Tài liệu Skkn Thiết kế mô hình của một số hình chóp và ứng dụng vào dạy học chương II, chương III hình học 11

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG THPT BẢN MÔ TẢ SÁNG KIẾN Thiết kế mô hình của một số hình chóp và ứng dụng vào dạy học chương II, chương III hình học 11 Tác giả: Dương Ngọc Mạnh Trình độ chuyên môn: Cử nhân Chức vụ: Giáo viên Nơi công tác: Trường THPT Email: [email protected] Ngày 08 tháng 02 năm 2015 - 1- 1. Tên sáng kiến: Thiết kế mô hình của một số hình chóp và ứng dụng vào dạy học chương II, chương III hình học 11. 2. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Dạy học môn Toán cấp THPT 3. Tác giả: Họ và tên: Dương Ngọc Mạnh 4. Đơn vị áp dụng sáng kiến: I. Mô tả giải pháp đã biết: Hình học không gian là một nội dung mới và khó đối với học sinh lớp 11. Đặc biệt, những học sinh có lực học trung bình, yếu, kém thường rất khó khăn trong quá trình tiếp cận, làm quen với cách tư duy hình học trong không gian. Tuy vậy, đây là môn học mô phỏng thực tế nên không gì minh họa tốt hơn vật thể thực tế. Kết hợp việc quan sát vật thể thực tế với các lí thuyết đã học để giải toán sẽ giúp học sinh hình thành tư duy hình học không gian tự nhiên hơn, dễ dàng hơn và vì thế sâu và bền vững hơn. Trong chương trình có nhiều bài toán với các loại hình chóp có đặc điểm riêng (hình chóp tam giác, hình chóp có đáy là hình bình hành, đáy là hình chữ nhật, đáy là hình thang, hình thang vuông,...), việc sử dụng mô hình trực quan của các hình chóp đó cho từng bài toán cụ thể sẽ rất hữu ích với học sinh. Tuy vậy, trong danh mục các thiết bị dạy học của các nhà trường và trên thị trường không có các mô hình đó. Một giải pháp thay thế là ứng dụng CNTT vào dạy học cùng với các phần mềm toán học như Cabri 3D, Sketchpad,... tuy nhiên trong nhiều trường hợp giải pháp này chưa hiệu quả do yêu cầu cao về cơ sở vật chất, kĩ năng tin học của giáo viên và hình minh họa từ các phần mềm chưa thực sự rõ ràng. II. Nội dung giải pháp đề nghị công nhận sáng kiến II.1. Tính mới, tính sáng tạo Để khắc phục vấn đề đã đề cập, sáng kiến này sẽ trình bày cách thiết kế mô hình tất cả các loại hình chóp theo ý muốn hoặc theo từng bài toán cụ thể. Loại mô hình này có thể tháo ra gấp gọn hoặc có thể bổ sung thêm các yếu tố như điểm, đường thẳng, thiết diện bằng cách vẽ lên bề mặt hoặc gắn thêm các đối tượng. -2- -3- -4- -5- Trước khi trình bày quy trình thực hiện, ta xem lại bài tập 1, trang 18, SGK Hình học 12 cơ bản: Cắt bìa theo mẫu dưới đây (h.1.23), gấp theo đường kẻ, rồi dán các mép lại để được các hình tứ diện đều, hình lập phương và hình bát diện đều. Hình 1.23 Cùng ý tưởng như trên, quy trình tạo mô hình khối chóp được tóm tắt như sau: Bước 1: Thiết kế mẫu hình (Hình 1) và vẽ lên chất liệu. Bước 2: Cắt theo hình vẽ và gấp lại tạo hình khối (Hình 2). Bước 3: Cố định các mép giao nhau và hoàn thành mô hình (Hình 3). Hình 1: Mẫu hình Hình 2 Hình 3: Mô hình Các bước cụ thể: II.1.1. Chuẩn bị - Giấy bìa hoặc tấm nhựa mỏng, dẻo (chi tiết ở phụ lục 1). - Kéo, dao rọc giấy. - Compa vẽ bảng. - Thước thẳng 0.5m. - Bút viết bảng loại xóa được. II.1.2. Thiết kế mẫu hình Độ dài các cạnh của mẫu hình cần bằng với mô hình thực tế. Có thể sử dụng mẫu hình với số đo cho sẵn ở phụ lục 05 hoặc tự thiết kế theo hướng dẫn ở phụ lục 07. Ví dụ: A A C AD = 3.74 AC = 3.32 AB = 3.16 DC = 3.00 DB = 2.83 BC = 2.24 C B D D C B C Chú ý: Nhân các số đo trên với một số để có kích cỡ phù hợp. II.1.3. Vẽ mẫu hình trên chất liệu và cắt - Dùng bút dạ, compa, thước kẻ để vẽ lên bìa. (Cách vẽ xem Phụ lục 06) - Dùng kéo cắt bỏ phần ngoài của mẫu hình. Gấp tạo nếp các cạnh bên trong mẫu hình để tạo thành khối chóp. -6- II.1.4. Cố định các mép và hoàn thành mô hình Sau khi đã gấp thành hình khối, ta có thể cố định lại đơn giản bằng băng dính. Tuy nhiên, để có thể tháo mở dễ dàng nếu chúng ta muốn gấp gọn hoặc thêm các chi tiết vào bên trong thì ta tạo những móc cài có thể mở được (Cách làm ở Phụ lục 02). II.1.5. Các chi tiết thêm vào Khi cần minh họa thêm các yếu tố khác như giao tuyến, giao điểm, mặt phẳng, thiết diện,... không có sẵn trong hình khối, ta có thể tạo thêm các chi tiết đó. Ví dụ tham khảo ở Phụ lục 03. II.1.6. Một số ứng dụng khác Để học sinh được hoạt động nhiều hơn, giáo viên có thể in những mẫu hình có sẵn trong Phụ lục 05 trên bìa cứng cỡ A4 hoặc lớn hơn để học sinh tự cắt và gấp lại tạo hình khối. Việc này tiết kiệm thời gian cho giáo viên và tạo hứng thú học tập cho học sinh. II.2. Khả năng áp dụng và nhân rộng Có khả năng nhân rộng do các ưu điểm sau: + Cách làm đơn giản, không yêu cầu kĩ thuật chuyên sâu. Học sinh cũng có thể thực hiện. + Chi phí thực hiện thấp. + Vật liệu, đồ dùng phổ biến, dễ tìm. + Tiết kiệm thời gian thực hiện. + Rất dễ sử dụng. + Hiệu quả tốt. + Có thể sử dụng lâu dài. + Có thể dùng chung như một đồ dùng dạy học của nhà trường. II.3. Hiệu quả, lợi ích đạt được do áp dụng giải pháp a. Hiệu quả kinh tế - Chi phí thấp. - Không yêu cầu cao về cơ sở vật chất như máy tính, máy chiếu, bản quyền phần mềm... b. Hiệu quả về mặt xã hội Qua quá trình thực hiện thực tế sáng kiến này tôi nhận thấy học sinh rất hứng thú, nhiều học sinh yếu kém đã xóa bỏ được định kiến tiêu cực về hình học không gian và có nhiều tiến bộ về ‘tư duy không gian’. Từ đó góp phần giúp các em cải thiện kết quả học tập tạo điều kiện tốt để các em tiếp cận các kì thi, kì xét tuyển vào các trường cao đẳng, đại học để trở thành các công dân có tri thức có ích cho xã hội. CƠ QUAN ĐƠN VỊ ÁP DỤNG SÁNG KIẾN (Xác nhận) ......................................... ......................................... ......................................... (Ký tên, đóng dấu) Ngày .........tháng.........năm 2015 Tác giả sáng kiến (Ký tên) Dương Ngọc Mạnh -7- PHỤ LỤC 01 VẬT LIỆU Vật liệu để tạo mô hình là giấy bìa hoặc nhựa dạng tấm, dẻo, mỏng, trong suốt có thể mua tại các cửa hàng bán giấy dán tường, vật liệu xây dựng, vật liệu chống thấm. PHỤ LỤC 02 CÁCH TẠO KHOÁ CÀI CHO CÁC MÉP Cách đơn giản nhất để cố định các mép giao nhau của các mặt của khối chóp là dùng băng dính dán. Tuy nhiên, để có thể tháo ra, ta có thể tạo các móc cài. Hình dưới đây minh họa một cách làm: PHỤ LỤC 03 MỘT SỐ VÍ DỤ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH VÀO BÀI TOÁN CỤ THỂ Bài toán 1: Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình chữ nhật. SA vuông góc với mặt đáy. a. Chứng minh các mặt bên hình chóp là các tam giác vuông. b. Từ A hạ AH vuông góc với SD; AK vuông góc với SB. Chứng minh SC ⊥ (AHK). Nhận xét: a. Việc chứng minh một tam giác vuông sẽ dễ dàng hơn nếu dự đoán đúng được góc vuông. Học sinh có thể dựa vào mô hình để tìm ra góc vuông của các mặt hình chóp dễ dàng. b. Sau khi kẻ AH và AK trên mô hình, học sinh có thể nhận ra AH ⊥ (SCD); AK ⊥ (SBC). Từ đó suy ra SC ⊥ AH; SC ⊥ AK suy ra SC ⊥ (AHK). Như vậy, việc sử dụng mô hình sẽ giúp học sinh phán đoán bài toán tốt hơn; hiểu bài toán sâu hơn. -8- Bài toán 2: Cho hình chóp S.ABCD có đáy ABCD là hình thang vuông tại A và D. Biết SA = AD = CD = a; AB = 2a. a. Chứng minh các mặt bên của hình chóp là các tam giác vuông. b. Hạ đường cao AH của tam giác SAD. Chứng minh AH ⊥ SC. b. Xác định và tính góc giữa (SBC) và (ABCD). Nhận xét: Dễ dàng chứng minh được các ∆SAB; ∆SAD; ∆SDC vuông. Với ∆SCB học sinh sẽ gặp khó khăn trong việc dự đoán được góc vuông, tuy nhiên từ mô hình có thể thấy ngay ∆SCB vuông tại C. Với mô hình, học sinh có thể thấy AC ⊥ BC một cách trực quan, dễ dàng. Từ đó chứng minh được SC ⊥ BC. Tương tự với các câu b và c; khi sử dụng mô hình, học sinh có thể phán đoán hướng giải bài toán tốt hơn việc chỉ sử dụng hình vẽ trên bảng. Hình học không gian (Euclid) là môn học mô phỏng thực tế, vậy không gì minh họa tốt hơn vật thể thực tế. Kết hợp việc quan sát vật thể thực tế với các lí thuyết đã học để giải toán sẽ giúp học sinh hình thành tư duy không gian tự nhiên hơn và vì thế sâu và bền vững hơn. PHỤ LỤC 04 MỘT VÍ DỤ VỀ TOÀN BỘ QUÁ TRÌNH TẠO MỘT MÔ HÌNH Bước 1: Xác định hình chóp cần làm mô hình - Chọn hình tứ diện. -9- A A C AD = 3.74 AC = 3.32 AB = 3.16 DC = 3.00 DB = 2.83 BC = 2.24 C B D - Mẫu hình từ phụ lục 05: D C B C - Để có mô hình bề rộng khoảng 30 cm ta nhân các số đo trên với 10, đơn vị cm ta được: AD = 37.4 cm;AC = 33.2 cm;AB = 31.6 cm;DC = 30.0 cm;DB = 28.3 cm;BC = 22.4 cm. Bước 2: Vẽ mẫu hình lên tấm nhựa và cắt * Dùng bút dạ loại xóa được: - Vẽ cạnh DB, dựng điểm C và điểm A từ cạnh này. - Dựng điểm C từ cạnh AD và điểm C từ cạnh AB. * Nối các điểm vừa dựng và cắt bỏ phần không dùng sau đó gấp theo các cạnh bên trong mẫu hình. Chú ý: - Cắt móc cài theo hướng dẫn ở phụ lục 02. Bỏ qua nếu dán băng dính. Bước 3: Cài móc và hoàn thiện -10- PHỤ LỤC 05 MỘT SỐ MẪU HÌNH THAM KHẢO 1. Hình tứ diện (chóp tam giác) A A C C B D D B C C AD = 3.74; AC = 3.32; AB = 3.16; DC = 3; DB = 2.83; BC = 2.24 2. Hình chóp đáy là hình thang S S B C D A B C D S A C B AB = 2.12; BC = 1.5; CD = 1.68; AD = 3.75; SA = 2.81; SB = 2.37; SC = 2.81; SD = 3.27; DB = 2.71 3. Hình chóp đáy là hình bình hành -11- D C S S D B A A D C B D C AD = 2.53; AB = 4.2; BC = 2.53; CD = 4.2; SD = 2.88; SA = 2.21; SB = 4.75; SC = 3.77; AC = 3.5 4. Hình chóp đáy là hình chữ nhật, SA vuông góc với (ABCD) D S S C A B D A C D B D C SA = 7.5 ;AB = 9; AC = 10.82; SB = 11.72; BC = 6; SC = 13.16; CD = 9; SD = 9.6; AD = 6 5. Hình chóp đáy là hình vuông, SA vuông góc với (ABCD). S S C C D A B A D C D B C SA = 7; AB = 6; AC = 8.49; SB = 9.22; BC = 6; SC = 11; CD = 6; SD = 9.22; AD = 6 6. Hình chóp có đáy là hình thang vuông -12- D C S S D B A A D C D B C SA = 4; AB = 8; AC = 5.66; SB = 8.94; BC = 5.66; SC = 6.93; CD = 4; SD = 5.66; AD = 4 PHỤ LỤC 06 CÁCH DỰNG HÌNH TAM GIÁC, TỨ GIÁC CÓ ĐỘ DÀI CẠNH CHO TRƯỚC 1. Tam giác Dựng tam giác ABC có số đo các cạnh là BC = a, AC = b A và AB = c. c b Bước 1: Dùng thước dài vẽ đoạn thẳng BC = a. B C Bước 2: Dùng compa vẽ đường tròn tâm B, bán kính c. a Bước 3: Dùng compa vẽ đường tròn tâm C, bán kính b. Bước 4: Giao điểm của hai đường tròn trên là đỉnh A. 2. Hình tứ giác B Dựng hình tứ giác ABCD có AB = a, BC = b, AC = c; CD = d, AD = e. Bước 1: Dựng tam giác ABC theo hướng dẫn trên. C A Bước 2: Dựng tam giác ACD theo hướng dẫn trên. D PHỤ LỤC 07 CÁCH THIẾT KẾ MẪU HÌNH CHO MỘT HÌNH CHÓP BẤT KÌ Để tạo được mô hình ta cần thiết kế mẫu hình với kích thước các cạnh bằng các cạnh của mô hình thực. Vậy ta cần tính được các cạnh của một mô hình thực, từ đó chuyển sang thiết kế mẫu hình. Ta sẽ gán khối chóp vào một hệ trục tọa độ trong không gian và xác định tọa độ các đỉnh của khối chóp và sử dụng công thức tính độ dài các cạnh (𝐴𝐵 = √(𝑥𝐵 − 𝑥𝐴 )2 + (𝑦𝐵 − 𝑦𝐴 )2 + (𝑧𝐵 − 𝑧𝐴 )2 ). Từ đó chuyển sang vẽ mẫu hình theo độ dài các cạnh đã tính. Ví dụ để thiết kế hình chóp đáy là hình bình hành ta có các bước sau: Ví dụ: Gọi hình chóp là S.ABCD, với ABCD là hình bình hành. Ta có thể lấy tọa độ các đỉnh như sau: A(2 ; 3 ; 0); B(8 ; 3 ; 0); C(6 ; 0 ; 0); D(0 ; 0 ; 0); S(2 ; 2 ; 3). - Tính độ dài các cạnh: AD = 3.61; AB = 6; BC = 3.61; CD = 6; SD = 4.12; SA = 3.16; SB = 6.78; SC = 5.39; AC = 5. - Thiết kế mẫu hình: + Vẽ nháp phác thảo mẫu hình (chưa cần chính xác độ dài) -13- D D B A D S C S C A D B C + Dùng thước dài vẽ CD = 6. Vẽ hai đường tròn tâm D bán kính AD, tâm C bán kính AC để xác định điểm A. + Kẻ AB // CD và AB = 6. Kiểm tra lại BC = 3.61. + Dùng compa xác định S từ SA và SB, xác định C từ SC và BC. + Tương tự như trên, dùng thước dài, compa xác định các đỉnh còn lại. + Dùng kéo cắt theo các cạnh biên bên ngoài mẫu hình. + Gấp theo các cạnh nằm trong mẫu hình sao cho các đỉnh có chung kí hiệu thì trùng nhau để tạo hình chóp. Chú ý: - Kích thước chỉ mang ý nghĩa tỉ lệ, để có kích thước phù hợp, ta có thể nhân kích thước tham khảo với cùng một số. -14- PHỤ LỤC 08 MỘT SỐ MÔ HÌNH ĐÃ HOÀN THÀNH -15- -16- ----HẾT---Mọi thắc mắc liên hệ: [email protected]. -17-