【毅言堂】一弧复一圆——修复铜镱背后的知识
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北师大版小学数学新教材六年级上册第二单元《圆》相对旧教材,新增了一个课时《修复铜镜》,教材内容如下:
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这节课完全可以作为一节数学活动课,在前面学生已经学习了圆的基本概念和圆的对称性,在此基础上设计了修复铜镜的活动,其本质是根据圆的一部分来复原整个圆。
由圆的概念可知,若要复原整个圆,需要两条信息——圆心和半径,因此在这节课中,如何引导学生通过实践活动发现寻找残片圆心和半径的方法,是教学的重点。
一、从对折说起
在圆的认识二中,学生通过对折圆形纸片的方式,发现了圆的对称轴是经过圆心的直线,且有无数条对称轴,在课堂上,若仔细观察学生对折圆形纸片的操作,会发现存在以下误差:
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当学生沿一条未经过圆心的直线对折时,会发现两边不能重合,于是迅速调整,直到两边完全重合,这一瞬间极难被教师关注到,我们一般看到的现象是学生操作了几次,都完美地将一个圆形纸片折成了一个半圆。
不妨深入思考一下,在学生对折圆形纸片的过程中,他们是如何调整折痕位置的?
有的学生会说第一次对折时发现不能重合,再将多出的部分“缩回”一点,或将欠缺的部分“伸长”一点,直到圆的“边边”和另一半重合。
能这样描述的学生已经十分接近真相了,毕竟对折时让曲线重合,难度比起直线要高得多。不妨将视线拉回到我们十分熟知的长方形或正方形的对折上,在小学阶段,学生对于轴对称的认知,就是从对折开始的,如下图:
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左图是线段AB,也可认为它是一根绳子,对折一根绳子,学生会马上想到将两个端点A、B重合,这样得到点C是线段AB的中点,同时若我们过点C作AB的垂线,则这条垂线是线段AB的对称轴;
右图是长方形ABCD,学生在对折这张纸片的时候,也会马上想到将顶点A、D重合,这样得到AD中点E,同时当B、C重合时,也得到BC中点F,经过E、F的直线即这个长方形的一条对称轴;
在以上操作过程中,对折实质上是让一对对应点重合,这一对对应点的连线中点,一定是对称轴经过的点,由于小学并未学习过线段的垂直平分线,所以学生还会用到另一对对应点连线中点,由这两个中点可确定对称轴所在直线,即满足两点确定一条直线的基本事实。
但在数学上,对于长方形ABCD来讲,只要让点A和点D重合,折痕一定是EF;我们可借助初中数学知识来解释,此时的EF就是线段AD的垂直平分线,毕竟对折操作同时也将平角分成了两个直角,对于学生可以不用讲这些,但作为一种经验,可以积累。
由此,我们得到了寻找轴对称图形的一条对称轴的方法——通过对折,让一对对应点重合,折痕就是对称轴。
当然,限制条件也有,这个图形首先得是轴对称图形,如果本身不是,那么对折后两边也不会重合。
二、一弧复一圆
我们知道,弧是圆周的一部分,而我们更应该知道的是,弧包含了圆的所有信息——圆心和半径,以教材上的图为例:
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假设这是一张残圆纸片(可以对折),我们在弧上任意找到两个点A和B连接起来,得到线段AB,通过对折让点A和点B重合,折痕即线段AB的对称轴(垂直平分线),如下图:
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再在这段弧上任意找不同于A、B的两个点,重复以上操作,便可得到下图:
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这就是利用圆的两条对称轴确定了圆心位置,至于半径,就更容易确定了,由圆心到弧上任意一点的线段长度,就是半径长度。
那对于残片上弧的大小有没有要求呢?
答案是没有!
无论这段弧多么短,我们总可以在上面找到任意两点,连线,对折,找到一条对称轴,再如法炮制得到另一条对称轴,它们的交点即为圆心,有圆心有弧,半径自然也确定了。
因此,我们的结论呼之欲出了,弧包含圆的全部信息,一弧复一圆。
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