教学情书:北京中考中的对称,让你欣赏数学之美

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教学情书:北京中考中的对称,让你欣赏数学之美
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写在前面

教书这些年,我越发觉得:数学不是一堆冰冷的公式,而是写给世界的一封情书。而“对称”,就是这封情书里最动人的那句情话。
每当我在课堂上画出一条对称轴,看着轴两侧的图形严丝合缝地重合,孩子们眼里总会闪过一丝光。那道光,就是数学之美照进来的样子。
今天,我想以一名初中数学老师的身份,带大家走进北京中考里的“对称”世界。
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一、初识对称:数学写给世界的诗

什么是对称?说简单也简单。
轴对称:沿一条直线对折,直线两旁的部分能够互相重合。就像把一只蝴蝶沿身体中线对折,左右两翅恰好叠在一起。
中心对称:把一个图形绕某一点旋转 180°,如果它能和原来的图形重合,这个图形就是中心对称图形。就像一朵花绕花蕊转半圈,还是原来的样子。
但对称的“简单”恰恰是它最迷人的地方。它用最朴素的语言,描述了自然界最普遍的秩序——人的左右脸,树叶的脉络,雪花的六瓣,星空的旋转……万物都在用对称讲述同一个故事:秩序,是美的根源。
而北京中考,恰恰喜欢用这种秩序去命题。
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二、坐标里的对称:一场精准的“镜像之舞”

北京中考里,对称最早、也最频繁地出现在平面直角坐标系中。一道典型的题是这样的:
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答案分别是 (3, -4)、(-3, 4)、(-3, -4)。
你看,对称在这里不是抽象概念,而是三条精确到坐标的“镜像规则”:
关于 x 轴对称——纵坐标取反,横坐标不变;
关于 y 轴对称——横坐标取反,纵坐标不变;
关于 原点对称——横纵坐标都取反。
我常跟学生讲:坐标系里的对称,就像一场精准的“镜像之舞”。你站在这边,你的镜像站在那边,你们隔着一条轴、一个点,遥遥相望,却彼此严丝合缝。这不是浪漫是什么?
而这恰恰是后面一切对称问题的基石——折叠、旋转、最短路径,根上都连着这三条规则。
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三、折叠里的对称:纸上的几何魔术

北京中考特别偏爱“折叠题”。
折叠的本质是什么?一次折叠,就是制造一次轴对称。折痕,就是对称轴;折过去的部分,就是原来部分的镜像。
来看一道经典的折叠情境:
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这道题的妙处在于:折叠之后,△ABE与 △AEF 关于折痕 AE对称,于是 AB = AF,BE = EF,∠BAE = ∠EAF。
对称一建立,未知就变成了已知。线段相等了,角相等了,原本“够不着”的关系,因为一次折叠,全连上了。
我总觉得,折叠题像是纸上的几何魔术。你折一下,世界就变了——但变得有规律、有依据。这份“变中有不变”,正是数学之美。

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四、将军饮马:对称解题的最高级浪漫

如果说折叠是“制造对称”,那么“将军饮马”就是“利用对称”——这是对称解题的最高级浪漫。
故事是这样的:将军要从 B 地出发,先到河边(直线 l)饮马,再返回 A 地。问:饮马点选在何处,路程最短?
解法堪称绝妙:作点 B 关于直线 l 的对称点 B',连接 AB' 交 l 于点 P,P 就是最佳饮马点。此时 AP + PB = AP + PB' = AB',恰好是最短的直线距离。
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对称在这里扮演了什么角色?它把“折线求最短”这个难题,轻巧地变成了“直线最短”的常识。一条对称轴,化曲为直,化难为易。
北京中考不止一次考过这类变式:有时是河流,有时是角的两边,有时是坐标轴。但万变不离其宗——找到对称点,连出最短线。
这就是对称的力量:它不解决问题,它把问题变成另一个已经解决的问题。
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五、对称之美:从解题到赏美

讲了这么多题,我想退一步,说说为什么对称值得“赏”。
第一,对称是简洁。一条规则,概括了蝴蝶、雪花、人脸、坐标点……万千现象,一个道理。数学的美,首先美在简洁。
第二,对称是秩序。杂乱的东西让我们不安,对称的东西让我们安心。因为对称意味着可预测——你看到了一半,就知道了另一半。这是人类最原始的安全感来源。
第三,对称是转化。折叠、旋转、对称点……对称总在帮我们把“看不懂”的图形,变成“看得懂”的图形。它是一座桥,连通未知与已知。
第四,对称是平衡。坐标系里,对称点关于原点两两相对,像天平的两端。这种平衡感,正是数学追求的“和谐”。
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六、教学手记:一堂课后的余味

有一年讲完“将军饮马”,一个平时沉默的女孩下课跑来找我,说:“老师,原来数学也可以很浪漫。”
我问她为什么这么说。她说:“对称就像照镜子,你在那边,我在这边,我们隔着一面镜子,其实是同一个世界。”
我当时愣了一下。这句话比任何标准答案都动人。
教数学这些年,我越来越相信一件事:我们教给孩子的,不该只是解题技巧,更该是一双能发现美的眼睛。对称,就是那双眼睛的镜片。当你学会了用对称的眼光看世界,落叶、窗花、站立的蜻蜓、地铁站的旋转门……处处都是数学写给生活的诗。
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写在最后

北京中考考对称,考的不是背概念,而是考你“能不能用对称的眼光重新看待一个图形”。这恰恰是数学教育的初心——让一个人离开考场之后,依然愿意停下来,欣赏一片树叶的对称。
这封信,写给即将走进考场的少年,也写给每一位教过数学、爱过数学的老师。
愿你无论身处考场还是生活,都能看见对称之美——因为对称,所以世界可爱。
文字:王迪
编辑:戴艳森

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