“点到直线距离”的教学设计与思考

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  摘要:《普通高中数学课程标准(2017年版)》,将数学学科核心素养的内涵界定为:数学抽象、逻辑推理、数学建模、直观想象、数学运算和数据分析。经历“点到直线距离公式”的推导,体会由特殊到一般的研究方法,提升数学抽象、逻辑推理素质;在公式推导中含有大量的字母运算,培养学生数学运算素养;将公式总结归纳到推广,提升学生数学建模素养.
  关键词:点到直线距离;核心素养;数学思想
  一、引言
  《点到直线的距离》是高中数学沪教版第十一章《坐标平面上的直线》的第四节内容,主要内容是点到直线的距离公式的推导及应用。本章节的内容又为之后直线与圆的关系、直线与圆锥曲线的进一步探究奠定了基础,具有承前启后的重要作用。让学生积累基本活动经验的同时,建构新知识,体验“由特殊到一般”的思想、“设而不求”的运算策略、强化“向量”在高中数学中作为工具的意识,在学习过程中,让学生用数学的眼光观察世界、用数学的思维分析世界、用数学的语言表达世界,以培养学生的数学核心素养。
  二、主要教学过程
  1.由定性到定量的研究,引出“距离”定义:
  师:对于两条直线,我们已经从定性的角度研究了他们的位置关系,以及从定量的角度研究了两直线相交的问题。那么对于两直线平行,我们如何从定量的角度去研究呢?
  生:距离.
  师:对于距离我们已经学过点到点之间的距离,那么对于距离,我们是如何定义的呢?
  生1:两点连线的最小值.
  生2:线段的长度.
  师:两位同学说的都正确。那么如何去解决平行线之间的距离呢?对于平行线间的距离,我们已经知道平行线间距离是处处相等的,所以问题的关键在解决,点到直线的距离。那么类比两点之间的距离,如何定义点到直线的“距离”呢?
  生1:过这个点作垂线段,垂线段的长度就是这个距离.
  生2:这个点与直线上的点连线的最小值.
  师:很正确。一种是从几何的角度,通过垂线段的长度去定义,另一种则是代数的角度,通过两点间这个“距离”去定义我们的“距离”,距离的最小值.
  师:我们教材上常用第一种思路给“距离”下定义.
  【设计意图】:由两条直线位置关系的定性研究到定量研究,同时对学生已有的“距离”概念群进行梳理,激发学生兴趣,让学生在思维在相关知识点上进行有逻辑的发展,提升逻辑推理核心素养,同时将本節课的主题展现出来.
  2.由特殊到一般的研究,解决“距离”问题:
  师:我们先来看点(-1,2)到直线x=1的距离.
  生:通过作图,1-(-1)=2
  师:对于比较特殊的直线,垂直于坐标轴的,我们如何求距离呢?对于点到直线的距离,我们又该怎么求呢?同学们先不动笔,看看可以有哪些思路,不要求算出具体结果,但要用简洁的语言表达主要过程.
  第一问学生回答略.
  生1:过P作,垂足为Q,求出直线PQ的方程,再求出Q点的坐标,.
  生2:过P作,垂足为Q,再构造直角三角形,利用三角形的面积法求出.
  生3:我是用函数思想,设直线上任意一点,求的最小值即点到直线距离.
  生4:过点P平行于的直线与x轴的交点G,利用直线的倾斜角,构造直角三角形求解.
  生5:我是利用向量的数量积:直线的法向量与向量平行的充要条件是.
  生6:利用两条直线的夹角公式。可取直线与x轴的交点,先求,得,.
  生7:我也是利用向量,取直线上任意一点,利用向量的投影,.
  师:很好,大家都有了自己的方法,大家现在用自己的方法去解决这道问题吧.
  (学生演示和回答略过.)
  师:一般地,已知直线的方程是(不同时为0),直线外一点,请探求点P到直线的距离。请大家仍然不要动笔,对比我们以上七种方法理论上都能求出这个公式,那么请选择你认为最便捷的其中一种,在四人小组中进行讨论,统一一种方法进行求解,完成后进行小组投影展示.
  限于篇幅,学生回答和展示过程略.
  【设计意图】用启发探究的方式,通过具体的点到直线的距离,探究解决点到直线的距离的多种方法,使学生高数学知识综合应用的能力。在不动笔的前提下先思考,给出思路,培养学生抽象素养。多种思维多解法培养数学应用及数学思维,多种解法提高数学学习的兴趣.
  3.距离推广应用,完善“距离”体系:
  师:对于我们一开始的问题,两条平行线,的距离.应该如何求得呢?
  生1:将其转化为点到直线距离在进行求解.
  两平行线间的距离公式略.
  【设计意图】将直线的距离问题完善,应用公式,培养学生建模意识,让学生形成思考的好习惯,当我发现一个问题并把它解决后,看看是否还能推广到其他应用。正如数学家波利亚所说,当你找到第一个蘑菇后,要环顾四周,因为他们总是成对出现的.当我们教会学生一个结论一个公式后,要让学生有意识的解决一类问题.
  三、对教育实践的思考
  对于本节内容,一般有两种处理方式:一是重点让学生理解、记忆公式,进而达到公式的应用,此法重在应用而简化推导过程,感觉不利于学生数学思维的培养,尤其是对于刚刚接触解析几何,而第二种就是通过强调对公式的推导探索,提高学生处理解析几何问题的能力,凸显逻辑推理、抽象思维、数学运算、数学点到直线的距离公式的推导,含有不少字母以及相对抽象,如果没有连贯性思维,很难进行下去。
  本节课的学习,利用公式推导过程加强学生的理解能力,通过问题链的形式,完善学生的元认知能力,充分体现了学生为主体的课堂,按照学生所思所想,进行引导,从而学生通过自身探究,得出点到直线距离公式,培养学生探究的精神,解决问题的能力。让学生主动地参与到课堂中,用自己的研究办法去解决数学问题,激发积极性、培养创造性。同时对于数学思维方法的渗透,数学问题研究的训练,可以让学生在今后的数学学习中受益良多。从而真正体现数学核心素养:让学生用数学的眼光观察世界、用数学的思维分析世界、用数学的语言表达世界。学习数学的价值,不仅仅在于数学知识、数学技能和方法本身具有的实用价值,更在于在潜移默化中,影响学生的思维方式,对世界的思考,对未来的认识。而在自己实践中学习数学才能真正得以体现其价值。
  参考文献
  [1]章建跃.核心素养导向的高中数学教材变革[J].中学数学教学参考,2019(7):6-11.
  [2]李金蛟.从逻辑推理的视角开展数学教学[J].中学数学教育,2020(3):40-42.
  作者简介:张扬帆(1993-09),男,汉族,上海,本科,奉城高级中学,研究方向:数学
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