《向量加法运算教案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《向量加法运算教案.doc（8页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、向量加法运算及其几何意义1 问题提出向量加法运算及其几何意义是人教版高中数学必修四第二章第二单元平面向量的线性运算的第一节课的内容。向量是一个知识的交汇点，在平面几何、立体几何等章节中都有着重要作用。它是沟通代数、几何、三角的一种工具，其工具作用主要体现在向量的运算方面。向量的加法运算是向量运算的基础，在学生已学物理知识后，以力的合成、位移的合成等物理模型为背景抽象出的一种数学运算。向量的加法不同于数的加法，运算中包含大小与方向两个方面，从这个角度来看，研究向量加法是学生学习过程中的一种突破，是学习向量的减法、数乘以及平面向量的坐标运算等内容的知识基础，为进一步理解其他的数学运算（如函数、映射
2、、变换、矩阵的运算等等）创造了条件，从而表现出向量加法的数学本质及其几何意义具有重要作用。因此，如何设计教学使得学生有效把握向量加法的数学本质及其几何意义显得至关重要。本文尝试对向量加法运算及其几何意义第一课时采用“概念形成”的方式设计教学，以具有启发性问题串引领，促进学生建构向量加法的数学本质及其几何意义。下文简述设计的基础及其设计内容，并作扼要评述。2 教学设计的基础2.1 学生的认知和经验基础学生已经学习了物理中的位移和力等知识时，已初步了解了矢量的合成，认识了矢量与标量的区别，在生活中对位移与路程也有了一定的体验，这为学生学习向量知识提供了实际背景。学生能够从物理的力和位移的合成中去感
3、受向量的加法的含义，具备建构向量加法的三角形法则和平行四边形法则的知识基础和经验基础。2.2 教学设计的理论基础问题驱动探究视野下的数学教学倡导通过教师 “由远及近”的启发， “由弱到强”的提问，达到学生以参与者的身份“从无到有”的探究。通过该探究过程，引导学生阅读数学材料，启发引导学生提出数学问题，引导学生经历数学概念的建构过程，促进对数学概念的理解，引导学生经历数学知识发生发展的关键性的步骤，总结数学思想方法，积累数学活动经验，培养学生的数学思维能力，培养学生的数学素养，培养学生问题解决能力，培养学生数学美学的审美视角，培养学生数学创造性思维，使学生获得数学思维范式、数学思想和数学原理，促
4、进学生数学智慧的生长与发展1。3 教学目标的设计向量是近代数学中重要的基本概念，是中学数学的核心内容，具有工具性的特点，而其工具作用主要通过向量的运算得以体现的。向量的加法运算是向量运算的基础，它是以物理学中矢量的合成为背景抽象出的一种全新的数学运算。 依据普通高中数学课程标准( 实验) 的要求， 结合学生的认知特点，确定这节课的价值取向是强调本质、再现过程、发展思维、提升能力。基于此，我们将本节课的教学目标确立为：1 / 8知识与技能：掌握向量的加法定义，会用向量加法的三角形法则和平行四边形法则作出两个向量的和向量；掌握向量的加法的运算律，并会用它们进行向量计算。过程与方法：体会数形结合、分
5、类讨论等数学思想方法，进一步培养学生归纳、类比、迁移能力，增强学生的数学应用意识和创新意识。情感、态度与价值观：经历运用数学来描述和刻画现实世界的过程；在动手探究、合作交流中培养学生勇于探索、敢于创新的个性品质。数学思想与数学活动经验：经历用数学符号、图形描述现实世界的过程，发展合情推理和演绎推理能力。领悟数学知识发生与发展过程中的数学思想方法(公理化思想、分类思想、形数结合的思想等)。同时，通过研究向量加法运算及其几何意义为之后学习向量其他的运算奠定研究的活动经验。4 教学过程的设计重温旧知，引出新知是我国数学教育的特色，既符合人的认识规律，也与现代认知主义理论、建构主义思想一致2。通过对旧
6、知的复习，为新知自然的从学生认知结构中流淌出来奠定基础。自然的，我们设计如下复习旧知的问题：启发性问题1：关于“向量”，你知道多少(时间等待)？你能把这些知识的关系组织起来吗(时间等待，“由弱到强”的提问)？【设计意图】通过“关于向量，你知道多少？”这个问题，学生自然的要回忆其所学过的向量知识，经过学生在其认知结构中主动搜索并提取这些知识，这些知识就被暂时存入到工作记忆中，以备主体的数学思维操作对其深加工。而问题“你能把这些知识组织起来吗？”是在前一个问题的基础上，启发学生对他们所回忆的知识进行关系组织，通过学生主体对这些知识进行关系组织，这些知识之间的关系在学生的数学认知结构中生成，这些知识
7、的意义同时在学生的数学认知结构中深化。在学生组织知识关系的过程中，这些生成的关系具有其非线性和自组织性，关系之间的弹性更强，利于迁移。启发性问题2：我们今天学习什么呢(时间等待，不用提问)？类比一下实数，实数有加减乘除法，向量有没有呢(时间等待，不用提问)？如果有，我们可以先研究哪个运算呢(时间等待，提问)？对，加法！因为加法最简单，数学研究都是从最简单的入手，由简单到复杂的过程。好，我们来研究向量的加法！【设计意图】在复习旧知并组织旧知之后，自然要探究新知，但是新知是什么？未知！因此，要引导学生提出本节课的研究课题，只有确定课题并明确所研究课题的因由后，学生才能明确探究的方向。此外，由于我国
8、学生提出问题能力相对较弱，那么引导学生提出课题显得尤加重要。在引导学生提出课题过程中，我们遵循引导“由远及近”的启发原则，引导学生逐渐提出本节课的课题向量的加法，同时渗透数学研究的一般方法由简单到复杂。启发性问题3：我们先来看一个具体的问题，如图1，我国男子台球队运动员丁俊晖在遇到如下困难，他要击黑球，却被黄球挡住了，如果你是丁俊晖，你该如何处理(时间等待，“由弱到强”的提问)？【设计意图】在引导学生提出课题“向量的加法”之后，自然要研究“向量的加法”，如何研究？要依然遵循数学研究的一般方法由简单到复杂，由具体到抽象，由直观到抽象的过程。现在依然如此。为了激发学生的探究兴趣，我们设计了我国男子
9、台球队运动员丁俊晖击球遇到困难的情境，同时以换位思考的问题“如果你是丁俊晖，你该如何处理？”引导学生以当事人的视角思考与探究问题。由于学生已经在物理中学习了位移知识，自然能够把物理中的这些知识迁移到当前问题情境中，经过学生探究、画图、讨论，最终问题自然获得解决。如图2。在学生解决该问题后，自然的，由该问题情境可以抽象出启发性问题4。图1 图2启发性问题4：位移求和时，两次位移的位置关系是什么(时间等待，不用提问)？如何作出它们的和位移(时间等待，“由弱到强”的提问)？【设计意图】引导学生从解决所给物理问题抽取研究方法，并把方法数学化。在此过程中，学生经历了一次运用物理知识解决现实问题的过程，并
10、把研究方法、研究思路和研究过程做出归纳概括，并进一步语言化与语义化，使得学生经历一次完整的研究问题、解决问题、总结问题的过程，体验研究思路开放与聚合的过程，积累探究数学的活动经验。学生很快得到问题的答案：两次位移首尾相连，其和位移是由起点指向终点。启发性问题5：位移是个物理量，如果抛开它的物理属性，正是我们研究的向量。类比位移求位移和的方法，能否找到求解向量a和b之和的方法(图3) (小组探究、代表汇报)？【设计意图】由于学生刚刚经历了位移求和的探究过程，这些研究思路和研究经验在学生的数学认知图式依然保持着“热度”，在此“热度”基础上探究a+b要相对轻松一些，但是并不是没有难点，这个难点就是启
11、发性问题6。启发性问题6：和物理中的位移求和问题有所不同的是，在数学中任意两个向量相加时，他们未必是首尾相连的啊，应该如何处理呢(时间等待，教师点拨)？【设计意图】启发学生认识到数学中的向量和物理中矢量的区别与联系。即数学中的向量比起物理中矢量最大特点在于数学中向量的自由性，即数学中的向量可以自由平移，而物理中的矢量不能自由平移，这需要教师对探究的学生中进行适时点拨与指导。经过学生的探究、讨论和小组合作学习，学生会得到与“在平面内任取一点O，平移a使其起点为点O，平移b使其起点与a向量的终点重合，再连接向量a的起点与向量b的终点”类似的结论。这时，教师可以画龙点睛式的给出向量加法的准确定义：如
12、图4，已知非零向量a,b，在平面内任取一点O，作=a，=b，则向量叫做向量a与b的和记作：a+b即a+b=+=.求两个向量和的运算，叫做向量的加法。这种求和向量的方法，称为向量加法的三角形法则。a+bba图4启发性问题7：现在请大家回顾一下，咱们做了哪些事情，是怎么样获得向量加法的三角形法则的(时间等待，小组合作、交流、探究、发言)？【设计意图】这个启发性问题在于引领学生对刚刚的研究过程进行反思与反省，对研究过程和研究方法进行概括，特别是对研究方法的概括显得非常重要，即由物理中求和位移的方法类别，再结合数学中向量的自由性而获得向量加法的三角形法则。这是对研究方法的概括，这个研究方法对后面的研究
13、有启发和示范作用，为学生可以类比这个研究方法对接下来的问题进行独立探究创造了条件。 况且，概括能力对数学学习尤其重要。概括本身是重要的思维动作 (心理动作)，概括能力也是重要的数学能力，培养学生的概括能力是数学教学的重要任务。及时的概括总结也有利于使学生应该获得的和方法落到实处。因此，不仅象这种重要的地方需要概括总结，而且教学和学习过程的各个大阶段、小阶段都要做必要的概括总结。启发性问题8：刚刚我们从求和位移的方法中得到向量加法的三角形法则，现在还有没有获得向量加法的其他法则？类比物理中的求矢量合成的其他方法(时间等待，小组合作、交流、探究、发言)。【设计意图】由于学生刚刚已经研究过向量加法的
14、三角形法则，具备相应的研究基础和研究经验，学生自然能想到力的合成方法，这是学生获得向量加法平行四边形方法的物理模型。经过学生的自主探究和小组合作学习，学生很快就能获得向量加法的平行四边形法则：如图5，以同一起点O为起点的两个已知向量a、b为邻边作 OACB，则以O为起点的对角线就是向量a与b的和。我们把这种作两个向量和的方法叫做向量加法的平行四边形法则。图5启发性问题9：大家已经获得了向量加法的三角形法则和平行四边形法则，它们之间有什么区别与联系啊(时间等待，“由弱到强”的提问)？【设计意图】现在学生已经获得了向量加法的三角形法则和平行四边形法则，但是学生未必能把握住这两种法则的区别于联系，弄
15、清这两种法则的区别于联系有助于这两种法则清楚的内化在学生的数学认知结构中，也便于从认知结构中提取、利用和迁移，基于此，需要引导学生进一步深入认识者两种法则的区别于联系。于是，就有了如上的启发性问题9。学生通过比较所学向量加法的三角形法则和平行四边形法则，不难发现：三角形法则-两向量首尾相连接；平行四边形法则-两向量共起点。例题：如图6所示，为正六边形的中心，化简下列各式：(1) ；(2) ；(3) .图6【设计意图】在数学课堂上，教师引导学生建构新概念、新命题意义的过程，并不是一次性完成的，而是持续不断地、逐渐地内化到其认知结构中。因此，学生在运用新概念、新命题的技能上的熟练程度也是逐步提高的
16、，同样需要在不同的问题中不断地使用这些新概念、新命题逐渐达到自动化。新知学习后，例题的作用是帮助学生吸收同化，简单运用，加深理解，把握要领。在此基础上，要安排学生板演例题的解答过程，学生的板演充分反馈出学生对此节课的理解掌握程度，同时促进学生固化该节课的知识点。启发性问题10：回顾一下我们今天获得向量加法的三角形法则和平行四边形法则，你有什么收获？【设计意图】引导学生对本节课的研究过程进行回顾与反思，把研究所获得的概念、命题等及其获得这些概念、命题的方法以联系的视角重新审视，建立这些概念、命题及其方法之间的联系，使得这些知识及其方法之间以空间网状结构而存在，并保持一定的弹性和开放性，以利于迁移、同化或顺应新知识及其新方法。通过学生的思考，引导学生建构类似如下研究过程的模型，如图7。图7思考题：今天我们研究的都是非零向量，如果零向量参与运算，结果如果？向量加法是否具有类似实数加法的交换律、结合律呢？下节课继续研究。