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妈妈,真不是我蠢!初中数学几何早这么学,我也一样考上重点高中

2024-09-23教育

文中会涉及初中的一些经典几何模型,本文旨在引导孩子思考如何解决几何问题,看透模型背后的东西。所以,家长看不懂模型没关系,但思路要看明白,可以极大幅度的节约孩子的刷题时间。

老实说,我以前读书的时候从没听说过啥模型,也比较反感现在一些教辅书上一堆乱七八糟的名字,什么鸡爪模型、瓜豆原理……。但想干掉它,必须先了解它。

从探照灯模型说起

孩子放学回家说数学老师给他们布置了一道思考题:

如图,直线AB外一点C,C到直线AB距离(CD)为定值h( 定高 ),∠ACB为 定角α ,问啥时候线段AB的长度最小?

我也不会呀!好在有网络,科技真是个好东西。一查,原来是定角定高模型,因为其形状像个探照灯,所以也叫 探照灯模型 。别说,这个动态图还真有点儿探照灯的意思。

既然是标准模型,解法当然也是现成的:

好心的老师们还做了拓展:如果一个三角形的一个角确定,由这个角的顶点向对边引的垂线即高也确定,则此时定角所对的 边、三角形面积或周长都有最小值

做完收工!孩子可以洗洗睡了。绝大多数机构的老师讲到这里也要下课了,最多再来几道类似的习题。但我的问题来了, 你是怎么想到要这么做辅助线的? 我个人认为能提出这个问题的孩子都值得大力表扬。

是呀,我怎么就死活想不到这么解呢?妈妈,真不是我笨,是我没有早看到这本书(这篇文章),一个哭泣孩子配上类似的文案,是卖模型的最爱。

实际上并不是孩子刷题太少,也不是他不认真,仅仅只是对定义理解不透,不知道如何思考而已。下面我做进一步的解析,在这之前,要回顾一下角度的定义。

如何理解角度的定义

我估计不少人还停留在小学阶段的定义:由一个点出发的两条射线组成的图形叫角。今天,我们试着刷新一下,这个内容略微超出了9年义务教育的范围。

高中的弧度制其实也不难理解,看下面的图示:

这个图说明: 角度的本质是线段长度之比

换句话说,角度的大小定了,线段的长度之比就定了。角度与线段之比存在一一对应关系。放在直解三角形中可能会更好理解一点,比如正切,是直角三角形对边与邻边之比。角度α定了,其正切值也就定了,即对边与邻边的比值定了。

看下图可以有一个更直观的体会,图中三角形ABC为等腰直角三角形,M为AB的中点。

实际上上图也是标准的12345模型的图示,这里不展开说了,大家只要刷新了角度的定义就可以了,即角度是线段长之比。现在我们可以回过头去,

再看探照灯模型

已知CD为定值h,∠ACB为定角α ,求线段AB的最小长度。

问题的关键在于∠ACB为定角怎么用?

有了前面对角的定义的铺垫,马上想到定角对应的就是对应边的比例是定值。再结合求AB边最小值,以及CD定长,基本可以确定思考方向了——要么构造圆,要么构造直角三角形。

所以取三角形的外心O,这样把定角∠ACB换成了圆心角∠AOE,剩下的事情就是常规计算了。 很多教辅上把这类辅助线归结为「隐圆」,怎么来的?定角引出来的。

一般比较优秀的孩子再找几道同类型的题的刷一下或者看一看,这个事就结了。

但如果这篇文章只到这里,我费那么大劲升级角度的定义就有些不值得了。角度定义的刷新实际上带来我们对很多问题的全新思考,我说的是很多!

再解胡不归模型

「胡不归」不是人名,是「为什么不回来」的意思。

说是一个戍边的小伙子得到父亲病重的消息,便连夜赶回家,可当他赶到父亲床前时,父亲已经去世。乡人告诉他,在弥留之际,老人不停念叨「胡不归?胡不归?」

这个问题引发了人们的思考,小伙子能否节省路上时间早一点儿到家?如果可以,他应该选择怎样的路线?这就是流传千百年的「胡不归问题"。个人感觉还是屈原好,流传下来的是好吃好玩的。

如上图,抽象一下:A是出发地,B是目的地,AC是驿道,AC上侧是砂地。为了急切的回家,小伙子选择了AB路线。但是他忽视了砂地上行走速度慢的问题,即使AB的路程更短,但比走A-C′-B路径所花的时间更长。

怎样选择才能使行进的时间最短呢?

设砂地的速度为V₁,驿道上的速度为V₂,且驿道上的速度是沙地上速度的2倍(V₂=2V₁),小伙子需要在AC上选取一点C′,再折往至B。

具体的计算我就不分析了,上图中有简略的步骤,网上随便一搜一大堆。

同样的问题,同是9年义务教育,你为什么就这么优秀,可以想出这么好的解法来?

仔细想想,实际上与上面的探照灯模型一样,只不过这里反过来了,就是已经知道了一个角度的比值为1/2,要你把他的角度构造出来。

当然是构造直角三角形呀,与1/2对应的自然是sin30°,所以胡不归模型 本质还是对角度的定义的理解 通过比例关系,实现角度与长度的相互转化。

再一次升华

这一段我就不展开仔细讲了,一来我不是老师,数学也不大好,讲多了容易出错。二来我都讲了,既不利于孩子能力的提升,也与外面讲授模型的老师无异。

简单说说,一个是相似,我们都知道三角形相似,对应边成比例。本质上是不是因为角相等,所以对应边成比例?这个比例值还相等,是不是又回到前面角的定义上面了?

还有瓜豆原理,阿氏圆什么的,多少题目中都会有定点、定角、定比例的一些关系在里面,与上面讲的内容有没有联系?

……欢迎大家留言探讨。

最后的小结

说老实话,我从心底是讨厌和抵触各种各样的几何模型的。

但是现在各种疯狂的模型输出,确实在短时间内把一部分孩子的分数迅速提升起来(注意是分数,不是能力),其他孩子不得不或主动或被动跟随。

学习成了刷题,学习成了各种模型的识别和套用,不只数学,语文英文都有一堆模板,这到底是教育还是驯化?

开学快一个月了,昨天翻孩子的数学书,居然还是全新的!老师不讲,自己也没有看。

不认真看教材最大的一个问题就是对知识点的理解不透彻,其次就是知识不成体系,是散的。这两点最终导致的结果就是孩子无法思考,或者根本不知道如何思考。

打个不太恰当的比喻,这就好比一个战士,你不知道自己有哪些武器及其作用(各种定义定理性质判定),或者你知道有,但你不知道它们放在哪里了(各知识点之间的关系),你有战斗力可言吗?

所以我常对孩子说,凡是想不明白或者模棱两可的题,一定是基础知识不熟,一定要去翻书看看相关知识点,仔细深入的思考,而不是去刷更多的题。

这里的熟不是指会背会写(不少孩子这一步都做不到),记下来只是最基本的要求,还要在这个基础之上想明白内在的关系。

上面我举的例子,就是想说明这个问题。

以上是我在教育孩子的过程中的一些思考、感想和感悟,一家之言,抛砖引玉。大家有什么好的建议和经验,欢迎留言讨论。

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