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  一、内容和内容解析

本节课是在学生学习了空间点、直线、平面之间的位置关系和直线、平面平行的判定及其性质之后进行的,其主要内容是直线与平面垂直的定义、直线与平面垂直的判定定理及其应用。

直线与平面垂直是通过直线和平面内的任意一条直线(无一例外)都垂直来定义的,定义本身也表明了直线与平面垂直的意义,即如果一条直线垂直于一个平面,那么这条直线就垂直于这个平面内的所有直线,这也可以看成是线线垂直的一个判定方法;直线与平面垂直的判定定理本节是通过折纸试验来感悟的,即一条直线只要与平面内的两条相交直线垂直就可以判定直线与平面垂直了,它把原来定义中要求与任意一条(无限)垂直转化为只要与两条(有限)相交直线垂直就行了,概言之,线不在多,相交就行。直线与平面垂直的判定方法除了定义法、判定定理外,还有如果两条平行直线中的一条直线垂直于一个平面,那么另一条直线也垂直于这个平面,这是直线与平面垂直判定的一种间接方法,也是十分重要的。

本节学习内容蕴含丰富的数学思想,即“空间问题转化为平面问题”,“无限转化为有限”“线线垂直与线面垂直互相转化”等数学思想。

直线与平面垂直是研究空间中的线线关系和线面关系的桥梁,为后继面面垂直的学习、距离的学习奠定基础。

二、目标和目标解析

1.借助对实例、图片的观察,提炼直线与平面垂直的定义,并能正确理解直线与平面垂直的定义;

2.通过直观感知,操作确认,归纳直线与平面垂直的判定定理,并能运用判定定理证明一些空间位置关系的简单命题;

3.探索直线与平面垂直判定定理的过程中发展合情推理能力,同时感悟和体验“空间问题转化为平面问题”、“线面垂直转化为线线垂直”、“无限转化为有限”等数学思想.

三、教学问题诊断分析

学生已有的认知基础是熟悉的日常生活中的具体直线与平面垂直的直观形象(学生的客观现实)和直线与直线垂直的定义、直线与平面平行的判定定理等数学知识结构(学生的数学现实),这为学生学习直线与平面垂直定义和判定定理等新知识奠定基础。

学生学习的困难在于如何从直线与平面垂直的直观形象中提炼出直线与平面垂直的定义,感悟直线与平面垂直的意义;以及如何从折纸试验中探究出直线与平面垂直的判定定理。

教学的重点是直线与平面垂直的定义和直线与平面垂直判定定理的探究;教学的难点是操作确认并概括出直线与平面垂直的判定定理及初步运用。

四、学习行为分析

本节课安排在立体几何的初始阶段,是学生空间观念形成的关键时期,课堂上学生通过感知、观察、提炼直线与平面垂直的定义,进而通过辨析讨论,深化对定义的理解。进一步,在一个具体的数学问题情境中猜想直线与平面垂直的判定定理,并在教师的指导下,通过动手操作、观察分析、自主探索等活动,切身感受直线与平面垂直判定定理的形成过程,体会蕴涵在其中的思想方法。继而,通过课本例1的学习概括直线与平面垂直的几种常用判定方法。再通过练习与课后小结,使学生进一步加深对直线与平面垂直的判定定理的理解。

五、教学支持条件分析

观察和展示现实生活中的实例与图片,以直观感知直线与平面垂直的形象;准备三角形纸片,用于探究直线与平面垂直的判定定理;制作多媒体课件动态演示,以加深对直线与平面垂直定义及判定定理的感知与理解。

六、教学过程设计

1.从实际背景中感知直线与平面垂直的形象

问题1空间一条直线和一个平面有哪几种位置关系?

设计意图:此问基于学生已有的数学现实,通过对已学相关知识的追忆,寻找新知识学习的“固着点”。

问题2在日常生活中你见得最多的直线与平面相交的情形是什么?请举例说明。

设计意图:此问基于学生的客观现实,通过对生活事例的观察,让学生直观感知直线与平面相交中一种特例:直线与平面垂直的初步形象,激起进一步探究直线与平面垂直的意义。

2.提炼直线与平面垂直的定义

问题3:你能给出直线和平面垂直的定义吗?回忆一下直线与直线垂直是如何定义的?

设计意图:两直线垂直有相交垂直和异面垂直,而异面直线垂直是转化为两直线相交垂直,实质上是将空间问题转化为平面问题,让学生回忆直线与直线垂直的定义,旨在由此得到启发:用“平面化”的思想来思考问题,即能否用一条直线垂直于一个平面内的直线,来定义这条直线与这个平面垂直?

问题4:结合对下列问题的思考,试着给出直线和平面垂直的定义.

(1)阳光下,旗杆AB与它在地面上的影子BC所成的角度是多少?

(2)随着太阳的移动,影子BC的位置也会移动,而旗杆AB与影子BC所成的角度是否会发生改变?

(3)旗杆AB与地面上任意一条不过点B的直线B1C1的位置关系如何?依据是什么?

设计意图:第(1)与(2)两问旨在让学生发现旗杆AB所在直线始终与地面上任意一条过点B的直线垂直,第(3)问进一步让学生发现旗杆AB所在直线始终与地面上任意一条不过点B的直线也垂直,在这里,主要引导学生通过观察直立于地面的旗杆与它在地面的影子的位置关系来分析、归纳直线与平面垂直这一概念。

(学生叙写定义,并建立文字、图形、符号这三种语言的相互转化)

思考:(1)如果一条直线垂直于一个平面内的无数条直线,那么这条直线是否与这个平面垂直?

2)如果一条直线垂直于一个平面,那么这条直线是否垂直于这个平面内的所有直线?

(对问(1),在学生回答的基础上用直角三角板在黑板上直观演示;对问(2)可引导学生给出符号语言表述:若,则)

设计意图:通过对问题(1)的辨析讨论,深化直线与平面垂直的概念。通过对问题(2)的辨析讨论旨在让学生掌握线线垂直的一种判定方法。

通常定义可以作为判定依据,但由于利用直线与平面垂直的定义直接判定直线与平面垂直需要考察平面内的每一条直线与已知直线是否垂直,这给我们的判定带来困难,因为我们无法去一一检验。这就有必要去寻找比定义法更简捷、可行的直线与平面垂直的判定方法。

3.探究直线与平面垂直的判定定理

创设情境  猜想定理:某公司要安装一根8米高的旗杆,两位工人先从旗杆的顶点挂两条长10的绳子,然后拉紧绳子并把绳子的下端放在地面上两点(和旗杆脚不在同一直线上)。如果这两点都和旗杆脚距离6,那么表明旗杆就和地面垂直了,你知道这是为什么吗?

设计意图:引导学生根据直观感知以及已有经验,进行合情推理,猜想判定定理。

师生活动:(折纸试验)请同学们拿出一块三角形纸片,我们一起做一个试验:过三角形的顶点A翻折纸片,得到折痕AD(如图1),将翻折后的纸片竖起放置在桌面上(BDDC与桌面接触)

  问题5:(1)折痕AD与桌面垂直吗?

  (2)如何翻折才能使折痕AD与桌面所在的平面垂直?

  (组织学生动手操作、探究、确认)

设计意图:通过折纸让学生发现当且仅当折痕ADBC边上的高时,且BDC不在同一直线上的翻折之后竖起的折痕AD才不偏不倚地站立着,即AD与桌面垂直(如图2),其它位置都不能使AD与桌面垂直。

  问题6在你翻折纸片的过程中,纸片的形状发生了变化,这是变的一面,那么不变的一面是什么呢?(可从线与线的关系考虑)如果我们把折痕抽象为直线,把BDCD抽象为直线把桌面抽象为平面(如图3),那么你认为保证直线与平面垂直的条件是什么?

对于两条相交直线必须在平面内这一点,教师可引导学生操作:将纸片绕直线AD(点D始终在桌面内)转动,使得直线CDBD不在桌面所在平面内。问:直线AD现在还垂直于桌面所在平面吗?(此处引导学生认识到直线CDBD都必须是平面内的直线)

设计意图:通过操作让学生认识到两条相交直线必须在平面内,从而更凸现出直线与平面垂直判定定理的核心词:平面内两条相交直线。

  问题7如果将图3中的两条相交直线的位置改变一下,仍保证

,(如图4)你认为直线还垂直于平面吗?

设计意图:让学生明白要判定一条已知直线和一个平面是否垂直,取决于在这个平面内能否找出两条相交直线和已知直线垂直,至于这两条相交直线是否和已知直线有公共点,这是无关紧要的。

根据试验,请你给出直线与平面垂直的判定方法。

  (学生叙写判定定理,给出文字、图形、符号这三种语言的相互转化)

  问题81)与直线与平面垂直的定义相比,你觉得这个判定定理的优越性体现在哪里?

  (2)你觉得定义与判定定理的共同点是什么?   

设计意图:通过和直线与平面垂直定义的比较,让学生体会“无限转化为有限”的数学思想,通过寻找定义与判定定理的共同点感悟和体会“空间问题转化为平面问题”、“线面垂直转化为线线垂直”的数学思想.

  思考:现在,你知道两位工人是根据什么原理安装旗杆的吗?为什么要求绳子在地面上两点和旗杆脚不在同一直线上?

如果安装完了,请你去检验旗杆与地面是否垂直,你有什么好方法?

    设计意图:用学到手的知识解释实际生活中的问题,增强学生用数学的意识,同时通过提出 “为什么要求绳子在地面上两点和旗杆脚不在同一直线上?”(对该问题可引导学生用三角形纸片来验证),从而来深化对直线与平面垂直判定定理的理解。

  4.直线与平面垂直判定定理的应用

如图5,在长方体ABCD-A1B1C1D1中,请列举与平面ABCD垂直的直线。并说明这些直线有怎样的位置关系?

思考:如图6,已知,则吗?请说明理由。

(分别用直线与平面垂直的判定定理、直线与平面垂直的定义证明;并让学生用语言叙述:如果两条平行直线中的一条直线垂直于一个平面,那么另一条直线也垂直于这个平面)

设计意图:这个例题给出了判断直线和平面垂直的一个常用的命题,这个命题体现了平行关系与垂直关系之间的联系。

练习:如图在三棱锥V-ABC VAVC,ABBC,KAC的中点。

求证:AC平面VKB

思考:

(1)在三棱锥V-ABC中,VAVCABBC求证:VBAC

(2)在⑴中,若EF分别是ABBC 的中点,试判断EF与平面VKB的位置关系

(3)在⑵的条件下,有人说VBAC VBEF VB⊥平面ABC,对吗?

 

设计意图:例2重在对直线与平面垂直判定定理的应用.变式(1)在例2的基础上,应用了直线与平面垂直的意义;变式(2)是对例1判定方法的应用;变式(3)的判断在于进一步巩固直线与平面垂直的判定定理。3个小题环环相扣,汇集了本节课的学习内容,突出了知识间内在联系和融会贯通。

5.小结回授

1)本节课你学会了哪些判断直线与平面垂直的方法?试用自己理解的语言叙述。

2)直线与平面垂直的判定定理中体现了哪些数学思想方法?

设计意图:以问题讨论的方式进行小结,培养学生反思的习惯,鼓励学生运用自己理解的语言对问题进行质疑和概括。

七、目标检测设计

1.课本P73探究:如图2.3-7,直四棱柱A1B1C1D1-ABCD(侧棱与底面垂直的棱柱称为直棱柱)中,底面四边形ABCD满足什么条件时,A1CB1D1

2.如图,PA⊥平面ABCBCAC,写出图中所有的直角三角形。

3.课本P74练习2

   设计意图:1题是本节教材中的一道探究题,主要运用直线与平面垂直的意义与判定定理;第2题也是活用直线与平面垂直的意义与判定定理,前两题重在检测本节课的知识与技能目标,检测运用知识解决问题的能力;第3题通过学生探索,培养学生观察——分析——归纳和综合运用知识的能力。

    
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