化归思想在初中数学中的实践应用——以“圆周角”的教学为例

期刊: 素质教育 2025年第5期 DOI: PDF下载

魏斌

广安市前锋区代市实验学校 638017

摘要

化归思想是数学中的一种重要思维方式,旨在将复杂问题转化为简单问题,或将未知问题转化为已知问题。在初中数学教学中,化归思想的应用有助于学生更好地理解和掌握数学知识,提高解决问题的能力。化归思想的核心在于通过转化和简化,将复杂问题分解为易于解决的子问题。在初中数学中,化归思想广泛应用于多个领域,比如,代数、几何、函数等。通过化归思想,学生能够更有效地解决复杂问题。此外,化归思想有助于培养学生的逻辑思维和系统化思维能力。通过系统化的理论研究,完善化归思想在初中数学教学中的应用框架。基于此,研究以化归思想为依据,针对化归思想在初中数学中的实践应用展开了研究,以“圆周角”教学为例,对化归思想在初中数学中的应用进行了设计,旨在有效通过实践活动,验证化归思想在初中数学教学中的有效性。


关键词

化归思想;初中数学;教学实践应用

正文


一、引言

化归思想是一种重要的数学思想和思维策略,其核心在于将复杂、陌生或抽象的问题转化为简单、熟悉或直观的问题来解决。在初中数学教学中,化归思想具有广泛的应用价值和实践意义[1]。以“圆周角”的教学为例,圆周角是平面几何中的一个重要概念,其性质定理和推论是解决与圆相关问题的关键。然而,圆周角的概念较为抽象,定理的证明过程也相对复杂,对于初中生来说具有一定的学习难度。因此,在教学中引入化归思想,将圆周角的问题转化为更直观、更简单的问题来解决,显得尤为重要。教师可以引导学生通过分类讨论、构造辅助线等方法,将复杂的问题逐步分解为简单的问题,从而找到证明的思路和方法。这样的教学过程不仅有助于学生掌握圆周角的相关知识,更能培养他们的逻辑思维能力和问题解决能力。

二、化归思想概述

(一)问题转化

化归思想通过一系列的逻辑推理和技巧性转化,变为简单、已知或易于处理的问题。这种转化过程并非简单的表面改变,而是深入问题本质,寻找问题的核心要素和关键联系,从而找到解决问题的突破口。在问题转化的过程中,化归思想要求教师能够识别并提取问题的核心特征,然后利用已有的知识体系和技能,设计并实施有效的转化策略[2]。这种策略涉及对问题的重新表述、对已知条件的重新组合,对求解目标的重新设定。通过不断的尝试和调整,最终可以将原问题转化为一个或多个已经解决或易于解决的问题,从而找到问题的答案或解决方案。

(二)过程简化

化归思想是一种致力于将复杂问题简化的思维方式,其核心在于通过一系列的逻辑推理和技巧性转化,将原本繁琐、复杂或难以直接处理的问题,逐步简化为更直观、更简单或已知可解的形式。在实施过程简化时,化归思想要求我们识别并去除问题中的冗余信息,提炼出核心要素,同时利用已有的知识框架和方法论,设计出有效的简化策略。包括将大问题分解为小问题、将抽象问题具体化、将复杂问题模型化等。通过不断的迭代和优化,最终能够将原问题简化到一个易于处理或已知可解的程度,从而高效、准确地找到问题的解决方案。

(三)思维方法

化归思想是一种重要的思维方法,强调在面对复杂或未知的问题时,通过巧妙地转换视角和思路,将问题归结为更简单、更熟悉或已解决的形式。这种思维方法的核心在于寻找问题的本质特征和内在联系,利用已知的知识和经验,通过逻辑推理和创造性转化,将原问题逐步化简或转化为一个或多个更易处理的新问题。化归思想不仅要求我们具备扎实的专业知识和敏锐的洞察力,还需要我们具备灵活的思维方式和创新的解决问题的能力。通过不断地运用和实践,我们可以逐渐掌握这种思维方法,提高解决问题的效率和准确性,从而在各个领域取得更好的成果[3]

(四)知识整合

化归思想在知识整合中扮演着至关重要的角色。倡导将复杂多样的知识体系通过逻辑分析和创造性转化,归结为更加统一、简洁的核心概念或原理。这一过程中,化归思想不仅帮助我们识别不同知识点之间的内在联系,还促使我们运用已有的知识框架去理解和吸纳新知,实现知识的有效整合与深化。通过化归,零散的知识点被编织成一张紧密相连的知识网,提高了我们对知识的综合运用能力和创新能力[4]。在快速变化的知识时代,掌握化归思想,灵活运用它进行知识整合,对于提升个人竞争力、促进学科交叉融合具有重要意义。

三、化归思想在初中数学中的应用原则

(一)简单化原则

化归思想简单化原则不仅强调通过已知的、基础的知识来解决未知的、复杂的问题,还要求学生在转化过程中保持思维的灵活性和创造性。简单化并非单纯地简化问题,而是通过寻找问题的内在联系,将其分解为若干个简单的子问题,或者通过类比、归纳等方法,将陌生问题转化为熟悉的问题。

例如,在解决几何问题时,可以通过添加辅助线或构造相似图形,将复杂的图形关系转化为简单的几何定理应用;在代数问题中,可以通过变量替换或因式分解,将复杂的方程转化为易于求解的形式。简单化原则的关键在于培养学生从复杂中提取简单、从混乱中寻找规律的能力,这不仅有助于提高解题效率,还能增强学生对数学本质的理解,使其在面对新问题时能够迅速找到突破口,从而实现知识的迁移与创新。

(二)熟悉化原则

熟悉化原则,强调将陌生或复杂的问题转化为学生熟悉的知识结构或解题模式,从而降低认知难度,提升解题效率。这一原则的核心在于通过类比、转化或重构,将新问题嵌入到已有的知识框架中,使学生能够借助已有的经验和方法快速找到解决问题的路径。例如,在解决几何问题时,通过将复杂的图形分解为基本图形,或将未知的几何关系转化为已知的代数关系,学生能够更直观地理解问题并找到解决方案[5]。熟悉化原则不仅帮助学生建立知识之间的联系,还培养了他们的迁移能力,使其在面对新问题时能够灵活运用已有知识,实现从“未知”到“已知”的转化。

四、化归思想在初中数学中的应用设计——以“圆周角”教学为例

(一)学情分析

“圆周角”教学的主要内容是与“圆”有关的概念、性质、弧长、扇形面积的计算以及圆锥侧面积的计算。通过本章节的内容学习,学生能够对圆有一个初步的认识,可以为后续研究圆,解决与圆有关的其他知识奠定基础。

在进入本章学习之前,学生已经掌握了直线图形有关的性质,学会利用变换等方式,探究图形的性质,积累了一定的研究几何的经验。因此,在本章节的学习中,要充分考虑学生过去所学的知识,掌握的活动经验,对学生的操作活动、推理能力,进一步提升。

(二)教学目标与重难点

1)教学目标

在新课标及转归思想的指导下,本章节的教学目标总结见下表1

目标

内容

目标一

理解圆、弧、弦、圆心角、圆周角的概念,了解圆、等弧的概念。

目标二

认识圆的轴对称性和中心对称性,探索垂径定理,探索并了解弧、弦、圆心角之间的关系,探索并了解圆周角与圆心角及所对弧的关系。

目标三

了解并证明圆周角定理及其推论,知道圆周角的度数等于它所对弧的圆心角度数的一半,直径所对的圆周角是90°,90°的圆周角所对的弦是直径,圆内接四边形的对角互补。

目标四

经历探究圆及其相关结论的过程,进一步发展学生数学思考和数学推理的能力。

1 “圆周角”教学目标总结

2)教学重难点

本章节的教学重点为“圆周角定理”的推论。难点在于运用化归思想合情合理的推理论证圆周角的定理。

(三)教学设计

1)从实际问题出发,将复杂问题简单化

师:“你喜欢看足球比赛吗?你有尝试过足球运动吗?你认为足球是一种什么运动?”

通过问题引导学生进行讨论,将数学问题生活化,让学生能够通过现实问题的思考延伸到数学问题上,提高对数学知识的理解和认识。通过本问题,教师可以通过足球场,引导学生进行学习,复习圆的基本性质,并衍生出圆周角的后续学习知识。

师:“足球比赛是一项团队协作比赛,需要团队之间配合默契。下面我们一起来看一个足球比赛简图(图1)。”

 

1 教学示例图1

师:“在图1中,甲队员在圆心处,乙队员在C处,而丙队员在D处,丙队员带球,把球传给了乙队员,而乙队员又将球传给了甲队员。你知道为什么吗?”

通过问题引导学生思考圆的基本性质,通过观察简图,就可以知道,在图1中,存在两个圆周角,分别是∠ACB和∠ADB。而在足球比赛中,为了更好的提高足球的命中率,最好将足球传给甲队员,在圆心踢球,命中率会更高。

设计意图:通过这样生活化的研究,让学生将抽象的数学问题局限分析,抽离出传统的学习模式,将复杂的问题简单化,更好的理解圆周角概念的本质。

2)从问题变化出发,将陌生问题熟悉化

通过上面的学习,学生已经基本掌握了圆周角的相关概念,但是上一个问题相对简单,教师可以将问题变化,让学生多接触陌生知识,学会将陌生知识熟悉化,让学生能够从熟悉的知识出发,解析陌生的问题,更好的掌握学习知识点。

师:“圆O见下图2,在圆O上给定了两个定点,分别是A点与B点,那么请找出,劣弧AB所对应的圆心角有几个?圆周角有几个?”

 

2 教学示例图2

学生可以通过图形的学习,认识到圆中的元素,进一步了解圆周角、圆心角以及圆弧之间的关系,同时通过初步的感受和分析,了解圆周角这个图形的本质结构。

在学生基本掌握以后,教师可以进一步提出高阶问题,引导学生分组讨论分析。

师:“怎么样对一条弧所对的无数个圆周角进行分类?”

在提出问题以后,教师可以引导学生自主讨论分析,在经过讨论和分析以后,学生可以找到规律,比如,学生可以“按与圆心的关系分类,将同一条弧所对应的无数个圆周角分为三类,分别是‘圆心在圆周角的内部。’‘圆心在圆周角的边上。’‘圆形在圆周角的外部。’”

通过这样的问题设计探究,帮助学生更好的明确研究的对象,确定研究的思路,更好的简化研究的过程,为后续性质的进一步学习作铺垫。

师:“研究图形的性质关键就是研究组成图形之间元素之间的关系,那么在图2中,可以看到哪些元素?”

通过问题的引导,可以让学生进一步了解图形之间的元素,图形元素之间的关系。学生通过观察以后可以发现,图形中涉及圆弧AB、圆心角∠AOB以及若干个圆周角。紧接着,教师可以进一步分析问题,引导学生提出问题,通过问题的提出,将陌生的问题转化为熟悉的问题。示例见下表2

教师问题

学生问题

在图2中,若干个圆周角与圆心角∠AOB所对应的弧是同一条,弧是唯一的,据此可以提出什么问题?

同弧所对应的圆周角之间有什么样的关系?

同弧所对应的圆周角与圆心角有什么关系?

图形中各元素之间具体有什么关系?

同弧所对应的圆周角是否是相等关系?圆上一条弧所对的圆周角是否是圆心角的一半?

2 问题的提出延伸

在教学过程中,通过问题的延伸,引导学生将不熟悉的问题变成熟悉的问题,还可以借助“量角器”等工具,来验证自己的猜想,研究图形之间各元素之间的关系。通过这种研究思考,学生可以认识到圆周角与弧有关系,而弧与圆心角的对应关系是唯一的,由此将角与弧的关系问题转化为角与角的关系问题。引导学生经历观察、猜想、操作、分析、验证、交流等基本教学活动,探索圆周角的性质,感知基本几何事实。

3)从信息技术出发,将平面问题立体化

数学本身是一门逻辑科学,抽象性强,因此,在学习的过程中,教师可以引导学生从信息技术出发,借助信息技术手段,将平面的问题立体化。比如,在“圆周角”的学习中,教师可以借助计算机软件GGB验证结论,以图1为例,GGB的度量功能,量出∠AOB、∠BCA,拖动圆周角∠BCA的顶点C按顺时针方向在圆周上运动时,发现∠BCA的度数不发生变化,再采用计算机功能,计算∠BCA和∠AOB的比值,发现∠BCA:∠AOB=12。通过计算机的验证,可以验证出结论:“圆上一条弧所对的圆周角等于它所对的圆心角的一半。”那么通过该问题,就可以总结到前面的探讨问题,为什么丙队员带球,把球传给了乙队员,而乙队员又将球传给了甲队员。因为在足球赛中,把球传给位于圆心位置的甲可以增大射门的角度。

五、总结

综上所述,在初中数学的学习中,化归思想是一种重要的解题思想,在初中数学中应用化归思想学生可以更高效的解决数学问题。教师要注重化归思想的应用,逐步引导学生掌握化归思想,更好的提升学生的数学学习思维能力。在不同的教学内容中,要应用不同的策略,有效应用化归思想,帮助学生掌握相关知识。

参考文献:

[1]段思华.化归思想在初中数学教学中的应用[J].课程教材教学研究(下半月), 2024(6):39-41.

[2]娄凌翔.化归思想在初中数学"图形与几何"解题中的应用[J].数理天地(初中版), 2024(1):53-54.

[3]谭莉.转化与化归思想在初中数学中的应用[J].课堂内外(初中教研), 2023(8):46-48.

[4]唐丽.渗透"化归"思想的初中数学课堂教学实践[J].  2024(2):50-51.

[5]李福新.化归思想在初中数学教学中的应用探索[J].  2023(9):66-68.

 

作者简介:魏斌 1977.02 男 四川广安 汉族 大学本科 中学数学一级教师 广安市前锋区代市实验学校 研究方向:初中数学


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