从勾股定理推导看思维能力

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  中华民族是有聪明智慧的民族,中国人总结出“勾三股四弦五”的结论早于古希腊人500多年。在感到自豪的同时,现代学校应积极开发新的思维智能,争取屹立在世界发展的前列。初中教材在讲授“勾股定理”这一章时,应该引导学生建立以下推导思考。
  第一步:引入实物,形象思维
  首先要把对勾股定理的理解和生活相结合,从设计邮票开始,力图通过与学生贴近的生活中的数学知识来引起学生注意,激发学习兴趣。例题如下:
  “1955年希腊发行的一枚纪念邮票(如图),邮票上的图案是根据一个著名的数学定理设计的。请你仔细观察这枚邮票上的图案和图案中小方格的个数,你有哪些发现?”
  这一步总共可提出3个问题:“(1)观察邮票上的图案。(2)数一数小方格的个数。(3)你有什么想法?”对于第(1)题,由于初中生已有很好的观察能力的积累,学生们会很容易发现图片由若干个小方格构成。对于第(2)题,学生们会发现邮票由3个正方形组成,并且每个正方形又是由不同的小方格组成,个数分别为9、16、25。对于第(3)题,要引导学生思考,让他们先想简单的问题。有的学生可能会发现32=9、42=16、52=25,有的学生可能不会发现这样的问题。因此,为了引入勾股定理的平方概念,在分析第(3)题时教师可以提示:“若假设每一个小正方形的面积为1,怎样求这三个大正方形的面积?”此步骤主要是从直观入手,从形象入手,从观察图形、数数这些简单的思维开始,由易进难,一步步引导学生思考。
  第二步:观察图形,抽象思维
  “把情景引入的邮票转化为如下图所示的数学图形。先看图,再提出问题,在方格纸中把小方格的面积看作1,求三个大正方形的面积。”
  根据图形,学生很容易把小方格的边长看作为1,则以BC为边长的正方形的边长为3,面积为32=9,以AC为边长的正方形边长为4,面积为42=16 。但是图中看不出以AB为边长的正方形的边长,那么学生能计算AB为一边的正方形的面积吗?
  这一步要求看图形、思考问题,向抽象思维前进一步。学生们仍然需要借助以前的知识,来思考问题。此时,要求学生在课前准备好的方格纸中画出上图中以AB为边长的正方形,位置要和上图所示的一致。学生在动手画边长时,很容易会想到利用格点和直角三角形的边长去画正方形的边长。然后,由老师把学生找到的格点画出来让学生观察分析,如图所示:D、E、F、G分别为画以AB为边长的正方形时所找的4个格点,分别连接4个顶点会得到一个大正方形DEFG。接着,再求以AB为边长的正方形的面积时,就可以用正方形DEFG的面积减去四个直角三角形的面积之和。在图中,可以很容易数出正方形DEFG的边长为7,面积为49,四个直角三角形的直角边都是3和4,面积都是6,面积和为24因此很容易得到以AB为边长的正方形的面积为:25。
  由于在求以AB为边长的正方形的面积时,在外围添加了辅助线。因此,这种方法可以形象地称之为“补”法。当然,为了使学生能发散思维,一题多解,可以适当提示相对应的“割”法,即把正方形分割成容易求的图形的面积之和,让学生独立思考完成求面积的过程,如图所示“割图”:
  这一步由实物到图形,学生的思维向逻辑思维进了一步,通过学生的动手画图去发现探索得出结论,有利于学生发散思维能力的培养,体会数形结合的数学思想,并且有利于加深学生的记忆。
  第三步:加深认知,发散思维
  “在下面的方格纸上,任意画一个顶点都在格点上的直角三角形,并分别以这个直角三角形的各边为一边向三角形外作正方形,依照上面的方法计算以斜边为一边的正方形的面积。”
  这一步旨在加深对定理的认知:由特殊到一般。因为每个同学画的三角形都不一样,所以能得到不同的结果,利用这些结果再探索出勾股定理的内容。
  第四步:总结推论,逻辑思维
  “把结果列出来,由小组观察讨论并提出问题:(1)三个正方形的面积有什么数量关系?(2)用边长求面积的数量关系该怎么表示?(3)如果三角形三边长分别为a、b、c,那么你对直角三角形的三边之间的数量关系有什么猜想?”
  这一步可以从上面的推论得出:在直角三角形中,以a、b为边长的正方形的面积a2、b2等于以c为边长的正方形的面积c2,从而可以看出a2 b2=c2。分析总结之后得出勾股定理:直角三角形两直角边长的平方和等于斜边长的平方,即a2 b2=c2。
  从以上的分析可以看出逻辑思维能力的培养过程是:从具体到想象,从简单到复杂,从直观到抽象,从形象到逻辑。教师要常训练、常运用,让学生把动眼、动手和动脑结合起来,这样他们的逻辑思维能力才能有很好的发展。
  (作者单位:江苏省徐州市第三十三中学)
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