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如何理解点、线、面、体、角?
如上问题20中所说的那样小学数学教学中涉及到的点、线、面、体、角都是平直的是基于欧几里得几何的。这些概念是所有受教育者最早接触到的几何概念这些概念的特点是看的见、说不清。事实上越是基本的概念就越难说清楚这是因为在描述的过程中无法借用其他的概念而小学数学中所涉及到的概念基本如此这就给小学数学教学带来了难度。
在日常生活中人们看到的物体都是立体的因此所谓的点、线、面、体、角都是人们抽象出来的概念。这种抽象不仅舍去了物体的颜色、构成材料等物体的本质要素还忽略了所占空间点不分大小、线不分宽窄、面不分薄厚。因此这些抽象了的概念本身是不存在的或者说这些抽象了的概念只是一种理念上的存在具体的讨论参见附录中的话题24。
因为这些概念源于立体图形,因此小学数学"图形与几何"内容的教学应当首先认识立体图形。为了把握立体图形的特征可以引导学生对立体图形进行分类在分类的过程中发现共性和差异。在熟悉了各种立体图形的基础上在一些特殊的立体图形比如长方体中抽象出点、线、面的概念就像图1那样关于这方面的讨论可以参见《义务教育数学课程标准》的例58。
在教学过程中应当注意的是这些概念涉及的线都是直的涉及的面都是平的这是欧几里得几何最显著的特征。为了使这部分的教学更加生动可以把理解几何概念与计数有机地结合起来如《义务教育数学课程标准》的例46所表述的那样。
![](./Images/MATH_1_1.jpeg)
图1 点、线、面的抽象
在小学阶段数学教学中,关于点、线、面这些数学概念只能给出描述性定义。比如,关于线段的概念,只能先画出一条线段,然后定义说:称这样的图形为线段。在所有描述性定义的教学中,阐述图形的性质是格外重要的,比如进一步述说:线段有两个端点。这样,线段的一边无限延长则称为射线,射线有一个端点;线段的两边无限延长则称为直线,直线没有端点。显然,这里所说的线段是直线段,在教学过程中不能过分强调"直",但又应当让学生感悟"直",因为通过这样的感悟可以得到直线段的一个根本性质:两点间的所有连线中直线段最短,这就为未来学习"距离"构建了直观。
角是很难描述、也是很难理解的概念。在现行小学和初中的数学教材中,都是用"具有公共端点的两条射线组成的图形"来定义角,这样的定义是非常模糊的[^22]:角是组成图形哪里?是指射线之的面积吗?此外,这样的定义要求角的边的长度是无限的,与现实世界不符,用这样的定义很难解释现实生活中所遇到的角,比如三角形中的角。因此,这样的定义不仅令人费解,并且不可能揭示角的本质。
![](./Images/MATH_1_2.png)
图2 如何描述角、如何比较角的大小
在义务教育阶段、特别是小学教育阶段关于角还是应当给出描述性定义。比如可以利用图2中的
(a) 给出角的描述性定义:
称上面的图形为角。角由两条线段所夹部分组成,这两条线段的一个端点重合。称这两条线段为角的边,角的大小与边长无关。
在上面的描述性定义中,"角的大小与边长无关"这句话是本质的,因为这句话既包括了射线的情况,又利于对角的理解。在这句话的基础上,为了更好地理解角,教师可以引导学生进一步思考这样的问题[^23]:如果角的大小与边长无关,那么角的大小是由什么决定的呢?或者提出更加具体的问题:应当如何比较角的大小呢?
显然可以用图2的 (b)
来解释如何比较角的大小因为∠2包含∠1因此可以说∠2大于∠1。在比较大小的过程中可以让学生加深理解描述性定义所说的"角由两条线段所夹的部分组成"这句话的涵义。因为图2
(c) 的解释与图2 (b) 的解释是一致的因此可以用图2的 (c)
来进一步定义角的大小:是由这个角所对应的单位圆的弦长决定的,或者说,是由这个角所对应的单位圆的弧长决定的。其中之所以用"单位圆"是为了统一度量标准有利于统一比较角的大小而所谓单位圆半径的大小是人为确定的。由此可以看到角的大小与两点间的直线距离有关这样问题又回归到了欧几里得几何的本质而三角形的内角和180度也与此有关。