Дипломная работа: Методика изучения многогранников в школьном курсе стереометрии

5°. Все многогранные углы имеют одинаковое число гра­ней.

6°. Равны все многогранные углы.

7°. Равны все двугранные углы.

Возможны и другие свойства правильных многогранников,

например:

8°. Равны все ребра многогранника.

9°. Равны все плоские углы многогранника.

Какие же свойства следует взять для определения пра­вильного многогранника? Каким методическим требованиям оно должно удовлетворять?

Нам представляется, что для отбора свойств в определе­нии правильного многогранника нужно руководствоваться следующими требованиями:

- Всякое определение должно быть полным, т. е. вклю­чать те свойства, которые полностью определяют данное по­нятие. Иными словами, любое свойство данного понятия должно быть выводимо из свойств, перечисленных в опреде­лении.

- Всякое определение должно быть по возможности эко­номным, т. е. не содержать лишних свойств, которые выво­дятся из остальных свойств правильного многогранника.

- Определение понятия правильного многогранника должно отражать уже имеющиеся представления учащихся о слове "правильный" (правильный многоугольник, правильная пирамида и т. д.).

- Определение понятия правильного многогранника должно быть пространственным аналогом определения понятия правильного многоугольника на плоскости.

- Определение правильного многогранника должно до­пускать возможные обобщения, например, на случай полу­правильных и топологически правильных многогранников.

- Определение должно быть педагогически целесообраз­ным, т. е. свойства, включенные в него, должны в той или иной степени использоваться при изучении правильных мно­гогранников, нести определенные педагогические функции.

Пространственными аналогами определе­ния правильного многоугольника являются определения, данные в пособиях [15]и [9]. К числу достоинств этих опре­делений мы относим и то, что в них отсутствует требование выпуклости, которое, с одной стороны, является довольно сложным для учащихся, а с другой - фактически не используется при доказательстве теорем и решении задач. К недостаткам этих определений следует отнести то, что они не обобщаются на случаи полуправильных и топологически правильных многогранников. Например, равенство двугранных углов не переносится на случай полуправильных много­гранников.

Для определения топологически правильных многогранников следует использовать свойства, носящие топологиче­ский характер. Такими свойствами из перечисленных выше являются 3°, 4° и 5°. Поэтому лучше всего для этих целей подходит определение правильных многогранников, данное в учебнике [22].

Таким образом, мы видим, что ни одно из рассмотренных выше определений правильного многогранника не является универсальным, т. е. удовлетворяющим всем требованиям. В зависимости от целей обучения следует выбирать и соответствующее им определение. Так, если надо только ознако­мить учащихся с определением правильного многогранника, установив аналогию с определением правильного многоуголь­ника, не исследуя при этом подробно свойства правильных многогранников, то целесообразно использовать определения, данные в пособиях [15] и [9]. Если же мы хотим рассмотреть свойства правильных многогранников более подробно, в ча­стности перейти к полуправильным и топологически пра­вильным многогранникам, то лучше всего обратиться к оп­ределениям из учебников [4] и [22]. [29], [27]

2.Изучение многогранников в школьном курсе математики.

В школьных учебниках после изучения «бес­конечно-протяженных» и в силу этого весьма абстрактных геомет­рических фигур: прямых и плоскостей (вернее сказать, их взаимного расположения в пространстве) изучаются зримые, «конечные», даже, можно сказать, осязаемые пространственные фигуры, и в пер­вую очередь многогранники. Многогранник {точнее, модель много­гранника) можно изготовить, повертеть в руках, «развернуть» его поверхность или даже «разрезать» - посмотреть на сечение. В дан­ной теме это весьма существенно, и учителю необходимо использо­вать значительно расширившиеся возможности привлечения наглядности, наглядных средств (не забывая уделять достаточное внима­ние и построению проекционных чертежей). О наглядных средствах поговорим немного позднее.

Можно указать на такие две проводимые методологические линии в изучении геометрии многогранников: это их классификация и изу­чение различного рода количественных характеристик. Конечно, эти линии переплетаются между собой. В данной теме рассматри­ваются простые характеристики - численные: длины ребер, высоты, величины углов, площади поверхностей, - и качественные, типа «правильности». Собственно говоря, качественные характеристики - ­это одна из основ классификации многогранников. Если исключить стоящие чуть в стороне от ведущей линии курса правильные много­гранники (пять «платоновых тел»), то логическую схему классификации «школьных» многогранников можно описать примерно следующим образом. Рассматриваются (и строго опреде­ляются) только два вида многогранников: призмы и пирамиды. Конечно, внутри этих видов проводится грубая классификация по числу углов - призмы и пирамиды бывают n -угольными, где n = 3, 4, 5,… . Более детальная классификация - по взаимному располо­жению ребер и граней, по виду граней. Для призм она относительно «разветвленная»:

И далее:

Школьная классификация пирамид менее разветвленная:

Первая задача учителя - добиться от всех учащихся знания этой классификации в том виде, в каком она подается в учебном пособии, т. е. в виде соответствующих определений. И у ученика, и у учителя при изучении данной темы может возникнуть вполне естествен­ный вопрос: почему столько внимания (и столько задач) посвящается всего лишь трем частным типам многогранников - параллелепипе­дам, правильным призмам и правильным пирамидам?Причин по крайней мере три: 1) эти многогранники нужны для дальнейшего построения теории (главным образом теории объемов); 2) они обладают симметрией, как многие формы природы и творения рук человеческих (скажем, архитектурные формы); 3) они обладают «хорошими свойствами», т. е. для них можно сформулировать и доказать достаточно простые теоремы.

Последнее преимущество обусловлено свойствами симметрично­сти; с другой стороны, как раз «хорошие свойства» и используются в теоретических целях. Все теоремы этой темы относятся к «избран­ным» многогранникам, причем совсем просто доказываются и на­половину имеют вычислительный характер (т. е. вид формул). По­этому вторая задача учителя - добиться знания учащимися всехтеорем (с доказательствами).

Третья по счету, но первоочередная для учителя задача - на­учить школьников решать задачи. Практически все задачи (упраж­нения) темы вычислительные, большую часть из них составляют простые или совсем простые задачи, и здесь перед учителем рас­крываются большие возможности в продолжение линии обучения школьников эвристическим приемам решения задач. В задачах на­ходят отражение и главные методологические идеи решения задач - аналогия стереометрии с планиметрией, све­дение стереометрических задач к планиметрическим.