說“那就不一定是二分之一了。”

  “這就滿足了!那我的蛋糕不是浪費了嗎?”我故意賣了個關(guān)子,學(xué)生頓時來了精神。“還有什么?”我拿起切下的那塊蛋糕,“這個面是長方形吧?沿對角線一分是兩個一模一樣的三角形吧?好,沿這條對角線把蛋糕切開,兩塊一樣大嗎?”學(xué)生中起了爭論,不一會兒就只剩下一種聲音,當(dāng)?shù)案獗晃矣蒙厦娴姆椒ㄇ虚_來后,學(xué)生終于明白:用面的方法來思考體,是不周到的。當(dāng)那兩個他們說不出形狀的體真實地擺在他們面前時,他們已經(jīng)明白了錯誤的原因,那個我也無法用他們現(xiàn)在所能理解的數(shù)學(xué)語言來解釋的原因。

  學(xué)生驚嘆的眼神讓我獲得了巨大的滿足,多日來的辛苦也似乎有了最大的補償。學(xué)然后知不足,教然后知困。知不足,然后能自省也;知困,然后能自強。從今后,瘋狂旋轉(zhuǎn)的或許不再只是孤獨的三角形!
 

來源:網(wǎng)絡(luò)

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