讓“設(shè)計”在課堂教學(xué)中綻放精彩

胡云山

余文森教授從專業(yè)角度提出：課堂教學(xué)的有效性是指通過課堂教學(xué)使學(xué)生獲得發(fā)展，最核心的一點是看學(xué)生是否愿意學(xué)、主動學(xué)以及怎么學(xué)、會不會學(xué)。葉瀾教授認(rèn)為有效的課堂應(yīng)該是這樣的：教師在教學(xué)過程中，千方百計地讓學(xué)生之間相互學(xué)習(xí)，充分交流知識經(jīng)驗和生活經(jīng)驗，達到資源共享；學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中會不斷生成新的思想和認(rèn)識，在交流中認(rèn)識不斷升華，實現(xiàn)智慧共生。毫無疑問，要實現(xiàn)這一切，就必須把課堂教學(xué)設(shè)計好?！霸O(shè)計”讓你的課堂教學(xué)的質(zhì)量更高、更精彩。

一、在知識形成處設(shè)計， 體驗知識形成歷程

【案例1】圓錐曲線的導(dǎo)入

（一）展示圖片，激發(fā)興趣

地球繞太陽的運行軌跡；彗星的運行軌跡；炮彈的飛行軌跡；噴泉的水柱……以這些圖片揭示橢圓、雙曲線、拋物線和圓錐曲線。

（二）再現(xiàn)歷史，重溫歷程

1.希臘著名學(xué)者梅內(nèi)克繆斯（公元前4世紀(jì)）企圖解決當(dāng)時的著名難題“倍立方問題”，他把等腰直角三角形ABC的直角A的平分線AO作為軸。旋轉(zhuǎn)三角形ABC一周，得到曲面ABECE'，（如圖1）。用垂直于AC的平面去截此曲面，可得到曲線EDE'，梅內(nèi)克繆斯稱之為“直角圓錐曲線”。他想以此在理論上解決“倍立方問題”但未獲成功。而后，便拋開“倍立方問題”，用不同的平面去截此曲面，把圓錐曲線做為專有概念進行研究。當(dāng)時，希臘人對平面曲線還缺乏認(rèn)識，上述三種曲線須以“圓錐曲面為媒介得到，因此被稱為圓錐曲線的“雛形”。

2.展示圓錐木塊經(jīng)過不同切割后產(chǎn)生的曲線。

3.經(jīng)過了約二百年的時間，希臘的兩位著名數(shù)學(xué)家奧波羅尼奧斯（公元前三世紀(jì)后半葉）和歐幾里得（公元前300-前275）。奧波羅尼奧斯在他的著作《圓錐曲線論》中，不僅系統(tǒng)地闡述了圓錐曲面的定義、利用圓錐曲面生成圓錐曲線的方法與構(gòu)成，而且還對圓錐曲線的性質(zhì)進行了深入的研究。歐幾里得在他的巨著《幾何原本》里描述了圓錐曲線的共性，并給出了圓錐曲線的統(tǒng)一定義，即平面內(nèi)一點F和一定直線AB，從平面內(nèi)的動點M向AB引垂線，垂足為C，若|MF|：|MC|的值一定，則動點M的軌跡為圓錐曲線。只可惜對這一定理歐幾里得沒有給出證明。

4.又經(jīng)過了500年，到了3世紀(jì)，希臘數(shù)學(xué)家帕普斯在他的著作《匯篇》中，才完善了歐幾里得的關(guān)于圓錐曲線的統(tǒng)一定義，并對這一定理進行了證明。至此，圓錐曲線的定義和性質(zhì)才比較完整地建立起來了。17世紀(jì)荷蘭數(shù)學(xué)家舒騰（F.van.Schooten，1615～1660）利用橢圓的兩個焦半徑之和等于常數(shù)這一性質(zhì)，給出橢圓的畫法。直到1822年，比利時數(shù)學(xué)家旦德林（G.P.Dandelin，1794～1847）才利用雙球模型總結(jié)出橢圓的定義。

（三）嚴(yán)格推理，建構(gòu)數(shù)學(xué)

由雙球模型及球外一點所作球的切線長都相等可得MF1=MP，MF2=MQ，故MF1+MF2=MP+MQ=PQ （常數(shù)），也就是說，截線上任意一點到兩個定點F1F2距離之和等于常數(shù)（如圖2）。

一般的，平面內(nèi)到兩個定點F1F2的距離之和等于常數(shù)（大于F1F2）的點的軌跡叫做橢圓，兩個定點F1F2叫做橢圓的焦點，兩個焦點之間的距離叫做橢圓的焦距。

類似可以得到雙曲線，拋物線的定義。

【設(shè)計意圖】努力通過數(shù)學(xué)情境，體現(xiàn)數(shù)學(xué)的歷史與文化。本節(jié)課是圓錐曲線這一章的第一課，設(shè)計時結(jié)合教材加入了數(shù)學(xué)史材料，揭示數(shù)學(xué)知識形成的過程，同時揉入數(shù)學(xué)家的故事，讓原本枯燥、乏味的課堂煥發(fā)生機，學(xué)生不僅了解了數(shù)學(xué)發(fā)展史，增加了學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣，而且從故事中學(xué)到了數(shù)學(xué)家的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度、鍥而不舍的探索精神。通過設(shè)計，讓學(xué)生在主動參與獲取知識的過程中獲得挫折和成功的體驗，并在這一過程中培養(yǎng)耐挫力和探索的興趣，積累成功的經(jīng)驗。

二、在建構(gòu)新知處設(shè)計， 經(jīng)歷知識發(fā)展過程

【案例2】圓錐曲線第二定義的建構(gòu)

（一）回顧舊知，提出疑問

展示橢圓標(biāo)準(zhǔn)方程的過程：設(shè)點M（x，y）為橢圓上任意一點，焦點F1，F(xiàn)2的坐標(biāo)分別是（-c，0）和（c，0）。由橢圓的定義可得： ，……（1）；將這個方程移項，兩邊平方得： ，……（2）；兩邊再平方，整理得 ……（3）

【問題1】我們?yōu)槭裁窗眩?）式作為橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程？

分析： （3）式簡潔，具有對稱美，容易求解，便于研究橢圓的幾何性質(zhì)，如范圍，對稱性，頂點等。

【問題2】大家說了（3）式的諸多優(yōu)點，它作為標(biāo)準(zhǔn)方程有什么缺點？

分析：無法揭示橢圓上的動點到兩焦點的距離之和等于定長的幾何本質(zhì)。

（二）問題驅(qū)動，建構(gòu)新知

【問題3】（1）式恰好有此優(yōu)點，但無法揭示橢圓的其他幾何性質(zhì)，是否存在一個方程能使兩方面完美結(jié)合？

分析：將（2）式變形： ……（4），即|MF2| =a-ex……（5）。

將（4）式變形得： 即 ……（6）。其幾何意義是橢圓上的動點M（x，y）到右焦點的距離與它到定直線 的距離之比等于常數(shù)e。

（三）感知數(shù)學(xué)，引申發(fā)散

【問題4】（6）式正好揭示了橢圓的第二定義。（1）式還有其他變形嗎？又能有什么收獲？

分析：在（1）式兩邊乘以 ，整理可得：

，其幾何意義為：橢圓上一動點到兩焦點的距離之差與該點到垂直于焦點連線的對稱軸的距離之比為定值；若對（1）式兩邊平方，整理得： ，其幾何意義為橢圓上動點到兩焦點的距離之積與它到原點的距離的平方之和為定值……

【設(shè)計意圖】學(xué)生不是空著腦袋進教室的，每一位學(xué)生都有許多數(shù)學(xué)知識和生活經(jīng)驗，這構(gòu)成學(xué)生進行數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的特定世界，影響并制約著他們的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)。根據(jù)維果斯基的“最近發(fā)展區(qū)理論”，教學(xué)應(yīng)著眼于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，建立在學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平和已有的知識經(jīng)驗基礎(chǔ)之上。通過各個層次的問題的驅(qū)動，鼓勵所有學(xué)生認(rèn)真思考，使不同層次的學(xué)生都有回答問題的愿望，調(diào)動學(xué)生的積極性，發(fā)揮其潛能，超越其最近發(fā)展區(qū)而達到下一發(fā)展階段的水平。只有認(rèn)識到學(xué)生已有經(jīng)驗在學(xué)習(xí)活動中的重要性，才能實現(xiàn)真正意義上的有效探究。

三、在應(yīng)用知識處設(shè)計， 展望知識應(yīng)用價值

【案例3】橢圓性質(zhì)的運用

【例題】我國發(fā)射的一顆通訊地球衛(wèi)星的運行軌道，是以地心C為一個焦點的橢圓，近地點A距地面為439km，遠(yuǎn)地點B距地面為2384km，且A、C、B在同一直線上。地球半徑為6371km，求衛(wèi)星的運行軌道方程（精確到1km）。

解：以AB為x軸，AB的中點為原點建立（如圖3）所示的直角坐標(biāo)系。設(shè)橢圓的長半軸長為a，短半軸長為b，半焦距為c，則a-c=CA=6371+439=6810，a+c=BC=6371+2384=8755，解得：a=7782.5，c=972.5， ≈7721.5。所以橢圓軌道近似為 =1。

【設(shè)計意圖】數(shù)學(xué)應(yīng)用問題的解決在數(shù)學(xué)化的過程中也要時刻不忘審題，善于挖掘隱含條件，有意識地訓(xùn)練數(shù)學(xué)思維品質(zhì)。圓錐曲線除了以上兩個實際應(yīng)用外，在太陽系中天體運動軌道幾乎都是圓錐曲線，古代人們?yōu)榱苏疾芳邦A(yù)報日食、月食等需要，對圓錐曲線作了大量研究，不但使圓錐曲線成為最早認(rèn)識的非圓曲線，也促進了數(shù)學(xué)本身的發(fā)展。人造地球衛(wèi)星的軌道也是橢圓，人們在設(shè)定了一定的軌道參數(shù)之后，就能控制和預(yù)報衛(wèi)星的運行軌道。本題的解答是建立在橢圓的概念和幾何意義之上的，以數(shù)學(xué)概念為根基，充分體現(xiàn)了數(shù)形結(jié)合的思想。

教學(xué)設(shè)計作為教師對新課程實施的設(shè)想、計劃、方案，是教師將教育理念付諸實踐的起點，是教育理念與教學(xué)實踐的界面。為此，教師在進行教學(xué)設(shè)計時，一定要樹立正確的指導(dǎo)思想，樹立“為了每位學(xué)生的充分發(fā)展”的價值取向和以課改新理念為出發(fā)點的觀念，教學(xué)設(shè)計要有時代性、挑戰(zhàn)性，要新穎獨特、具有個性，要融入教師自己的科學(xué)精神和智慧。更要不斷進行教學(xué)反思，努力做一名反思型教師，及時發(fā)現(xiàn)新問題，把教學(xué)實踐提升到新的高度，實現(xiàn)自我超越，提高自己駕馭課堂教學(xué)的能力。