万州区第七届教师行动研究成果一等奖获奖作品公示
第11号
案例研究
自主探究、合作体验
——《测量物体的高度》教学案例
初中数学实践性作业是指教师根据初中学生的身心特点,结合课程内容、课程标准,以学生的亲身参与、实践操作、积极探究为主要形式,以体验生活、启迪思维、培养能力、促进学生全面发展为目的而设计的一种新型作业。它是课堂作业的补充,也是课外作业的重要内容。它具有趣味性、活动性、探究性、综合性、开放性[1]等特征。
《数学课程标准》指出:“数学学习内容应当是现实的、有意义的、富有挑战性的,要有利于学生主动地进行观察、实验、猜测、验证、推理与交流等数学活动。有效的数学学习活动不能单纯地依赖模仿与记忆,动手实践、自主探索与合作交流是学生学习数学的重要方式”。[2] 新课程十分重视对学生应用意识的培养,积极倡导学生在“做”中“学”,在“学”中“做”,教师应尽力向学生提供从事数学活动的机会。实践性作业正好为这种数学活动和学习方式提供了条件和可能,又恰恰是对传统作业的有益补充。学生通过实践可以看到真实的数学现象,既培育了学生的问题意识,又缩短了书本与生活的距离,将数学知识应用于实践,又在实践中补充和完善书本,提高学生应用数学知识解决实际问题的能力。基于以上原因,我对实践性作业的设计与实践进行了尝试和探索,目的在于以学生的发展为本,适应新课程改革的要求,改变传统作业在创新、应用、合作、实践等方面的欠缺,收到了很好的效果。下面以“测量树高”为例来说明如何去完成课本中的实践性作业。
【作业内容】
“树有多高?”——测量学校科技楼旁的水杉树的高度(树高精确到0.1m)。
【设计意图】
“测量物体的高度”是北师大版九年级(下)的内容,与实际生活联系紧密。学生对给出现成数据、根据三角函数和直角三角形的边角关系,进行相关的计算,大多可以信手拈来。但对于实践性作业,由于解题方法、策略、结论呈多样化,不确定,不唯一;又因学生的数学学习长期局限于课堂和书本,很少实际操作,缺乏解决实际问题的经验,学生面对此类问题颇感困难,部分学困生甚至无从下手,即使是能做的方法也很单一,缺乏创新。
【作业目标】
测量物体的高度对学生来讲并不陌生,在学过相似形以后,有多种测量方法,但如何利用三角形的边角关系来测量还是新知识,特别是一些较高物体高度的测量,是以前没有办法解决的。通过学生自主探究测量方案,走出课堂,亲身体验、实地测量的活动,让学生体验数学来源于生活,应用于生活,进一步培养学生动脑、动手能力。因此设计实践性作业,力求达成以下目标:
1.通过实际操作,利用锐角三角函数、相似三角形、勾股定理等知识,理解和掌握高大物体的测量方法和依据,提高实践能力,体会数学知识的广泛应用。
2.通过亲身体验,培养学生的问题意识,提高分析和解决问题的能力,让学生经历“问题情境—建立模型—求解—解释应用与拓展”的基本过程[3],激发学生大胆的想象,培养学生的创新精神。
3.通过小组活动,培养学生善于合作、乐于探究的意识,并敢于发表自己的观点,并进行合理解释,从中获得成功的体验和克服困难的经历。
【作业要求】
1.以四人小组为单位(四人小组是本班相对稳定的“学习共同体”,每小组都有“组规”,成员间相互信任并配合默契,从组织形式上保证课外实践的有效实施),确定作业负责人,共同制定本组作业实施计划。包括制定测量方案(可多种)、准备测量工具等。
2.小组成员既要团结协作,又要有一定的分工,如工具准备(测角器可从学校借,也可自制)、数据测量和记录等。根据具体情况适时修改或重新制定测量方案。
3. 在整个活动过程中务必注意安全。
4. 小组总结,得出结论。每人填写一份作业报告表,允许保留自己的观点。
5. 召开作业成果发布会(下周星期一的数学活动课),布置作业报告展览。看哪组的测量准确、方法科学、操作简易、创意独特等。
6. 活动的任何环节,都可以寻求老师(包括学科老师)、家长和他人的帮助与指导。
7.作业时间建议利用中午和下午放学的时间。具体时间各小组自行确定。
【作业实施】
学生们在整个活动过程中都兴致勃勃,热情参与,甚至少数学困生也积极地行动起来。同时教师根据各小组的具体实情适当地指导和点拨,并适时地对作业实施过程进行监控(具体过程略)。
【作业成果】
成果展示会上,同学们精神饱满,跃跃欲试。现摘录整理如下:
方法1:第10组的小A思维敏捷,他首先发言:我们选取有太阳的天气(特别
强调“有太阳”),如图所示(图形用投影仪展示。下同),树的顶端和底部分别为B、A,树影的另一端为点C,用长绳连接AC,然后用一根竖直向上的竹竿DE在AC上滑动,使它的另一端E与点C、B在同一直线上。用米尺测得DE、AC、CD的长,利用相似三角形的性质,求得树高AB约为12.6m。
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同学们表示赞同,另外也有3个组用了类似的方法。
第10组的小B补充到:由于竹竿在长绳AC上滑动,故DE的长度除了竹竿的长外,还应加上绳子直径约0.8cm,这样算出树高AB约为12.7m(掌声)。
方法2:第7组的数学科代表小王说:“我们也用‘有太阳’这一条件,但只用了一种工具:皮尺。如图所示,测出树影AB′、身高CD和影长CD′。利用‘在同一时刻,物长与影长的比是定值’这一物理知识,求出树高AB。 我们4人都用自己的身高测量过,算出AB分别为12.4m、12.9m、12.2m、12.3m,最后我们以它们的平均数12.5m作为黄桷树的高。”
第10组的同学惊呆了,原来可以如此简单!我们用测法1时,可费了不少劲儿。
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方法3:第3组的小C说:“开始我们准备用一根长于树高的竹竿BC,点B是树顶,点C紧贴地面,用长绳固定AC,测出BC、AC即可求出AB。可是找来两根竹竿都不够长。怎么办呢?放学后,我们边走边讨论,路过‘教工楼’工地时,看见工人正从卡车上卸钢条。‘这么长的钢条!用钢条代替竹竿。’小D脱口而出。最后,我们以5元的报酬暂借一根钢条(只借5分钟),并请两名工人帮忙。最后利用勾股定理算出AB为13.4m。(太棒了!同学们惊呼。)
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“他还没说完呢!”还没说完?同学们诧异了。我用期待的眼光看着小E。“测量过程中,我们发现钢条长又细,一端靠近树顶时,钢条呈弧形,因此钢条长度大于线段BC的长度,这样误差会很大。怎么办?经过几次试验,最终我们把钢条平放于地面,弄成弧形(与斜靠树顶时的弧度大致相同),测出弧的弦长即为线段BC的长,求出AB为12.9m,这应该与实际树高更接近。”(掌声经久不息,同学们兴奋异常。)
“不过…”还有什么?所有的目光都投向了3组的最后一位同学小F。“说呀!”“快说呀!”同学们也急不可待。“由于我们超过了5分钟,工人师傅又加收了3块钱,我们每人摊了2块钱。”“哈哈哈……”。教室里沸腾了。(事后获悉:他们组约定,每人必须争取发言机会。)
方法4:第5组的小G发言了,“如图所示,在地面上任找一点C放置高为CD的测角仪,测得树顶B的仰角为α,而DE=AC,通过正切求出BE,进而求出AB。为了减少误差,我们把点C设在不同的位置,测量了4组不同的数据,每人计算1组数据,最后将4个答案的平均数12.3m作为树高。”
方法简单方便,大家无异议。另外有4个组也用了此法。
小H说:“我们也用测角仪,用老师的教具大量角器自制测角仪(边说边演示),可能误差要大一点,我们的答案是11.7m”(同学们点点头)。
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方法5 :第1组的“数学王子”小J发言了:“我们也用了测法4,测算了两次,算出树高为12.1m。我闲着没事,我…我…”小J故弄玄虚。同学们急了,“快说呀!”“别卖关子了!”“我就想,旁边那株白玉兰有多高呢?8米?顺便测一下吧!可是,周围都是有刺的植物,我们不能直接到达树底下,上图中CA的长就不能测量。怎么办呢?”
同学们也陷入了思索。
“后来我联想到以前做过的习题,经过思考发现,在测法4的基础上,在AC上找一点F,FG是测角仪的高度,测得树顶的仰角为β。这样就有
ED= … ①, EG= … ②, 由①-②得,GD=BE·( )… ③,又GD=FC,而FC可测,则由③可求BE,再加上测角仪的高(AE)即可。后来,我们又亲自实践,用此法测得白玉兰的高为7.5m,黄桷树的高为11.9m”(同学们显然被他折服了,掌声久久不停)。
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他接着说,“因此,对于我们无法到达的物体(如图中的树底A),都可以用这种方法测量,如我们的教学楼,河对岸的树等。我把这种方法称为‘万能测法’”(好家伙!真不愧为我们的“数学王子”)。
……
“真没想到,同学们的方法这么多、这么妙!测量和计算都很仔细,误差也不大,知道我们学校的黄桷树真正高度吗?是12.5米。”“呀!……”同学们对自己的测量结果惊喜不已(掌声)。
“通过这次课外活动,你最大的收获是什么?”
“我觉得小组成员的团结、协作非常重要。”
“测量时,为减小误差,应多测量几次;解决问题的方法有多种,应该根据条件选择适当可行的方法。”
“我们平时应该注意观察,勤于思考,比如3小组的同学就用学校工地现成的钢条解决了长竹竿的困难。”
“通过制定计划,准备工具,实际操作,计算检验等数学活动,我体会到了一种前所未有的快乐和幸福,也不再象以前那样怕这类数学实践题了。”(这是一位总成绩中等但数学成绩较差的同学)。
“做任何事情,都应仔细、认真,学会坚持,只有善始善终,才能达成目标。”
“通过实践,以前相似三角形、三角函数中模糊的知识变得清晰了,有一种豁然开朗的感觉,为此我高兴了好几天呢!”
“对于实际问题,应该先抽象成数学问题,通过数学问题的求解解决实际问题;对于数学问题,要善于联想,将数学问题还原到生活实际,如小J就通过平时的练习题找到独特的测量方法,也解决了无法到达的高大物体的测量问题,真正地体现了数学与生活紧密联系。”
“我觉得最大的收获是缓解了我们复习的压力,放松了我们紧张的心情,也释放了我们的不良情绪,我很期待下一次实践性作业的到来!”
……
余音:几天后,一向爱动脑筋的小S找到我,说还有一种更简单的测量方法。我很惊讶!他用笔在纸上边画边说:“在地面上点C处放一面镜子,人退到恰好能从镜中看到树顶的地方,分别测出镜子与树根、镜子与人的距离(即AC和CE的长)、身高DE,利用相似比可求出树高……”
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【作业体会】
总结学生的这次实践活动,认为有以下几点体会:
1、激发了学生的学习激情,提高学生动手,动脑能力
整个活动过程,每个小组的成员都能积极地投入到活动中去,学生自始至终处于主体地位,积极想办法寻找解决问题的方案,克服困难,表现出极大的参与热情,尤其是平时数学成绩很一般的学生都充当了主角地位,他们出谋划策,测量、收集数据一马当先,对自己设计的方案感到非常自豪,大大提高了学生的动手,动脑能力,激发了学习数学激情。
2、为全体学生提供了自主探究,合作交流展示的舞台
每位学生最终都要走向社会,提高学生适应社会能力,培养学生合作、竞争意识适应未来社会生存发展的需要。在数学活动中我们可以充分发挥它的特点,有意识地培养学生的合作意识、团队精神和合作能力,小组内不同成员或集体内的不同小组协调配合、交流、讨论、帮助、竞争。让他们体会到:一个事件的成功离不开团队合作,学生在合作交流中,不断引出思维的碰撞,激发出创新的火花。这一活动培养了学生合作,竞争意识,以便将来更好地生活、工作,在小组合作中获得成功的喜悦,从中知道与人合作可以获得更多更准确的经验,这也是活动课成功实施的基本条件和保证。
可以说,没有小组之间的合作交流,就没有这次实践活动的收获,学生通过数学活动去探索、去寻觅、去发现规律,体验思维过程中的问题,在分组合作活动以及全班交流的过程中,不断引出思维的碰撞,激发出创新的火花,进一步积累了数学活动的经验,增强了学生学习数学的信心,体现学生个性化的学习特征。
3、暴露了问题,寻找问题的根源,找到解决问题的途径
通过亲身实践,让学生体会到实际操作比课堂上做数学题要复杂得多,从这次的实验结果来看,我们有两个小组的合作失败了,成功固然是好,不成功也未必就是坏事,这就给我们以失败的教训,查找原因,认真总结,同时给学生进行教育,在学习过程中一定要养成认真严谨的学习态度。
4、让学生学会探究、合作、交流,寻找解决问题的关键
在活动的过程中,学生体会到要找到解决问题的途径,就必须科学地设计行动方案,在方法上要舍弃一些次要的因素,抓住问题的本质,将复杂问题简单化。因为有关数据都不是现成的,要针对目标,分析哪些量是已知的,哪些量是未知的,将实际问题转化为数学图形,怎样获取相关数据等等。以上这些,对培养学生的综合素质,无疑具有重要的现实意义。
5、拉近了数学教学与现实生活的距离,体现数学的应用价值
通过这次活动,让学生体会到数学是一门实用极强的学科,它源于生活,用于生活。为了让学生把所学的知识运用于生活实践,让同学们观察生活、了解数学在生活实践中的广泛应用,体现数学的应用价值,学会用数学思想去观察和认识客观世界,感悟数学的真谛,利用数学知识,我们可以轻易解决生活中的许多复杂问题。让我们打开思维的空间,共同去发现、去探索、去找寻自己的“数学”,生活将因数学的陪伴而精彩!
【作业反思】
在作业中,孩子们全面参与的热情,方案失败后的沮丧,找到新方法的激动,遇到困难时的郁闷,获得帮助时的喜悦,观点碰撞时的争执,展示成果时的自信,让作为老师的我,感到欣喜,也倍受感动。正如学生日记所说:“数学让我们亲近,我们让数学美丽!”然而,欣慰之余,却又有更深的思索。
数学源于实践,高于实践,又服务于实践,这是数学教师都明白的道理。但由于现实条件和升学压力,我们常常忽略甚至取消了这种实践,几乎剥夺了学生亲身参与、动手实践的权利。作为新课程的践行者,我们不必去深究其深层原因,只是希望在无法改变大环境的情况下,从学生终生发展的高度做出更理性的思考:用自己的教育智慧和教育良知,努力改变传统的作业观,创造性地开发实践性作业,给学生创设动手实践的机会,让他们有更多的时间和空间去观察、思考和解决问题,培育学生的创新意识和能力。以期达到新课程作业的最高境界:让作业成为学生的一种生活方式,让作业的过程洋溢着生命的气息和浓郁的人文情怀。
让更多现实的、有趣的、探究性的实践性作业成为数学作业的重要形式。让学生动动手吧!捆绑了他们的双手,就等于束缚了他们的智慧。
附表 “树有多高”作业报告表
填表人 |
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组别 |
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小组成员 |
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测量时间 |
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测量工具 |
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测量步骤:
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计算过程:
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我的收获:
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参考文献
[1]毛媚华.新理念下小学语文实践性作业设计的探索[J].现代中小学教育,2004,8.
[2]全日制义务教育《数学课程标准》[S]. 北京:北京师范大学出版社, 2001.
[3]全日制义务教育《数学课程标准》[S]. 北京:北京师范大学出版社, 2001.
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