淺談《幾何畫板》在數(shù)學中的應用

　　對于數(shù)學科學來說主要是抽象思維和理論思維，這是事實;但從人類數(shù)學思維系統(tǒng)的發(fā)展來說，形象思維是最早出現(xiàn)的，并在數(shù)學研究和教學中都起著重要的作用.不難想象，一個沒有得到形象思維培養(yǎng)的人會有很高的抽象思維、理論思維的能力.同樣，一個學生如果根本不具備數(shù)學想象力，要把數(shù)學學好那也是不可能的.正如前蘇聯(lián)著名數(shù)學家A.H.柯爾莫戈洛夫所指出的：“只要有可能，數(shù)學家總是盡力把他們正在研究的問題從幾何上視覺化.”因此，隨著計算機多媒體的出現(xiàn)和飛速發(fā)展，在網絡技術廣泛應用于各個領域的同時，也給學校教育帶來了一場深刻的變革——用計算機輔助教學，改善人們的認知環(huán)境——越來越受到重視.從國外引進的教育軟件《幾何畫板》以其學習入門容易和操作簡單的優(yōu)點及其強大的圖形和圖象功能、方便的動畫功能被國內許多數(shù)學教師看好，并已成為制作中學數(shù)學課件的主要創(chuàng)作平臺之一.那么，《幾何畫板》在高中數(shù)學教學中有哪些應用呢?作為一名高中數(shù)學教師筆者就此談幾點體會：

　　一、《幾何畫板》在高中代數(shù)教學中的應用

　　“函數(shù)”是中學數(shù)學中最基本、最重要的概念，它的概念和思維方法滲透在高中數(shù)學的各個部分;同時，函數(shù)是以運動變化的觀點對現(xiàn)實世界數(shù)量關系的一種刻劃，這又決定了它是對學生進行素質教育的重要材料.就如華羅庚所說：“數(shù)缺形少直觀，形缺數(shù)難入微.”函數(shù)的兩種表達方式——解析式和圖象——之間常常需要對照(如研究函數(shù)的單調性、討論方程或不等式的解的情況、比較指數(shù)函數(shù)和對數(shù)函數(shù)圖象之間的關系等).為了解決數(shù)形結合的問題，在有關函數(shù)的傳統(tǒng)教學中多以教師手工繪圖，但手工繪圖有不精確、速度慢的弊端;應用幾何畫板快速直觀的顯示及變化功能則可以克服上述弊端，大大提高課堂效率，進而起到事倍功半的效果.

　　具體說來，可以用《幾何畫板》根據函數(shù)的解析式快速作出函數(shù)的圖象，并可以在同一個坐標系中作出多個函數(shù)的圖象，如在同一個直角坐標系中作出函數(shù)y=x2、y=x3和y=x1/2的圖象，比較各圖象的形狀和位置，歸納冪函數(shù)的性質;還可以作出含有若干參數(shù)的函數(shù)圖象，當參數(shù)變化時函數(shù)圖象也相應地變化，如在講函數(shù)y=Asin(ωx+φ)的圖象時，傳統(tǒng)教學只能將A、ω、φ代入有限個值，觀察各種情況時的函數(shù)圖象之間的關系;利用《幾何畫板》則可以以線段b、T的長度和A點到x軸的距離為參數(shù)作圖(如圖1)，當拖動兩條線段的某一端點(即改變兩條線段的長度)時分別改變三角函數(shù)的首相和周期，拖動點A則改變其振幅 ，這樣在教學時既快速靈活，又不失一般性.

　　(a、b∈R+)等;再比如，講解數(shù)列的極限的概念時，作出數(shù)列an=10-n的圖形(即作出一個由離散點組成的函數(shù)圖象)，觀察曲線的變化趨勢，并利用《幾何畫板》的制表功能以“項數(shù)、這一項的值、這一項與0的絕對值”列表，幫助學生直觀地理解這一較難的概念.

　　二、《幾何畫板》在立體幾何教學中的應用

　　立體幾何是在學生已有的平面圖形知識的基礎上討論空間圖形的性質;它所用的研究方法是以公理為基礎，直接依據圖形的點、線、面的關系來研究圖形的性質.從平面圖形到空間圖形，從平面觀念過渡到立體觀念，無疑是認識上的一次飛躍.初學立體幾何時，大多數(shù)學生不具備豐富的空間想象的能力及較強的平面與空間圖形的轉化能力，主要原因在于人們是依靠對二維平面圖形的直觀來感知和想象三維空間圖形的，而二維平面圖形不可能成為三維空間圖形的真實寫照，平面上繪出的立體圖形受其視角的影響，難于綜觀全局，其空間形式具有很大的抽象性.如兩條互相垂直的直線不一定畫成交角為直角的兩條直線;正方體的各面不能都畫成正方形等.這樣一來，學生不得不根據歪曲真象的圖形去想象真實情況，這便給學生認識立體幾何圖形增加了困難.而應用《幾何畫板》將圖形動起來，就可以使圖形中各元素之間的位置關系和度量關系惟妙惟肖，使學生從各個不同的角度去觀察圖形.這樣，不僅可以幫助學生理解和接受立體幾何知識，還可以讓學生的想象力和創(chuàng)造力得到充分發(fā)揮.

　　三、《幾何畫板》在平面解析幾何教學中的應用

　　平面解析幾何是用代數(shù)方法來研究幾何問題的一門數(shù)學學科，它研究的主要問題，即它的基本思想和基本方法是：根據已知條件，選擇適當?shù)淖鴺讼?，借助形和?shù)的對應關系，求出表示平面曲線的方程，把形的問題轉化為數(shù)來研究;再通過方程，研究平面曲線的性質，把數(shù)的研究轉化為形來討論.而曲線中各幾何量受各種因素的影響而變化，導致點、線按不同的方式作運動，曲線和方程的對應關系比較抽象，學生不易理解，顯而易見，展示幾何圖形變形與運動的整體過程在解析幾何教學中是非常重要的.這樣，《幾何畫板》又以其極強的運算功能和圖形圖象功能在解析幾何的教與學中大顯身手.如它能作出各種形式的方程(普通方程、參數(shù)方程、極坐標方程)的曲線;能對動態(tài)的對象進行“追蹤”，并顯示該對象的“軌跡”;能通過拖動某一對象(如點、線)觀察整個圖形的變化來研究兩個或兩個以上曲線的位置關系.

　　綜上所述，使用《幾何畫板》進行數(shù)學教學，通過具體的感性的信息呈現(xiàn)，能給學生留下更為深刻的印象，使學生不是把數(shù)學作為單純的知識去理解它，而是能夠更有實感的去把握它.這樣，既能激發(fā)學生的情感、培養(yǎng)學生的興趣，又能大大提高課堂效率.