基于“六學(xué)課堂”教學(xué)范式的中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計框架

◎ 海南省海口市教育研究培訓(xùn)院 孫元勛

◎ 海南省海口海港學(xué)校 趙玲燕

中學(xué)數(shù)學(xué)“六學(xué)課堂”教學(xué)范式提出“應(yīng)該學(xué)、人人學(xué)、做中學(xué)、自主學(xué)、交互學(xué)和深度學(xué)”，旨在促進(jìn)中學(xué)數(shù)學(xué)教師在教學(xué)設(shè)計與實施上進(jìn)一步落實以學(xué)生為本的教育理念。下面筆者以人教A版普通高中數(shù)學(xué)教科書必修第二冊6.3.1節(jié)“平面向量基本定理”教學(xué)為例，構(gòu)建基于“六學(xué)課堂”教學(xué)范式的中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計框架。

一、教學(xué)內(nèi)容和內(nèi)容解析

1.內(nèi)容：平面向量基本定理。

2.內(nèi)容解析。

（1）內(nèi)容的本質(zhì)：平面向量基本定理揭示了平面內(nèi)任一向量與兩個不共線向量的聯(lián)系，是二維向量空間特征的表現(xiàn)，即平面內(nèi)任一向量可以由兩個不共線的向量生成，這是將平面向量的運算化歸為數(shù)的運算的基礎(chǔ)。在同一平面內(nèi)雖然存在無窮多個向量，但任意一個向量都可以表示成兩個不共線向量組成的基底的線性組合，這樣就可以利用這組基底表示這個平面內(nèi)圖形的任意元素，從而可以通過代數(shù)運算解決平面幾何問題，使得問題的解決“程序化”。

（2）內(nèi)容蘊含的數(shù)學(xué)思想方法：平面向量基本定理的發(fā)現(xiàn)過程蘊含著豐富的數(shù)學(xué)思想，如轉(zhuǎn)化思想、數(shù)形結(jié)合思想等。

（3）內(nèi)容的上下位關(guān)系：平面向量基本定理是共線向量定理的推廣，是定義向量的坐標(biāo)表示的基礎(chǔ)，也是將向量運算轉(zhuǎn)化為代數(shù)運算的基礎(chǔ)。理解平面向量基本定理的重要作用，可以加深對平面向量運算的認(rèn)識。

（4）內(nèi)容的育人價值：從“位于同一直線上的向量可以由位于這條直線上的一個非零向量表示”出發(fā)，通過力的分解這一背景和已有向量運算經(jīng)驗的分析，提出“平面內(nèi)任意一個向量如何表示？”“能否用有限個特定向量表示？”等問題，其中蘊含著數(shù)學(xué)的思考方式和理性思維，滲透著講邏輯、以簡馭繁的思維品質(zhì)。在力的分解基礎(chǔ)上獲得啟發(fā)，在探究平面向量基本定理的過程中發(fā)展學(xué)生數(shù)學(xué)抽象、直觀想象的核心素養(yǎng)。通過對平面向量基本定理的理解，能夠明確利用平面向量運算解決問題，可以把問題中的向量轉(zhuǎn)化為基底再進(jìn)行運算，進(jìn)一步明確向量運算的策略，從而發(fā)展數(shù)學(xué)運算核心素養(yǎng)。

3.教學(xué)重點。基于以上分析，本節(jié)課的教學(xué)重點為：平面向量基本定理、定理的發(fā)現(xiàn)和證明過程。

二、教學(xué)目標(biāo)和目標(biāo)解析

1.教學(xué)目標(biāo)。

（1）理解平面向量基本定理及其意義。

（2）會運用平面向量基本定理解決簡單的平面幾何問題。

2.目標(biāo)解析。達(dá)成上述目標(biāo)的標(biāo)志是:

（1）經(jīng)歷平面向量基本定理的探索過程：從力的分解這一物理背景獲得啟發(fā)，能夠?qū)⑵矫鎯?nèi)給定的任一非零向量按照指定的兩個不同方向進(jìn)行分解；在回顧前面學(xué)習(xí)向量運算過程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步借助信息技術(shù)動手操作，形成猜想并最終領(lǐng)會“平面內(nèi)任一向量都可以被兩個非零向量線性表示”的結(jié)論。

（2）會證明平面向量基本定理。

（3）能用自己的語言說出定理的重要性及其意義。

（4）會通過選擇基底表示平面內(nèi)的一些向量，解決一些平面幾何問題，指導(dǎo)向量法在解決平面幾何問題中的作用和基本步驟。

三、教學(xué)問題診斷分析

1.教學(xué)問題診斷分析。根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗，學(xué)生在學(xué)習(xí)完平面向量基本定理后，常常出現(xiàn)只記得定理的結(jié)論，而沒有真正認(rèn)識到定理的“基本內(nèi)涵”所在，從而導(dǎo)致學(xué)生在應(yīng)用向量法解決幾何問題時感到困難。究其原因，主要是學(xué)生在學(xué)習(xí)平面向量基本定理的過程中，沒有經(jīng)歷完整的定理探究過程，獲得的數(shù)學(xué)基本活動經(jīng)驗不夠充分，因而對平面向量基本定理的認(rèn)識不到位，所以造成上述影響。

教學(xué)中從力的分解這一物理背景引出平面內(nèi)任意一個向量的分解，前面學(xué)生已經(jīng)利用平面向量的運算解決了部分平面圖形中的向量問題，實際上這些問題也是以平面向量基本定理為背景的。通過幫助學(xué)生回顧前面的這些問題，結(jié)合“位于同一直線上的向量可以由位于這條直線上的一個非零向量表示”的經(jīng)驗，提出“平面內(nèi)任意一個向量如何表示？”這一問題，并引導(dǎo)學(xué)生借助網(wǎng)格圖、信息技術(shù)等多種工具真正參與親手畫、親自操作的學(xué)習(xí)過程，幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)平面向量基本定理的結(jié)論，同時使其感受到掌握平面向量基本定理的重要性。對于平面向量基本定理的證明，由于既要證明平面向量的存在性，又要證明其唯一性，難度較大，可以讓學(xué)生在教師的幫助下完成。

2.教學(xué)難點。通過以上分析，本節(jié)課的教學(xué)難點是平面向量基本定理的發(fā)現(xiàn)過程及對定理的證明。

四、教學(xué)支持條件分析

在平面向量基本定理的發(fā)現(xiàn)過程中，利用信息技術(shù)工具可以展示任一向量分解的例子（有條件的班級可以讓學(xué)生通過動手操作深入體會），體會任一向量被基底線性表示時的存在性和唯一性，幫助學(xué)生理解定理。

五、教學(xué)過程設(shè)計

1.學(xué)習(xí)活動設(shè)計。根據(jù)數(shù)學(xué)定理學(xué)習(xí)的一般過程，結(jié)合平面向量基本定理的教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計如下多樣化的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)方式促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)本節(jié)課的知識體系（如表1）。

表1 學(xué)生建構(gòu)知識的過程與方式

2.教學(xué)過程設(shè)計。

（1）教學(xué)環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，明確問題。

引導(dǎo)語1：前面我們學(xué)習(xí)了向量的運算和運算律，知道向量是溝通代數(shù)和幾何的橋梁，到了下節(jié)課，同學(xué)們會了解到向量的運算竟然可以化歸為數(shù)的運算。在此之前，需要我們首先學(xué)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容：平面向量基本定理。我們知道，位于同一直線上的向量可以由位于這條直線上的一個非零向量表示，類似地，平面內(nèi)的任意一個向量還有哪些特征？請同學(xué)們先看下面的情景：

物理中，同一個力F（大小相等、方向相同），有時要將它按照不同的方向分解為兩個力的和，如圖1、圖2所示。

圖1

圖2

在圖1中，當(dāng)物體在水平面上時，我們經(jīng)常把力F分解為水平方向和豎直方向的兩個分力；在圖2中，當(dāng)物體在斜面上時，我們經(jīng)常把力F分解為平行于斜面和垂直于斜面的兩個分力，從中我們能獲得怎樣的啟發(fā)？

[設(shè)計意圖]1.幫助學(xué)生明確前面研究了向量的哪些內(nèi)容，并通過“到了下節(jié)課，同學(xué)們會了解到向量的運算竟然可以化歸為數(shù)的運算”激發(fā)學(xué)生好奇心，同時通過“在此之前，需要我們首先學(xué)習(xí)本節(jié)課的內(nèi)容‘平面向量基本定理’”滲透本節(jié)課內(nèi)容與前后知識的聯(lián)系；2.從知識的邏輯上提出“平面內(nèi)的任意一個向量還有哪些特征”這一問題，并給出相應(yīng)的物理背景，為下面研究向量的分解做好鋪墊。

（2）教學(xué)環(huán)節(jié)二：通過具體向量的作圖和線性表示，感悟基本定理的結(jié)論。

問題1：做一做：已知向量a、b、c如圖3，請在網(wǎng)格處以點O為公共起點，將向量c按a和b的方向分解，作出分解示意圖；向量c能夠?qū)懗蒫=xa+yb的形式嗎？如果能，寫出相應(yīng)的x和y。

制度貸款是由政府制定的一種長期低息貸款方式，其主要目的在于鼓勵農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。該貸款方式主要分為三種類型：一是由政府出面進(jìn)行擔(dān)保，將銀行中的一些資金用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；二是由政府進(jìn)行擔(dān)保和支付相應(yīng)的利息費用，調(diào)用農(nóng)協(xié)的資金；三是直接利用國家金融機構(gòu)進(jìn)行財政資金貸款。

圖3

師生活動：學(xué)生獨立作圖，教師通過巡視對作圖困難的學(xué)生給予指導(dǎo)：首先要把向量a、b、c平移到同一個起點Ο，再根據(jù)向量a、b、c的方向作出以向量c所在線段為對角線的平行四邊形ΟACB，然后將向量c寫成與b共線），最后寫出OA與a，OB與b的數(shù)乘關(guān)系。

[設(shè)計意圖]這里首先給出具體的向量a、b、c，讓學(xué)生在網(wǎng)格圖中獨立完成c=xa+yb的表示，一方面通過設(shè)計“動手作圖”的學(xué)習(xí)活動，豐富學(xué)生探究定理過程的數(shù)學(xué)基本活動經(jīng)驗，一方面通過具體的實例引導(dǎo)學(xué)生感悟基本定理的內(nèi)容，明確c=xa+yb的表示方法。

（3）教學(xué)環(huán)節(jié)三：結(jié)合對前面向量運算相關(guān)問題的梳理，形成對定理的猜想。

引導(dǎo)語：請同學(xué)們回顧一下前面我們利用平面向量的運算解決的一些問題。

圖4

圖5

圖6

引導(dǎo)語：同學(xué)們想想，以上每個問題是不是都要求我們把幾何圖形中的某個向量用2個向量來表示？

[設(shè)計意圖]前面學(xué)生已經(jīng)利用平面向量的運算解決了部分平面圖形中的向量問題，實際上這些問題也是以平面向量基本定理為背景的。通過幫助學(xué)生回顧前面的這些問題，結(jié)合前面的物理背景、動手作圖，為學(xué)生提出問題、猜想定理的結(jié)論做好先行鋪墊。

問題2：我們知道，位于同一直線上的向量可以由位于這條直線上的一個非零向量表示。數(shù)學(xué)中我們總是希望用最少的量來表示一類問題，這往往是我們解決問題時對一些量進(jìn)行轉(zhuǎn)化的方向，實際上就是我們常說的化歸數(shù)學(xué)思想方法。通過前面對物理背景和數(shù)學(xué)題目的回顧，以及我們作圖過程的體驗，你能提出什么類似的問題嗎？或者說有什么猜想？

師生活動：在教師引導(dǎo)下，通過對前面學(xué)習(xí)過程的分析，提出問題：“平面內(nèi)任意向量是否可以由同一平面內(nèi)的2個不共線的向量表示？”

（4）教學(xué)環(huán)節(jié)四：利用網(wǎng)絡(luò)畫板進(jìn)行探究（如圖7），驗證猜想，證明定理。

圖7

問題3：在網(wǎng)絡(luò)畫板課件中，不斷改變向量a，也可以改變e1和e2的方向與模長，你有什么發(fā)現(xiàn)？

追問1：如果向量a是這一平面內(nèi)與e1、e2中的某一個向量共線的非零向量，你能用e1、e2表示a嗎？若a是零向量呢？

師生活動：學(xué)生操作課件，觀察、思考、嘗試和探究，教師進(jìn)行巡視和指導(dǎo)。最后請學(xué)生代表發(fā)言展示，得出只要e1和e2是平面內(nèi)2個不共線的向量，平面內(nèi)的任一向量a都可以表示成a=λ1e1+λ2e2的形式。

[設(shè)計意圖]利用信息技術(shù)，讓學(xué)生在動手操作、觀察、思考的探究過程中發(fā)現(xiàn)、體會平面內(nèi)任一向量都可以被兩個不共線的向量表示的結(jié)論。

追問2：這種表示形式是唯一的嗎？為什么？

師生活動：教師指導(dǎo)學(xué)生再次操作課件，進(jìn)一步觀察，體會表示形式的唯一性，并嘗試讓學(xué)生用自己的語言進(jìn)行表達(dá)，對表達(dá)的邏輯性、正確性給予評價。最后給出平面向量基本定理的嚴(yán)格表達(dá)方式。

[設(shè)計意圖]通過操作、觀察、思考，進(jìn)一步明確向量定理的“唯一性”，從而得出定理結(jié)論的嚴(yán)格表達(dá)。

問題4：你能證明平面向量基本定理嗎？

師生活動：學(xué)生先獨立思考，教師根據(jù)學(xué)生的問題教學(xué)并加以引導(dǎo)。證明完成后，對定理內(nèi)容進(jìn)行如下強調(diào)：任意2個不共線的向量都可以作為1個平面所有向量的一個基底；零向量不能作為基底中的向量；零向量也能被基底唯一表示，并且若有不共線的向量a、b，且0=λ1a+λ2b，則必有λ1=λ2=0。

[設(shè)計意圖]完成定理的證明，在證明的過程中體會反證法的作用。明確平面向量基本定理的一些常見結(jié)論，進(jìn)一步理解定理的意義。

（5）教學(xué)環(huán)節(jié)五：平面向量基本定理的簡單應(yīng)用。

圖8

圖9

[設(shè)計意圖]本題是教科書中的例題，通過講解例題進(jìn)一步鞏固平面向量基本定理，明確用向量法解決平面幾何問題的基本步驟。

（6）教學(xué)環(huán)節(jié)六：課堂小結(jié)，形成結(jié)構(gòu)。

問題7：請同學(xué)們帶著下列問題回顧本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并給出回答：

①回顧學(xué)習(xí)平面向量基本定理的大致過程，我們在學(xué)習(xí)平面向量基本定理的過程中主要經(jīng)歷了哪些關(guān)鍵環(huán)節(jié)？

②敘述平面向量基本定理，你能進(jìn)一步說出證明平面向量基本定理的思路嗎？

③結(jié)合前面對平面向量內(nèi)容的學(xué)習(xí)，從平面向量基本定理的作用角度出發(fā)，你覺得平面向量基本定理的“基本”體現(xiàn)在哪些方面？

師生活動：先由學(xué)生獨立思考、作答，再進(jìn)行全班交流，教師和學(xué)生互動、點評后進(jìn)行如下總結(jié)。

①本節(jié)課我們從物理中力的分解這一實際背景出發(fā)，體會到任意一個力可以根據(jù)我們的需要沿不同方向進(jìn)行分解。通過梳理先前一些向量運算的問題，從而獲得啟發(fā)，提出問題：平面內(nèi)任意向量是否可以進(jìn)行類似的分解？能得到哪些結(jié)論？通過對具體向量的分解。利用網(wǎng)絡(luò)畫板軟件體會對任意向量按照給定的兩個“基底”方向進(jìn)行分解等操作、觀察和分析過程，得出平面向量基本定理內(nèi)容的猜想，并完成定理的證明和分析。最后通過兩個例題，體會解決平面幾何問題時“基底”的思想。

②平面向量基本定理的證明，即證明“存在性”和“唯一性”，“存在性”的證明要考慮任意向量與基底的不同方向的情況，通過說理進(jìn)行證明，“唯一性”則是基于“正難則反”的考慮，采用反證法進(jìn)行證明。

③平面向量基本定理揭示了平面內(nèi)任意向量與兩個不共線向量的聯(lián)系，是二維向量空間特征的表現(xiàn)，即平面內(nèi)任意向量可以由兩個不共線的向量生成。在同一平面內(nèi)雖然存在無窮多個向量，但任意一個向量都可以表示成兩個不共線向量組成的基底的線性組合，因此在解決具體問題的過程中，所有向量之間的運算都可以轉(zhuǎn)化為構(gòu)成基底的兩個向量之間的運算，這為應(yīng)用平面向量解決問題指明了運算的方向。另外，通過后面的學(xué)習(xí)，同學(xué)們還可以進(jìn)一步體會到平面向量基本定理是將平面向量的運算化歸為數(shù)的運算的基礎(chǔ)。

[設(shè)計意圖]從結(jié)構(gòu)化、聯(lián)系性等角度歸納總結(jié)本課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，進(jìn)一步認(rèn)識平面向量基本定理的內(nèi)容，體會定理的重要性，滲透數(shù)學(xué)命題的研究過程，凸顯知識的本質(zhì)。

（7）教學(xué)環(huán)節(jié)七：目標(biāo)檢測，檢驗效果。

題1：下面三種說法中，正確的是（ ）。

①一個平面內(nèi)只有一對不共線向量可作為表示該平面所有向量的基底；

②一個平面內(nèi)任意一對不共線的向量均可作為表示該平面所有向量的基底；

③零向量不可作為基底中的向量。

A．①② B．②③

C．①③ D．①②③

題2：已知向量e1、e2不共線，下面的向量a、b能作為基底的是（ ）。

A．a(chǎn)=e1-e2，b=-e1+e2

B．a(chǎn)=0，b=e1

C．a(chǎn)=3e1-6e2，b=2e1+4e2

D．a(chǎn)=e1+2e2，b=2e1+e2

圖10

[設(shè)計意圖]題1、題2檢測對基本定理基底的理解，題3檢測平面向量基本定理的簡單應(yīng)用。

課后作業(yè)：教科書必修二第27頁練習(xí)1、2、3題。

綜上所述，基于“六學(xué)課堂”教學(xué)范式設(shè)計合適的教學(xué)方式和學(xué)習(xí)活動，有助于落實“人人都能獲得良好的數(shù)學(xué)教育”這一數(shù)學(xué)課程核心理念。