立体几何解题思维专题教学设计

——建系思维与几何思维的比较与选择

一、教学目标

  1. 知识与技能目标:学生能熟练掌握坐标法、几何法和基底法在立体几何问题中的应用,理解三种方法的解题原理和步骤。
  2. 过程与方法目标:通过对典型例题的探究和真题回顾,培养学生分析问题、解决问题的能力,提高学生的空间想象能力和逻辑推理能力,让学生学会根据题目特点选择合适的解题方法。
  3. 情感态度与价值观目标:引导学生体会数学方法的多样性和灵活性,培养学生严谨的治学态度和勇于探索的精神,增强学生学习数学的兴趣和信心。

二、教学重难点

教学重点:

教学难点:

三、教学方法

讲授法、讨论法、练习法相结合

四、教学过程

(一)课程导入(3分钟)

"同学们,在之前的立体几何学习中,我们遇到过各种各样的问题,比如证明线面平行、求线面角、二面角等。大家回想一下,我们常用哪些方法来解决这些问题呢?"

设计意图:通过提问,引导学生回顾已学知识,引发学生对立体几何解题方法的思考,为后续课程中对不同方法的比较与选择做铺垫,同时活跃课堂气氛,激发学生的学习兴趣。

(二)典例探究(20分钟)

四面体问题图示

图1:四面体ABCD问题图示

"同学们,拿到这个题目,大家先思考一下,从题目所给的条件中,我们能获取哪些关键信息呢?对于第一个问题,要证明线面平行,我们有哪些常用的方法?对于第二个问题,求线面角,又可以从哪些角度入手呢?"

方法展示

方法 关键步骤 运算量 适用条件
坐标法 1. 以CH⊥CG建系
2. 利用∠AGC=30°
3. 计算各点坐标
4. 求法向量
★★★☆ 存在三垂直关系
几何法 1. 构造CH⊥AG垂线
2. 解Rt△CEH
3. 利用线面角定义
★★☆☆ 可确定摄影位置
基底法 1. 设GA,GB,GC为基底
2. 向量线性表示
3. 混合积运算
★★★★ 向量关系明确

设计意图:通过具体数据对比,直观感受不同方法的复杂度差异,帮助学生理解不同方法的适用场景和优劣。

方法比较讨论

"在什么情况下,我们优先选择坐标法?什么情况下几何法更具优势?基底法适用于什么样的题目?"

坐标法示意图

图2:坐标法示意图(方式一)

几何法示意图

图3:几何法示意图

(三)真题回顾(15分钟)

2023新高考18题图示

图4:2023新高考I卷第18题

多种证法展示

"看到这道真题,同学们先观察题目条件,思考一下证明线线平行可以用哪些方法?对于求二面角的问题,我们之前学习的方法在这里是否适用?"

向量法证明线线平行

以{CD, CB, CC₁}为正交基底,建立空间直角坐标系C-xyz,则:

A₂(2,2,1), B₂(0,2,2), C₂(0,0,3), D₂(2,0,2)

∴ B₂C₂ = A₂D₂ = (0,-2,1),又四点不共线,故B₂C₂∥A₂D₂

几何法证明线线平行

1. 在BB₁上取点E,使BE=1

2. 取CC₁中点F,连接A₂E, EF, FD₂

3. 证明四边形A₂D₂FE是平行四边形

4. 证明四边形C₂FEB₂是平行四边形

5. 由平行传递性得B₂C₂∥A₂D₂

设计意图:通过高考真题的解析,让学生了解不同方法在实际考试中的应用,提高学生的解题能力和应试技巧。

(四)感悟总结(5分钟)

"同学们,通过本节课的学习,大家对立体几何的解题方法有了更深入的理解。在今后的解题中,当遇到一个新的立体几何题目时,我们应该如何思考呢?"

方法选择策略:

(五)当堂检测(7分钟)

当堂检测题

图5:当堂检测题(多选题)

"同学们,看到这些题目,大家先分析一下每个选项,思考可以用什么方法来解决。对于长方体中的动点问题,我们可以从哪些角度去考虑?对于直线旋转成角的问题,又该如何入手呢?"

(六)课堂小结(3分钟)

"世界上不变的唯一不变的就是变化,数学也是如此。所以同学们在解题时一定要冷静分析,理性判断,最后做出最佳选择。"

(七)布置作业

  1. 完成课本相关立体几何题目练习
  2. 分别用坐标法、几何法和基底法解答同一题目
  3. 比较不同方法的解题过程和优缺点