“平面图形”与“立体图形”之间的转化是小学数学4至6年级的教学之一,是培养学生空间观念的重要内容。《数学课程标准(实验稿)》在本学段“内容标准”中明确指出:“学生将了解一些简单的几何体和平面图形的基本特征,进一步学习图形变换和确定物体位置的方法,发展空间观念。”同时在“关于学习内容”指出,学生的“空间观念主要表现在:能由实物的形状想象出几何图形,由几何图形想象出实物的形状,进行几何图形与其三视图、展开图之间的转化。”那么,如何展开平面图形与立体图形之间的转化呢?
一、互逆训练,发展学生的空间观念
在“平面图形”与“立体图形”之间的相互转化过程中,需要教师引导学生观察图形的转化结果并进行比较思考,发现规律,寻求方法。教学中,让学生“说一说”、“摆一摆”,体会不同的立体图形摆放能抽象出相同平面图形,相同平面图形能摆放出不同立体图形,这样的互逆练习有利于培养学生的空间观念。
例如,出示:
1.引导学生从正面、侧面和上面观察,说出分别看到的是什么平面图形?
2.让学生在黑板上画出从正面、侧面、上面观察得到的平面图形:
3.进行有序观察、有条理思考:
(1)如果添加1个同样的正方体,怎样拼摆出新的立体图形,使从正面看到的平面图形不变?
先小组讨论并进行拼摆,看哪组想到的办法最多,然后全班交流汇报。教师归纳并出示:
①如果从后面添加小正方体是:(图中表示添加的小正方体,下同。)
②如果从正面添加小正方体,是:
(2)第①②小题中,添加的小正方体在位置上有什么共同点?
师生小结:要添加1个小正方体时,只要是在原来物体的前面或者后面对着任意1个小立方体添加,从正面看到的平面图形的形状都不变,仍然是3个正方形的平面图形。
(3)分组探究。为使从侧面观察物体时看到的平面图形仍然不变,这1个同样的正方体该如何添加?添加时的位置有没有规律?
在学生交流汇报后,教师根据学生的回答出示:
①如果从左侧面添加小正方体是:
②如果从右侧面添加小正方体是:
师生小结:只要在原物体的侧面对应的任意1个小正方体添加小正方体,从侧面看的图形仍然是2个正方形的平面图形。
(4)独立拼摆。为使从上面观察物体时看到的平面图形不变,这1个同样的正方形又该如何添加?添加时的位置又有怎样的规律?
学生交流汇报后,教师根据学生的回答出示以上图形并总结:只要在原物体的上面对着任意1个小正方体添加小正方体,从上面看到的图形仍是4个小正方形的平面图形。
这样引导学生有序地观察,从正向和逆向两个方位进行有条理地思考,探索规律、寻求方法,实现平面图形与立体图形的相互转化,有效发展学生的空间观念和空间想象能力。
二、变式训练,提高学生的空间想象力
变式训练不仅有助于培养学生的求异、创新思维,还能提高学生思维的敏捷性。在平面图形与立体图形的相互转化中,无论立体图形怎样变化,观察得到的平面图形结果始终不变。即从某角度观察得到的同一平面图形总是对应着一个立体的“基本图形”和多个立体的“变式图形”。教学中应让学生掌握从立体的“基本图形”转化为多个立体的“变式图形”的变式训练,这样可以有效开拓学生思维,获得多种解题方法。
请看义务教育课程标准实验教科书人教版五年级上册第43页练习第5题:这是我从上面看到的图形,我用了6个正方体:
在教学时,应创造性地使用教材。当学生回答完“是这样摆的”之后,启发学生寻找新的摆法:“还可以怎样摆?”当学生摆出两种、三种、四种立体图形后,再让学生思考:根据用了6个正方体,从上面看到的图形是还能想象出哪种是立体图形的基本图形?当学生想象出立体基本图形: 之后,老师随之有序地展示各种摆法,即把小正方体分别放在各个编好号的小正方体的上面,分别得到:第一种立体图形第二种立体图形第三种立体图形第四种立体图形 第五种立体图形
把“平面图形”转化为“立体图形”是“空间与图形”这一学习领域中较为抽象的内容。要构建这一由平面图形转化为立体图形的数学模型,必须让学生在“说一说”、“摆一摆”的操作中掌握“摆”的方法,即,构建基本图形法。学生只有在构建了基本图形的基础上进行变式训练,才能想象出更多的立体图形。那么,如何构建这个基本的立体图形呢?我们以义务教育课程标准实验教科书人教版五年级上册第124页第11题为例:“从正面和上面都看到平面图形,你能确定小正方体是如何摆的吗?说一说,摆一摆。”进行探讨。
首先,我们来确定基本立体图形的长。
由于从正面和上面看到的同是平面图形:由此可知这个基本立体图形的长:前面的长是“3”(指小立方体的个数,以下同),后面的长是“2”。
其次,确定基本立体图形的高:从正面看到的平面图形可知左边(依虚线为界)有2层,左边的高是“2”;右边有1层,右边的高就是“1”。
最后,我们来确定基本立体图形的宽。
由于从正面和上面看到的同是此平面图形:由此可知,左边的宽(依虚线为界)都是“2”,右边正面的宽是“1”。
于是,我们构建出的基本立体图形是: 那么,哪些立体图从正面和上面都看到了 这个平面图形?即有多少种摆法呢?这时,就需要教师对学生进行由“基本图形”到“变式图形”的“有序变换”。如,我们把这个基本立体图形的上层的4个小正方体都编上号码(见下图),然后依次分别移出小正方体,便得到以下各种变式立体图形:
第一种是基本的立体图形(图1):
第二种立体图形是移出1号小正方体(图2):
第三种立体图形是移出2号小正方体(图3):
第四种立体图形是移出3号小正方体(图4):
第五种立体图形是移出4号小正方体(图5):
第六种立体图形是移出1、2号小正方体(图6):
第七种立体图形是移出3、4号小正方体(图7):
第八种立体图形是移出1、4号小正方体(图8):
第九种立体图形是移出2、3号小正方体(图9):
这样抓准一个平面图形对应着的立体“基本图形”进行有效规律的变换,便能得到多个立体的“变式图形”,从而圆满解答题目所求。
几何图形中把平面图形转化为立体图形,发展学生的空间观念和空间想象能力,其途径是多种多样的。可以鼓励学生在课前、课后利用各种材料,自己动手制作一些立体图形学具,让学生在制作过程中形成正确的空间图形概念,在拼摆过程中从多种角度认识图形的形状、大小、变换和位置关系,逐步发展学生的空间观念,提高学生的空间想象力。
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