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1、几何画板与数学教学的高效整合 山西省翼城县翼城二中 解佳摘要：近年来，如何利用多媒体技术开发课件辅助课堂教学已成为热门话题，数学作为一门独立的自然科学，有它自身的特点、体系和规律。从国外引进的教育软件几何画板以其学习入门容易和操作简单的优点及其强大的图形和图象功能、方便的动画功能被国内许多数学教师看好，并已成为制作中学数学课件的主要创作平台之一。本文就如何在中学数学教学中应用几何画板及其在教学活动中的重要作用等几方面做了系统的阐述和说明。关键词：几何画板；操作简单；功能强大；创作平台我国新数学课程标准指出：“数学课程的设计与实施应重视运用现代信息技术，特别要充分考虑计算器、计算机对数学学习内容
2、和方式的影响，大力开发并向学生提供更为丰富的学习资源，把现代信息技术作为学生学习数学和解决问题的强有力工具，致力于改变学生的学习方式，使学生乐意并有更多的精力投入到现实的、探索性的数学活动中去。”这种“信息技术与数学教学整合的教学模式”为我们指出了一条现代技术辅助学科教学新的、更宽广的道路。而几何画板是一个适用于数学教学的软件平台，为教师和学生提供了一个探索几何图形内在关系的环境。一、几何画板简介几何画板（原名：The Geometers Sketchpad）是由美国Key Curriculum Press公司研制并出版的几何软件。它是一个适用于数学教学的软件平台，为教师和学生提供了一个探索几
3、何图形内在关系的环境。它以点、线、圆为基本元素，通过对这些基本元素的变换、构造、测算、计算、动画和跟踪轨迹等方式，能显示或构造出较为复杂的图形。（一）问题的提出 数学是研究空间形式和数量关系的科学，在传统的认识中，数学学习只不过是一支笔一张纸的纯理论性学习，既枯燥又乏味，从而使人们逐渐对其产生了厌恶的心理，尤其是在中学数学中，有相当一部分的知识是比较抽象难懂的，如不等式解的讨论、三角函数的图像和性质、圆锥曲线方程等等，于是在一些学校中产生了数学教师难教学生难学的现象。然而，近年来，随着计算机和网络技术的飞速发展，现代信息技术渐渐地走进了课堂，并越来越多地影响着教师的教学和学生的学习活动。根据数
4、学这门学科的特点，几何画板也正在渐渐地被越来越多的人所认识和应用。（二）可行性研究1、对硬件配置要求比较低，即使是在老式的386机器上也可以运行，并且不需要其他软件的支持就可以独立运行。这样即使计算机配置不是很好的学校也可以正常地使用它来进行教学；2、如果已经有了操作WINDOWS的基础，具备简单的运用鼠标和键盘的技能，要掌握几何画板的基本功能，只要认真阅读它的参考手册就可以了。如果能够经过三、四天的培训，就可以比较熟练地掌握它，这样教师就不用花费更多的时间来学习课件的制作与运用；3、制作出来的课件非常形象直观，有利于数学课堂教学。而且修改也非常方便，甚至可以在课堂上直接地对课件进行制作与修改
5、。（三）几何画板的优点1.体积小 一是软件本身的体积小，几何画板4.04安装版的大小只有大约600k，4.06安装版的大小也只有1M左右，并且软件当中还带有大量的自定义工具，可以使教师在制作数学课件时更加方便和快捷。并且它对系统要求不高，只需要PC486以上兼容机、以上内存、Windows3.X或Windows95简体中文版就可以。二是用几何画板制作的教学课件体积小，一般只有几十kB到几百kB，并且不论是原文件还是所制作的课件都可以压缩为.zip或.rar的形式，则体积会更小，只用一张软盘就可以装下，而不必携带硬盘或刻录到光盘上，方便于共享、上传、下载、携带、演示和交流。 2.可以打包 几何画
6、板虽然不像其他软件一样自带打包工具，所制作的课件一般情况下只能在安装有原程序的微机中才能运行，但是可以从网上下载金卫良老师制作的几何画板打包机，它能够将各种版本的几何画板课件进行打包，成为可以独立运行的.exe文件，这样就可以在没有安装原程序的微机中使用，更加方便于教学和管理。 3.强大的动画功能 几何画板的运动按钮可以分为“动画”和“移动”两种。“动画”的运动方向可以分为向前、向后、双向、自由四种，速度又可以分为中速、慢速、快速和其他四种，并且在其他后面的输入框中可以输入任意一个合适的数值，自定教师认为合适的速度；“移动”中的速度也可以分为慢速、中速、快速和高速四种。经过巧妙组合后，所制作的
7、点、线、面、体都可以在各自的路径上以不同的速度和方向进行动画或移动，可以产生良好、强大的动画效果，并且所度量的角度或线段的长度及其他的一些数值也可以随着点、线、面、体的运动而不断地发生变化，非常接近于实际，可以更好地实现数形结合，给学生一个直观的印象，起到良好的教学效果。 4.操作简单 几何画板一切操作都只靠工具栏和菜单实现，而无需编制任何程序。整个只有一个常用工具栏，一个工具箱、一个运动控制台和一个文本工具栏，并且工具箱、运动控制台和文本工具栏还可以利用显示菜单中的工具使它们处于隐藏状态，使整个画面尽可能地最大化。在常用工具栏的菜单中所涉及的制作工具都与数学内容紧密联系在一起，使用的都是数学
8、中的名词和术语，只要熟悉数学知识，这些内容一看就懂，非常简单。用几何画板进行开发速度非常快，一般来说，如果有设计思路的话，操作较为熟练的老师开发一个难度适中的软件只需510分钟。 5.具有广泛的兼容性 不仅利用几何画板中的“页”功能可以制作出完整的数学课件，而且不论是原程序还是由它所制作的课件（包括打包之后的）都可以在Authorware、PowerPoint、Flash、方正奥思等软件中直接调用，从而可以弥补几何画板交互能力弱的特点，能够使它的动画效果发挥得更加生动、形象、丰富。另外还可以用剪贴板与Windows中其他程序交换信息，比如把word中的艺术字或图片粘贴到画板中，还可以把几何画板
9、中所画的几何图形复制到word中编辑数学试卷，等等。 6.有记录和制作工具功能 在工具箱的最下方有一个自定义工具按钮，利用这个按钮可以由教师自己制作具有个性的工具，并保存下来，留到以后继续使用，不必每次用到时都重复制作。7.可以作为研发工具直接应用于课堂在教学过程中 教师可以随时根据学生的实际情况边授课边制作，或者由学生小组亲自动手，制作一些简单的数学内容，例如平面上的任意一点，线段上的任意一点，三角形的中线、角平分线、高，等等，可以使学生不仅明白“任意”的意思，更综合运用了平时所学的数学知识，方便地用动态方式表现对象之间的结构关系，实现直觉思维与逻辑思维相结合，并且学生还可以从中学会软件的一
10、些使用方法，体会到信息技术的优势，二、几何画板应用（一）几何画板在初中数学教学中的应用1、 绘制精确的几何图形 规范准确的几何图形往往能给人以美的享受。而几何画板是一种开展CAI实验的计算机应用软件。不同于一般的绘图软件，它所作出的图形、图象都是动态的，注重数学表达的准确性，不仅如此，它还可以在运动的过程中动态地保持元素之间的几何关系。初中代数虽然涉及图形的内容较少，但是在某些方面仍然可以发挥出几何画板强大的绘图功能。比如初三代数中的二次函数内容，在讲解它的顶点、对称轴、开口方向及 其他一些变化规律时，一般情况下只是由教师在黑板或纸上画出抛物线图像进行理论上的说明，学生对于抛物线的形状是否受到
11、系数a、b、c的影响和受到怎样的影响不容易理解，总会有一种模糊的感觉，好像明白却又不是非常透彻。而如果用几何画板来讲授抛物线是如何随着系数a、b、c的变化如何发生变化的过程就会变得清楚、形象、直观，学生不用再单凭脑筋想象，而是可以做到一边用眼睛观察，一边动脑想象。如果有条件的话，还可以使学生亲自操作电脑，这样可以充分发挥左右脑的功能，可以达到事半功倍的教学效果。 再例如初中的“勾股定理”是几何中一个非常重要的定理，在数学的发展史上有着非常重要的地位。在常规的教学中，往往是先由教师给出定理，再证明定理，最后举例应用。这样处理教材的内容往往使勾股定理失去了它应有的魅力，难以激发学生学习数学的热情和
12、兴趣。如果在教学中能把几何画板引入课堂，并制作成相应的课件，利用它的拖拉、测算等功能，可以任意地拖动A、B、C三点以改变该直角三角形的大小，让同学观察相应地正方形面积的变化有何特点，并试着用自己的语言进行归纳总结，进而提出勾股定理，有条件的话，可以让学生自己动手亲自实验；在同学观察实验的基础上，教师再利用构造图形的方法对该定理给予证明。这样能把勾股定理的精华之处一步一步地展现的学生的面前，让他们感受其中的规律，体会其中的艰苦，尝试成功后的喜悦，从而培养他们学习几何的兴趣。2、几何画板直观的反映函数中两个变量的关系案例一：利用几何画板帮助学生理解函数与图像的关系，化抽象为具体。函数及其图像对于初
13、一的学生难于理解，为了展示图像对函数关系的动态反映，把抽象变为具体，以课堂演示这条直线的形成为例。打开几何画板，建立坐标系，先在x轴上取点A，度量该点的横坐标，然后利用“度量”菜单中的“计算”功能计算出2x，“度量”菜单下的“绘制点”绘出点B（x,2x）,最后将点B设置为“显示”菜单下的“追踪绘制的点”。师：图中的点B是满足函数关系的点，大家知道这样的点有多少个吗？生：无数个师：这无数个满足函数关系的点有什么特点呢？请大家仔细观察（慢慢的拖动图1中的A点）拖动的过程中请同学们注意变化的点B的横纵坐标的数值，是否满足关系？生：都满足。 师：这些点形成了什么图形？生：点动成线，形成了一条直线。 这
14、个演示的两个作用：帮助学生理解函数图像是由无数个满足函数关系的点形成的； 弥补了描点法画图像只能由有限个点来猜测图像形状的弱点，仅仅是在纸上描点，学生不禁会问为什么图像就是直线呢？通过课件演示，学生清楚地看到了直线的形成过程，印象十分深刻。 图1案例二：利用几何画板形象地反映双曲线的图像特点，深化对图像的理解。反比例函数的图像双曲线的特点，学生也不好把握，什么叫“与坐标轴无限接近，但永不相交”？为了帮助学生理解双曲线的特点，可以利用几何画板来形象地展示这一特点。首先建立坐标系，在x轴上取点A，度量该点的横坐标，然后利用“度量”菜单中的“计算”功能计算出，“度量”菜单下的“绘制点”绘出点B（x,
15、 ），最后依次选中点A、B，选择“构造”菜单中的“轨迹”，完成双曲线的绘制。师：当x0 时，x越大，的值如何变化？ 生：x越大，越小。师：大家能想象随着x的增大，点（x, ）的变化吗？（学生思索） 图2师（演示向右拖动图2中的点A），横坐标x的数值越来越大，大家观察双曲线上的点有什么特点？生：向右运动，与x轴的距离越来越小。师：图像上的点会与x轴相交吗？ 生：不会，因为y不为0。再观察双曲线与y轴的关系，师生共同总结双曲线特点：无限接近坐标轴，但永不相交。通过这样的演示，学生对双曲线的特点有了更加直观的感受和深刻的印象，同时更进一步帮助学生认识了函数和图像的关系。案例三：利用几何画板帮助学生理解函数的自变量的取值范围对函数图像的影响。初学函数时，学生往往无法结合自变量的取值范围去画函数图像，比如函数,同学容易画成直线而不是线段。打开几何画板，在x轴上取范围的线段，在线段上任取点A，度量该点的横坐标，然后利用“度量”菜单中的“计算”功能计算出2x，“度量”菜单下的“绘制点”绘出点B（x,-x+2）,最后将点B设置为“显示”菜单下
