教學案例 棱錐的體積

錐體的體積教學目標1.使學生掌握錐體的體積公式及其初步應用；2.通過三棱錐體積公式的探求，教學生學習觀察、類比、歸納、猜想等合理推理方法，培養(yǎng)學生分析、綜合、抽象、概括等邏輯推理能力；3.通過三棱錐體積公式的探求，培養(yǎng)學生獨立思考、刻苦鉆研、孜孜以求的毅力及勇于探索創(chuàng)新的精神等良好的個性品質(zhì).教學重點和難點三棱錐體積公式及其探求.教學設(shè)計過程師:前幾節(jié)課我們先后學習了祖■原理和柱體的體積公式，在開始講本章知識下久，我們還學習了錐體平行于底面的截面的性質(zhì).現(xiàn)在請同學們分別回憶一下上述三個知識內(nèi)容，誰來回答錐體平行于底面的截面的性質(zhì)是什么?生1:如果棱錐(或圓錐)被平行于底面的平面所截，那么截面和底面相似，并且它們面積的比等于截得的棱錐(或圓錐)的高和原棱錐(或圓錐)高的平方比.師:很好!下面誰來回答祖■原理是如何敘述的?生2:夾在兩個平行平面間的兩個幾何體，被平行于這兩個平面的任意平面所截，如果截得的兩個截面的面積總相等，那么這兩個幾何體的體積相等.師:回答正確.請同學們一起回答:柱體的體積公式是怎么表示的?生:柱體的體積等于它的底面積乘以高，即V柱體=Sh.師:當這個柱體是圓柱時，其體積還有別的表達形式嗎?生3:V圓柱=πr2h,其中r是底面半徑，h是圓柱的高.師:不錯.誰能說說底面積是S，高是h的柱體體積公式的探求思路嗎?生4:我們構(gòu)造一個與所給柱體等底面積等高的長方體，把它與所給柱體的下底面放在同一個平面α上.由于它們上、下底面平行，且等高，故它們的上底面必在與α平行的同一個平面β內(nèi)，現(xiàn)在用平行于α的任意平面去截它們時，由于所得的截面都與它們的底面分別平行，因此截面積都等于S.由祖■原理知，它們的體積相等，而V長方體=Sh，所以V柱體=Sh.師:很好!生4利用祖■原理獲得了等底面積等高的柱體與長方體(兩個柱體)等體積，那么等底面積等高的兩個錐體的體積之間有什么關(guān)系呢?(師邊問邊板書“等底面積等高的兩個錐體的體積之間的關(guān)系”一語)生:相等.師:你們怎么知道它們的體積是相等的.生:猜想的.(也有的說是估計的)師:猜想也好，估計也罷，都是有風險的，盡管如此，但它常常是“發(fā)現(xiàn)”的先導.能證實你們的猜想嗎?生5:用祖■原理.設(shè)有任意兩個錐體，不妨選取一個三棱錐，一個圓錐，并設(shè)它們的底面積都是S，高都是h(如圖1).①把這兩個錐體的底面放在同一個平面α上，由于它們的高相等，故它們的頂點必在與α平行的同一個平面β上，即這兩個錐體可夾在兩個平行平面α，β之間；②用平行于平面α的任意平面去截這兩個錐體，設(shè)截面面積分別為S1，S2，截面和頂點的距離是h1,體積分別為V1，V2，則由錐體平行于底面的截面性質(zhì)知:所以=，故S1=S2.由祖■原理知:V1=V2.(生敘述師板書)師:完全正確!我們再請一位同學用命題的形式完整地敘述一下上述問題的條件和結(jié)論.生6:如果兩個錐體的底面積相等，高也相等，那么它們的體積相等.師:同學們對生6的概括有不同意見嗎?生:沒有!師:生6的概括是正確的，但我們可以敘述得更簡練一些.生6:對了，可以敘述為:等底面積等高的兩個錐體的體積相等.師:很好!這個命題是課本中第100頁的定理.(師隨即把前面板書的“等底面積等高的兩個錐體體積之間的關(guān)系”一語中的“之間的關(guān)系”五字擦掉，補上“相等”二字，同時在前面添上“定理”二字)我們干脆請生6再重申一下:定理有哪幾個條件?結(jié)論是什么?生6:條件有兩個:一個是兩個錐體的底面積相等，另一個是這兩個錐體的高相等.結(jié)論是體積相等.(由學生提出問題、分析問題并解決問題，這是對學生最高層次的要求.當學生達不到這個層次時，可由老師提出問題，學生分析問題和解決問題.老師提出問題后要給學生觀察、比較、分析、歸納、猜想、發(fā)現(xiàn)的時間.著名數(shù)學教育家波利亞曾指出:只要數(shù)學的學習過程稍能反映出數(shù)學發(fā)明的過程，那么就應當讓猜想、合理推理占有適當?shù)奈恢?猜想后還要嚴格地證明，合情推理與邏輯推理并重，既教證明又教猜想，這才是解決問題的完整過程.)師:上述定理只是回答了具有等底面積等高的兩個錐體的體積之間的相等關(guān)系，但這個體積如何求出，能否像柱體那樣有一個體積公式仍然是一個謎.然而它卻給我們求錐體體積一個有益的啟示:只須找到一個“簡單”的錐體作為代表，如果這個代表的體積求出來了，那么，由上述定理即可獲得其它錐體的體積了.請同學們思考用怎樣的“簡單”錐體作代表來研究呢?生:三棱錐!(一小部分同學有些疑惑)師:能說說你們的想法嗎?生7:因為我們較熟悉棱錐，而在棱錐中，三棱錐底面多邊形的邊數(shù)量少，似乎要更“簡單”些.師:有道理!我們選出的“代表”當然應該首先是我們熟悉的，由于三角形是最簡單的多邊形，類比地，我們有理由這樣說，三棱錐是較“簡單”的棱錐.那么，怎樣研究三棱錐的體積呢?(板書:三棱錐的體積，并作出一個底面積為S的，高為h的三棱錐A′-ABC，如圖2)生:……(思維受阻)師:(啟發(fā)一下)請同學們回憶一下求如下兩個圖形(圖3)面積的方法:生8:對(1)可將它分成一個半圓和一個正方形，分別計算出它們的面積，再相加即可；對(2)，可將三角形先補成一個平行四邊形，然后求出平行四邊形的面積，再除以2即得三角形面積.(在生8敘述時，師圖示如下)師:先割后補與先補后割是處理幾何問題時常用的方法，即我們常說的割補法.類比地，能否將這一思維方式遷移到探求三棱錐的體積上來呢?生:(幾乎異口同聲地)能!師:那么是采用先割后補，還是先補后割呢?鄰近的同學可以相互討論一下.(學生之間小聲討論，選擇這兩種方法的學生都有)師:我們請一位同學說說自己選擇的方法及其理由，誰來說?生9想好了嗎?生9:我認為先補后割比較好，至于先割后補，我覺得不行.師:能說說否定先割后補的理由嗎?生9:……(似有難色)師:誰能試著割一下?生10:對一個三棱錐進行分割，實際上是用一個平面去截它.無論怎么截，得到的要么仍是三棱錐，要么是比三棱錐更為復雜的幾何體.所以對三棱錐再分割是不合適的.師:其他同學以為如何?生:生10的解釋是對的.師:既然如此，我們可否定先割后補，而肯定先補后割，剛才生9就是這個意見，現(xiàn)在也是大家的意見了，那么，補成怎樣的幾何體較合適呢?生:補成三棱柱.師:誰能具體說說?生11:把三棱錐A′-ABC以底面ΔABC為底面，AA′為側(cè)棱補成一個三棱柱ABC-A′B′C′.師:請你在黑板上具體補出來.生11:(上黑板補畫圖形如圖5)師:生11完成了補形的任務，下面該進行什么工作了?生:分割.師:如何分割.生:分割成三個三棱錐.師:請生12上來具體分割一下.(生12上黑板分割三棱柱ABC-A′B′C得三棱錐1，2，3.如圖6)師:很好!生12的圖形畫得很規(guī)范.現(xiàn)在請同學們預測一下分割而得的三個三棱錐之間有何關(guān)系?生:體積相等.師:能簡要地說明你們預測的依據(jù)嗎?生13:我沒有證明，但我想它們的體積應該相等，這是因為剛才回憶求三角形面積時，將三角形補成一個平行四邊形(平面圖形)后再分割成的兩個三角形等面積.類比地，我們將三棱錐補成一個三棱柱(空間圖形)后再分割成三個三棱錐當然應該體積相等.師:生13由平面圖形的處理結(jié)果類比地預測空間圖形的相應結(jié)果不無道理.同學們的預測實際上也是我們的希望.而怎樣使我們的希望、預測變?yōu)楝F(xiàn)實，還需要嚴格證明，那么怎樣證明這三個三棱錐1，2，3等體積呢?(引導學生思考兩個錐體等體積的依據(jù)——前面定理的條件:(1)等底面積，(2)等高)生14:(生14敘述，師板書)在三棱錐1，2中，SΔABA′=SΔB′A′B，又由于它們有相同頂點C，故高也相等，所以V1=V2.又在三棱錐2，3中，SΔBCB′=SΔB′C′C，它們有相同頂點A′，故高也相等.所以V2=V3，所以V1=V2=V3.生15:在證得V1=V2后，再證明V1=V3也很方便.(生15敘述，師板書)因為在三棱錐1，3中，SΔABC=SΔA′B′C′，高也相等(都等于三棱錐的高).所以V1=V3.故V1=V2=V3=V三棱柱.而V三棱柱=Sh，所以V三棱錐=Sh.師:非常好!到目前為止，我們已經(jīng)解決了三棱錐的體積問題，也就是說，解決了一個“錐體大家庭”中的“代表”的體積問題.那么一般錐體的體積又如何呢?(設(shè)一般錐體的底面積為S，高為h)生:V錐體=Sh.(師板書)師:誰能對這一結(jié)果的來源作出解釋?生16:構(gòu)造一個三棱錐，使其底面積為S，高為h，由于等底面積等高的錐體的體積相等，故V錐體=V三棱錐=13Sh.(教學生學會證明是重要的，讓學生對某一問題作出解釋也是必要的.它可以使學生從整體上把握問題的來龍去脈，在某種情況下比只讓學生機械的證明要好.它是培養(yǎng)學生語言表達能力，數(shù)學交流能力，培養(yǎng)學生數(shù)學素養(yǎng)的一個重要途徑.)師:生16從整體上就一般錐體的體積公式的獲得作了簡明扼要的解釋.我們知道，圓錐是一類典型的特殊錐體，對于圓錐的體積，有何別的表達式?生17:V圓錐=πr2h.(師板書)師:這里r,h的意義分別是什么?生17:r表示圓錐的底面半徑，h表示圓錐的高.師:至此，我們已獲得了錐體的體積公式V錐體=Sh.對圓錐來說，還可以用底面半徑r及高h來表達體積，即V圓錐=πr2h.作為應用，請同學們看這樣一個問題:(用投影儀打出)(由課本第103頁練習題1改編)如圖7，在正方體ABCD-A′B′C′D′中，已知棱長為a，求:(1)三棱錐B′-ABC的體積；(2)這個三棱錐的體積是正方形體積的幾分之幾；(3)B到平面AB′C的距離?(若沒時間，可留做課后思考，要求用兩種方法求解)(請生18解答(1)，(2)，生19解答(3)，其余同學在座位上完成，師巡視)(生18板演(1)(2))(1)因為正方體棱長為a，所以SΔABC=a，高h=a.所以VB′-ABC=SΔABC·h=·a·a=a.(2)因為V正方體=a，所以VB′-ABC∶V正方體=.(生19板演(3))解法1:如圖8.過B作BO⊥面AB′C于O，則O必為ΔAB′C的重心.連AO并延長交B′C于M，因為AB′=B′C=CA=a,所以AM=·a=a,OA=AM=a.在RtΔAOB中，BO==，即B到面AB′C的距離為a.解法二:設(shè)B到面AB′C距離為h,因為AB′=B′C=CA=a，所以SΔAB′C=(a)=a，因此·a·h=VB-AB′C=VB′-ABC=·a·a=a，故h=a即B到面AB′C的距離為a.(師生共同評判)師:我們讓生19說說解法二的思路.生19:我注意到三棱錐BAB′C與三棱錐B′ABC是同一個三棱錐.所以·SΔAB-C·h=VB-AB′C=VB-ABC，而VB′-ABC易求，SΔAB′C也易求，這樣h即可求出.師:非常好.生19的方法一是常規(guī)方法，而方法二則巧用了三棱錐的體積，使問題的求解變得十分簡捷.這種方法稱作頂點轉(zhuǎn)換法，有時也稱作等積轉(zhuǎn)換法.事實上三棱錐(即四面體)的每一個頂點都可作為棱錐的頂點，和它相對的面都可作為相應的底面，這是三棱錐(四面體)特有的性質(zhì).在一定的條件下，它為我們求解頂點到底面的距離提供了捷徑，應當引起我們的注意.今天這節(jié)課我們主要學習了錐體的體積公式，下面請同學們就知識和思維能力兩個方面作一下小結(jié).(請學生自行小結(jié)，師生共同補充完善)1.知識方面:通過本節(jié)課學習，我們利用割補法獲得了三棱錐的體積公式，進而獲得了一般錐體的體積公式，并初步體會了其應用；2.思維能力方面:又一次體會了聯(lián)想、類比、猜測、證明等合情推理及邏輯推理的方法在探索新知識方面的重要作用.作業(yè):略.課堂教學設(shè)計說明1.關(guān)于教學目標的制定在課堂教學中實施和推進素質(zhì)教育，正愈來愈被廣大教師所重視.由于學生的素質(zhì)是多方面的，這就決定了課堂教學的目標應該是多元化的.(1)錐體的體積是多面體和旋轉(zhuǎn)體這一章的重點內(nèi)容之一，在體積問題中有著重要的地位，將錐體的體積公式及其初步應用作為本節(jié)課的教學目標之一是完全合適的.(2)學生思維方法的好與差，推理能力的強與弱，在一定程度上反映了學生素質(zhì)的高與低.因此，如何通過課堂教學，教學生學習合情推理的方法，培養(yǎng)學生邏輯推理能力，是我們制定教學目標時必須認真思考的.(3)未來社會不僅要求人們具有豐富的文化科學知識，而且還需要人們具有頑強的毅力及創(chuàng)新的意識.教學目標3正是據(jù)此而制定的.2.關(guān)于教學重點和難點的確定本節(jié)課的核心內(nèi)容是錐體的體積，而錐體體積公式的探求需要教師逐步喚醒學生割補思想的記憶，努力使學生自行發(fā)現(xiàn)知識，掌握知識，發(fā)展學生的創(chuàng)造性思維，這對教師和學生都是較高的高求.因而錐體的體積公式及其探求既是教學的重點，又是教學的難點.3.關(guān)于教學過程的設(shè)計本節(jié)課按如下五個方面展開:(1)復習三個問題——①錐體平行于底面的截面的性質(zhì)；②祖■原理；③柱體的體積公式及其探求思路；(2)等底面積等高的兩個錐體的體積之間的關(guān)系；(3)三棱錐的體積公式的探求；(4)一般錐體的體積公式，圓錐的體積公式；(5)錐體體積公式的簡單應用.有目的地做好舊知識的復習，為順利地進行新課的講授奠定了基礎(chǔ).(1)中的三個復習題主要是為推導“等底面積等高的兩個錐體的體積相等”這一定理而準備的.提問時應注意必要的順利.這里，祖■原理在問題③的回答中要應用，因而放在③前面提問.而由問題③的“探求思路”的回答中，利用祖■原理獲得了“等底面積等高的柱體和長方體等體積”的結(jié)論，很自然地讓人產(chǎn)生“等底面積等高的錐體體積之間有何關(guān)系”的聯(lián)想.這樣，舊課的復習很自然地過渡到了新課的講授.因此，把問題③放在最后復習比把問題①放在最后復習要好得多.“等底面積等高的錐體的體積相等”這一結(jié)論是推導三