Hướng dẫn học sinh chứng minh một bài toán hình học

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập-Tự do-Hạnh phúc Cà mau, ngày 15 tháng 02 năm 2013 BÁO CÁO SÁNG KIẾN - Tên sáng kiến: “Hướng dẫn học sinh chứng minh một bài toán hình học”. - Họ và tên: Lê Thị Bé Ba - Thời gian đã được triển khai thực hiện: từ ngày 01/10/2012 đến ngày 31/5/2013. I. SỰ CẦN THIẾT, MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC THỰC HIỆN SÁNG KIẾN: Trong quá trình dạy học môn Toán ở trường Trung học cơ sở, việc chứng minh một bài toán là rất khó, việc dạy học sinh chứng minh bài toán hình học là vấn đề càng khó hơn đây là vấn đề khá trừu tượng đối với học sinh. Đồng thời, việc hướng dẫn học sinh thực hiện cũng khá phức tạp. Chính vì lẽ đó, thực trạng giảng dạy cho thấy, nếu chúng ta khảo sát ở các em học sinh bằng cách lấy ngẫu nhiên một lớp học (khoảng 35 em) và ra một đề kiểm tra về dạng chứng minh một bài toán hình học, ta sẽ thấy không quá 10 em làm hoàn thành bài toán ấy. 1 1 Thực ra, việc chứng minh một bài toán hình học có nhiều bài toán không có cách giải một cách tường minh. Đối với những bài toán ấy, giáo viên chỉ có thể hướng dẫn cho học sinh cách suy nghĩ, tìm tòi lời giải. Đây là cơ sở để giáo viên trang bị dần cho học sinh một số tri thức, phương pháp nhằm rèn luyện và phát triển ở học sinh năng lực tư duy lô gic. Giáo viên phải biết đặt ra cho học sinh đúng lúc, đúng chỗ những câu hỏi gợi ý sâu sắc, phù hợp với trình độ đối tượng và trong chừng mực nào đó các em sử dụng khéo léo và linh hoạt lược đồ chứng minh một bài toán hình học. Thể hiện kinh nghiệm và năng lực sư phạm của người giáo viên trong quá trình giảng dạy. Đây là kinh nghiệm chứ không phải bằng chỉ dẫn có tính chất thuật toán. Tiếp thu những kinh nghiệm này, mỗi giáo viên chúng ta có thể thực hiện khác nhau cả về cách thức lẫn thời gian để đi đến kết quả và có thể không đi đến kết quả. Điều đó nói lên tính chất khó khăn, phức tạp của việc truyền đạt phương pháp và kinh nghiệm dạy toán chứ không phải phủ nhận vai trò quan trọng của việc này. Không có một phương pháp tổng quát nào để giải cho mọi bài toán, chúng ta chỉ có thể thông qua dạy học giải một số bài toán cụ thể mà dần dần truyền thụ cho học sinh cách thức, kinh nghiệm để tiến tới nghệ thuật trong việc suy nghĩ, tìm tòi cách chứng minh một bài toán hình học. Trong quá trình giảng dạy, tôi xin mạnh dạn đưa ra khía cạnh 1 2 nhỏ về phương pháp dạy học chứng minh một bài toán hình học để giúp học sinh cải thiện năng lực chứng minh của mình, đồng thời phát triển nó ở một mức độ nhất định. II. PHẠM VI TRIỂN KHAI THỰC HIỆN: Đã triển khai thực hiện ở trường Trung học cơ sở Phường 1, thành phố Cà Mau. III. MÔ TẢ SÁNG KIẾN: Để hướng dẫn học sinh chứng minh một bài toán hình học, chúng ta nên thực hiện theo trình tự các bước sau: 1. Tìm hiểu nội dung của bài toán: Để giải được một bài toán nói chung cũng như chứng minh một bài toán hình học nói riêng, trước hết phải hiểu đề bài và có hứng thú chứng minh bài toán ấy. Chúng ta dễ dàng nhận thấy các em sự thụ động và thiếu tự tin ở những dạng toán “chứng minh”. Điều này cũng dễ hiểu vì khi đọc đề bài, các em không hiểu bài toán nói gì và yêu cầu thực hiện điều gì. Vì thế, giáo viên cần hết sức chú ý khâu quan trọng này và tìm cách gợi động cơ, kích thích trí tò mò, hứng thú ở học sinh, giúp các em hiểu vấn đề phải chứng minh và cần thiết chứng minh. Đối với bước này, ta có thể tiến hành như sau: - Cho ít nhất hai học sinh đọc đề, cả lớp theo dõi. - Cho cả lớp nhẩm thầm đề bài trong ít phút và tự xác định cách vẽ hình. Tự đặt và trả lời các câu sau trong tư duy: 1 3 + Hình vẽ cần vẽ cái gì trước, cái gì sau? + Cách xác định các điểm của đề (nếu có). + Cách vẽ góc, đoạn (nếu có). 2. Rèn kĩ năng vẽ hình và tóm tắt bài toán: a.Hình vẽ: Sau khi đã đọc kĩ bài toán, tưởng tượng một cách khái quát và sơ bộ một hình phát thảo có chứa đựng các dữ kiện trong đề bài, giáo viên vừa hướng dẫn, vừa thực hiện các thao tác vẽ hình cho học sinh nắm. Khi vẽ hình cần lưu ý các điểm sau đây: - Hình vẽ phải mang tính tổng quát, không nên vẽ hình trong những trường hợp đặc biệt. Ở khía cạnh này học sinh thường không chú ý và hay mắc phải sai lầm nên giáo viên phải nhắc nhở để tránh tình trạng ngộ nhận khi chứng minh. Chẳng hạn: Đối với các đoạn thẳng không nên vẽ bằng nhau, đối với các tam giác không nên vẽ cân hay vuông . . . nếu như bài toán không đòi hỏi. - Hình vẽ phải rõ ràng, dễ nhìn thấy những quan hệ (song song, cắt nhau, vuông góc . . .) và tính chất hình học (đường trung trực, phân giác, tam giác cân, tam giác vuông . . .) mà bài toán đã cho. Có những trường hợp phải khéo léo lựa chọn trình tự vẽ các yếu tố trong bài. 1 4 - Ngoài ra, để làm nổi bậc vai trò khác nhau của các đường, các hình, trong hình vẽ có thể vẽ bằng nét đậm, nét nhạt, nét liền, nét đứt hoặc dùng màu khác nhau . . . Điều này cũng quyết định đến việc quan sát hình vẽ của học sinh rất nhiều. Giáo viên cần lưu ý học vẽ hình to, rõ ràng để tập cho các em quan sát hình tốt hơn. - Luôn yêu cầu học sinh thao tác nhanh nhưng cẩn thận, chính xác, thể hiện gần đúng các quan hệ về độ lớn của các góc và các đoạn thẳng trong đề bài. Ví dụ: “Vẽ tia phân giác của · xOy bằng 120 0 ”; giáo viên có thể hướng dẫn học sinh như sau: Dùng thước đo góc vẽ · xOy = 120 0 . Vẽ tia phân giác của · xOy theo một trong các cách sau: * Cách 1: Dùng thước đo góc (hình 1) * Cách 2: Dùng thước hai mặt (hình 2) * Cách 3: Dùng compa (hình 3) 1 5 O x z y O x z y 60 0 O x z y b. Ký hiệu: - Thông qua hình đã vẽ, giáo viên tập cho học sinh tóm tắt đề bài bằng cách ghi giả thiết, kết luận. Lưu ý học sinh: “Việc ghi giả thiết, kết luận là chúng ta đã mã hóa ngôn ngữ bằng kí hiệu” nên phải sử dụng kí hiệu một cách chính xác trong phạm vi cho phép, không nên sử dụng một cách tùy tiện. Việc ký hiệu giúp chúng ta nhìn bài toán một cách tổng quát hơn. Mặt khác, tạo điều kiện cho các em liên tưởng đến thứ tự và sự tương quan giữa các đối tượng. - Khi nghiên cứu đề toán, nhiều trường hợp ta phải chọn kí hiệu và đưa kí hiệu vào một cách thích hợp. Dùng kí hiệu toán học có thể ghi lại các đối tượng và mối liên quan giữa chúng trong bài toán một cách ngắn gọn, dễ nhớ, dễ quan sát. Cách kí hiệu thích hợp có thể nhanh chóng giúp chúng ta hiểu được bài toán. “Thời gian dành để chọn kí hiệu sẽ được trả công rất hậu bởi thời gian tiết kiệm được nhằm tránh khỏi mọi sự do dự và lẫn lộn” - Khi đã chọn các ký hiệu cần chú ý: + Mỗi ký hiệu có nội dung dễ nhớ, tránh nhầm lẫn hoặc hiểu nước đôi. + Thứ tự các ký hiệu và quan hệ giữa chúng phải giúp ta liên tưởng đến kí tự và quan hệ giữa các đại lượng tương ứng. + Không dùng một ký hiệu để chỉ hai đối tượng khác nhau. Các ký hiệu cùng loại để chỉ các đối tượng cùng loại. Chẳng hạn: Với ∆ABC: A, B, C chỉ các đỉnh; a, b, c chỉ các cạnh tương ứng đối diện với các đỉnh A, B, C; h a , h b , h c chỉ các đường cao tương ứng với các cạnh a, b, c . . . Hoặc ký hiệu ∆ABC = ∆DEF tương ứng với quan hệ các cạnh AB = DE, BC = EF, AC = DF; . . . 3. Xây dựng chương trình giải: Tiếp theo giáo viên đi vào phân tích bài toán: Cái gì đã cho, cái gì chưa biết, có mối quan hệ nào giữa điều phải chứng minh với các yếu tố đã cho trong giả thiết. Điều này nhằm gạt sang một bên những cái không bản chất, chỉ giữ lại những quan hệ hình học trong đề bài để có thể nhận dạng được bài toán. Ở bước này, giáo viên phải chú ý chia nhỏ bài toán cần chứng minh thành nhiều bước đơn giản hơn và phải huy động được toàn bộ kiến thức (định nghĩa, định lý, tính chất, . . .) có liên quan đến những khái niệm, những quan hệ trong đề bài rồi lựa chọn trong số đó những kiến thức gần gũi hơn cả với dữ kiện bài toán. Mò mẫm, dự đoán, thử xét một vài khả năng kể cả trường hợp đặc biệt, liên hệ một bài toán tương tự hoặc một bài toán đã chứng minh trước đó (tính kế thừa trong toán học), . . . 1 6 a. Dựa vào các bài toán đã giải: Có thể có nhiều bài toán liên quan tới bài toán đang xét. Do đó, cần thiết phải nhớ lại một bài toán đã được giải gần giống với bài toán đang xét để lợi dụng vào phương pháp giải, kinh nghiệm, . . . b. Biến đổi bài toán: Tạo ra những mối quan hệ mới, khả năng mới dẫn đến liên hệ lại kiến thức liên quan đến bài toán. c. Biến đổi bài toán thành bài toán đơn giản hơn: Điều này chủ yếu dựa vào kinh nghiệm: “Một bài toán khó thường tạo ra từ sự kết hợp của bài toán đơn giản hơn”. Cho nên, để giải bài toán cần thiết phải phân tích bài toán đang xét thành những bài toán nhỏ dễ giải. d. Có thể mò mẫm, dự đoán kết quả bằng cách thử một số trường hợp đặc biệt, tổng quát dẫn đến lời giải bài toán đang xét. Chẳng hạn với bài toán chứng minh bằng phương pháp quy nạp. e. Sử dụng phương pháp đặt vấn đề bằng hệ thống câu hỏi: - Gặp bài toán này lần nào chưa? Đã gặp ở một dạng khác? Có bài toán nào liên quan? Có thể sử dụng định lý nào để giải? - Sử dụng phương pháp nào để giải? Cần đưa thêm yếu tố phụ? . . . f. Phân tích bài toán bằng sơ đồ → Giải quyết ngược lại: Khó khăn lớn nhất của học sinh trong bài toán hình học là các em không có khả năng xâu kết các chi tiết trong bài toán. Từ đó, làm cho các em hoàn toàn mất phương hướng trong việc xây dựng chương trình giải (không biết bắt đầu từ đâu, giải quyết bằng công cụ nào? . . .) Như vậy, phân tích bài toán bằng sơ đồ một mặt hướng dẫn học sinh khai thác sự kiện, mặt khác học sinh có thể xác định rõ cách thức, trình tự giải quyết bài toán cũng như các em có thể xác định được cần phải sử dụng nội dung kiến thức nào để giải quyết bài toán. Vậy phân tích các bài toán bằng sơ đồ là như thế nào? Có thể minh họa bằng sơ đồ sau: 1 7 A B D C E F G Ví dụ 1: Cho ∆ABC vuông ở A, đường cao AH. Chứng minh rằng: AB 2 = BC. BH * Phân tích: AB 2 = BC. BH → AB.AB = BC. BH → AB BH BC AB = µ A = µ H = 1v µ B chung Và khi thực hiện tiến hành từ dữ kiện bài toán đã cho: µ A = µ H = 1v và µ B chung để kết luận các vấn đề liên quan. Ngoài ra, đối với những bài toán nhiều nội dung kiến thức (có kiến thức không áp dụng được) thì bằng phương pháp nêu trên, học sinh cũng dễ dàng loại bỏ những phương pháp không phù hợp bằng việc đối chiếu với dữ kiện bài tập đã cho. Ví dụ 2: Cho hình vẽ, tìm AH? AH 2 = BH.CH AB.AC = BC.AH (loại) 2 2 2 1 1 1 AH AB AC = + (loại) Ví dụ 3: Bài tập 51 (SGK Toán 7 – Tập 1 – Trang 128) Đối với câu a, trước khi so sánh hai góc ABD và ACE, để học sinh quan sát được dễ dàng hơn cũng như việc trình bày lời giải một cách ngắn gọn, giáo viên có thể đánh dấu: · µ · µ 1 1 ABD B ;ACE C= = . Tiếp theo, giáo viên có thể đưa ra hệ thống câu hỏi như sau: + Để so sánh hai góc nêu trên, có bao nhiêu khả năng xảy ra? Trả lời: Có ba khả năng: µ 1 B < µ 1 C ; µ 1 B = µ 1 C ; µ 1 B > µ 1 C . + Với giả thiết ∆ABC cân tại A, lại có AD = AE, các em hãy dự đoán một trong ba khả năng đó, khả năng nào xảy ra nhiều hơn? 1 8 → ∆ABC # ∆HBA A C H B A C H B 5 1 AH A D B E C Trả lời: µ 1 B = µ 1 C . + Như vậy, để kiểm tra hai góc có bằng nhau hay không, ta thường dùng phương pháp nào? Gợi ý: Hai góc đó nằm trong hai tam giác nào? Trả lời: Chứng minh cho ∆ABD = ∆ACE. Khi đó, việc so sánh hai góc đã trở về bài toán quen thuộc mà học sinh đã biết cách giải: “Chứng minh hai tam giác bằng nhau”. Giáo viên có thể huy động kiến thức để giúp học sinh giải được bài toán này bằng cách giúp lại các trường hợp bằng nhau của hai tam giác kết hợp minh họa hai tam giác này ra bảng nháp (hình 4). Khi đó, tính trừu tượng của bài toán đã giảm nhẹ, học sinh dễ dàng chứng minh được hai tam giác đó bằng nhau theo trường hợp cạnh – góc – cạnh. Ví dụ 4: “Dựng ∆ABC biết µ A = 60 0 ; AB 1 AC 2 = và trung tuyến xuất phát từ đỉnh A có độ dài m cho trước”. Giáo viên có thể phân tích bài toán này thành hai bài toán như sau: (1): Dựng ∆AB’C’ biết µ A = 60 0 ; AB 1 AB' 2 = . (2): Dựng ∆ABC # ∆AB’C’; BC // B’C’ và trung tuyến xuất phát từ A bằng độ dài m cho trước. Sau khi hướng dẫn học sinh tìm ra hướng chứng minh bài toán, giáo viên có thể tóm tắt quá trình thực hiện bằng một sơ đồ (theo hướng phân tích đi lên). Ví dụ 5: Sơ đồ chứng minh bài 52 (SGK Toán 7 – Tập 1 – Trang 128) có thể phác thảo như sau: (Hình vẽ của bài toán) 1 9 A B D A C E 1 2 O x A y 1 2 C B * Sơ đồ: 4. Trình bày lời giải: Sau khi đã phác thảo được sơ đồ chứng minh bài toán, giáo viên sẽ trình bày lời giải ra bảng và lưu ý học sinh: Trong sơ đồ, yếu tố nào thể hiện trước là điều phải chứng minh (thông thường chúng ta đi theo con đường này). Do đó, ta phải trình bày từ dưới lên. Lúc này, thời gian cho phép, giáo viên chỉ ghi những bước chứng minh chính ra bảng phụ rồi cho một em lên thực hiện, tất cả các em còn lại làm vào phiếu bài tập có sẵn hướng dẫn. Điều này góp phần tạo điều kiện cho hoạt động trên lớp được diễn ra đồng loạt. Cuối cùng, giáo viên tập cho học sinh thói quen kiểm tra lời giải bài toán bằng cách nhắc lại cách chứng minh bài toán trên nhằm khắc sâu kiến thức ở học sinh. Ngoài ra, trong quá trình giảng dạy, giáo viên cần khuyến khích học sinh chứng minh theo nhiều cách, mỗi cách giải đều dựa vào một số đặc điểm nào đó của dữ kiện. Vì vậy, việc tìm được nhiều cách giải là rèn luyện cho học sinh cách nhìn nhận vấn đề theo nhiều khía cạnh. Điều đó rất bổ ích trong việc phát triển năng lực tư duy của học sinh. Mặt khác, chứng minh theo nhiều cách sẽ giúp học sinh lựa chọn được cách chứng minh ngắn nhất và hay nhất. Sau đó, giáo viên liên hệ bài toán với thực tế (nếu có). 5. Kiểm tra, nghiên cứu lời giải: Công việc này giúp học sinh: - Phát hiện thiếu xót, nhầm lẫn → sửa chữa. - Có thể tìm thấy một giải pháp khác tốt hơn. - Làm phong phú hơn kinh nghiệm giải toán cho học sinh. 1 10 ∆ABC đều AB = AC ∆AOB = ∆AOC · 0 BAC 60 = ¶ ¶ 0 1 2 A A 30 = = ¶ ¶ 1 2 O O = OA chung =60 0 [...]... Hướng dẫn học sinh chứng minh một bài toán hình học , kết quả học sinh học tập chăm chỉ, hứng thú yêu thích học toán hình học ngày càng nhiều hơn VI KIẾN NGHỊ ĐỀ XUẤT: Đây là báo cáo sáng kiến tôi đã bỏ ra nhiều công sức để nghiên cứu tổng hợp lại, đã phổ biến đạt hiệu quả ở trường Trung học cơ sở Phường 1 nên tôi đề nghị báo cáo sáng kiến Hướng dẫn học sinh chứng minh một bài toán hình học được... quả học sinh mình giảng dạy đối với việc giải toán hình học ngày càng đạt kết quả cao hơn; Sau những năm giảng dạy cuối năm học mỗi lớp học sinh chứng minh được bài toán hình học chiếm tỉ lệ trên 60% Là một cán bộ quản lý tôi mạnh dạng phổ biến sáng kiến này đến giáo viên dạy môn toán ở trường, khi tổng kết tôi nhận thấy kết quả tương đối khả quan * Năm học: 2010 - 2011 học sinh chứng minh được toán hình. .. học trên 60% * Năm học: 2011- 2012 học sinh chứng minh được toán hình học 65% * Học kỳ I - Năm học: 2012- 2013 học sinh chứng minh được toán hình học 75% V ĐÁNH GIÁ VỀ PHẠM VI ẢNH HƯỞNG CỦA SÁNG KIẾN: Xuất phát từ tình hình thực tế của địa phương và yêu cầu phát triển của nhà trường, qua quá trình quản lý tôi đúc kết những kinh nghiện đã qua trong giảng dạy Tôi mạnh dạng phổ biến sáng kiến Hướng dẫn . chứng minh được toán hình học trên 60%. * Năm học: 2011- 2012 học sinh chứng minh được toán hình học 65%. * Học kỳ I - Năm học: 2012- 2013 học sinh chứng minh được toán hình học 75%. V. ĐÁNH. lớp học (khoảng 35 em) và ra một đề kiểm tra về dạng chứng minh một bài toán hình học, ta sẽ thấy không quá 10 em làm hoàn thành bài toán ấy. 1 1 Thực ra, việc chứng minh một bài toán hình học. hiểu nội dung của bài toán: Để giải được một bài toán nói chung cũng như chứng minh một bài toán hình học nói riêng, trước hết phải hiểu đề bài và có hứng thú chứng minh bài toán ấy. Chúng ta