優雅完美的圓

優雅完美的圓

一.概念描述

現代數學:圓的定義一般有以下三種:

①平面上到定點O的距離等於定長r的全體點組成的一條曲線稱為以點O為圓心、以r為半徑的圓周,簡稱圓,記為⊙O或⊙O (r)。

②到定點的距離等於定長的動點的軌跡稱為圓。該定點稱為圓心,定長稱為圓的半徑。

③給定一條線段,使其繞它的一個固定的端點在平面內旋轉一週,其另一個端點所經過的封閉曲線稱為圓。線段的固定端點稱為圓心,線段長稱為圓的半徑。

小學數學:關於圓的概念,小學數學教材中一般沒有直接給出定義,而是舉出一些生活中常見的圓形的物體,如鐘面、硬幣,車輪等來說明圓。到了初中,教材中才出現圓的定義,如2009年人教版教材九年級上冊的第79頁指出:圓是到定點的距離等於定長的點的集合。但也有的教材,用描述性的語言來說明什麼是圓,如2003年浙教版教材六年級七冊的第54頁是這樣描述的:圓是由一條曲線圍成的封閉圖形,這條曲線上的每一個點到中心點的距離相等。

二.概念解讀

圓是數學中最基本的圖形,圓的定義可以歸結為兩種:一種是圓的描述性定義,即線段OA繞它的固定的一個端點O旋轉一週,另一個端點A所經過的封閉曲線叫作圓。實際上,這個圓是由無數條有公共端點的等長線段的另一端點所組成的圖形。這種定義法直觀形象,

但是“無數條有公共端點”中的“無數條”既不具體,也不確切、明白,因此,又用集合引進了圓的定義,即到定點的距離等於定長的點的集合叫作圓。這種定義把圓看成滿足某種條件的所有點的集合(全體),這就明確了:①圓上的每一個點到圓心的距離都等於半徑;②到圓心的距離等於半徑的每一個點都在圓上。即圓上的“點”,既不“多”,也不“少”,從理論上對圓給予了嚴格的定義。

人們很早就開始了對圓的研究。我國春秋戰國時期的數學家墨翟在2400多年以前,就對圓進行了科學的描述,墨翟在他所著的《墨子》一書中寫道:“圓,一中同長也。”說的是:"圓,有且只有一箇中心,圓上各點到圓心的距離都相等”

從數學的角度看,圓具有很多特性。古希臘的畢達哥拉斯學派認為,在平面圖形中,圓是最美的圖形。這是因為圓是由一條曲線首尾相接構成的。古希臘人認為曲線是最美的,這可能是由於曲線的變化比較平緩柔和,因而讓人感覺優雅而恬靜。此外,圓還有很多特性,如圓具有各點均勻性,從圓上任意一點到圓心的距離都相等,圓周上各處的彎曲程度相同;圓還具有廣泛的對稱性,圓既是軸對稱圖形,又是中心對稱圖形,任意一條直徑所在的直線都是它的對稱軸,繞圓心旋轉任意大小的角度都能與原圖形重合;在固定周長的所有圖形中,圓的面積最大……此外,圓中還蘊含著“化曲為直”、“以直代曲”、“極限”的數學思想方法。

圓在日常生活中隨處可見,如車輪,井蓋、鐘面,花池、紐扣以及水面上的圓形波紋等都是圓形的,真是數不勝數。此外,人們還經常將圓運用到圖案設計和建築造型中,如奧運會上的五環旗和草原上的蒙古包等。可以說,圓不僅使我們的生活交得方便舒適,還將我們周圍的世界變得五彩斑斕。

圓還是人們的精神寄託---圓具有均勻、對稱、圓順和不偏不倚、公正、公平、客觀的品質,因此,中國曆來崇尚圓的文化。此外,圓中蘊含了許多哲理和規範,沒有規矩、不成方圓,天圓地方等都是中國的傳統思想。

綜上所述,雖然圓是一個基本的幾何圖形,但其內涵卻是相當豐富的。

三.教學建議

(1)充分經歷圓的動態生成過程,探究圓的本質特徵

圓是學生認識的第一個曲邊圖形,具有豐富的教育內涵,因而在教學上會出現很多不同的方法和途徑。但不論怎樣演繹,有一點是達成共識的,那就是要緊緊抓住圓的本質特徵,讓學生充分經歷圓的動態生成過程,探究“圓之所以為圓的本質所在”。在這一點上,有幾位老師演繹得非常出色。如華應龍老師的“大成若缺認識圓”。他在一上課時就拋出一個問題:寶物距離你左腳3米,寶物可能在什麼地方?學生由開始只想到一個點,到最後發現寶物所在的點形成了一個圓。然後華老師通過追問“為什麼寶物所在的位置是個圓?”,引導學生圍繞墨子“圓,一中同長也。”探索圓與其他正多邊形的聯繫與區別,深刻感悟圓的特徵。緊接著,華老師讓學生用圓規畫圓。學生髮現畫圓的方法後,華老師又進一步追問“為什麼這樣做就能畫出一個圓”,使學生髮現只有這樣做才能符合圓的特點。最後大家用圓的特徵解釋生活中的現象,解決生活中的問題。整節課自始至終緊緊抓住概念本質,帶領學生不斷進行深入探究,並在此過程中自然地進行知識點的講解和數學思想方法的滲透,顯的水到渠成。

(2)數學文化的滲透應突出數學本質

由於圓在中國文化中有著特殊的地位,因此很多老師在教學“圓的認識” 中都努力挖掘數學文化,其中不乏成功的案例。除了上面提到的華應龍老師的“大成若缺認識圓”,丁杭櫻老師也做得很出色。丁老師教學“圓的認識”時,在出示“圓出於方,方出於矩”後引導學生思考:從正方形如何變成一個圓呢?然後丁老師拿一張正方形紙環繞中心點對摺三次,剪割,打開得到正八邊形;合起來再對摺一次,剪割,打開得到正十六邊形......並且利用課件演示正方形切割成圓的過程,從有限過渡到無限,將古老的數學文化與樸素的數學極限思想完美地結合在一起。

(1)《小學數學課堂的有效教學》(劉加馥,北京師範大學出版社,2008)

該書收錄了一些“圓的認識”教學的經典案例,並做了精彩的點評。

(2)《從“走近圓的世界”到“圓的認識”---關於小學數學教學有效性的幾點思考》(俞敏惠,《中小學數學(小學版)》,2010年第7-8期)

該文結合“圓的認識”的一些相關教學片段,提出了自己對於數學教學有效性的思考,給予很多中肯的建議。


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