从“光行最速”原理到“法尼亚诺”问题
——基于物理问题融入HPM课例实践与思考
2018-12-13江苏省海安市李堡镇初级中学储秀梅
中学数学杂志 2018年24期
☉江苏省海安市李堡镇初级中学储秀梅
最近一次数学活动课上,我们基于整合不同学科教学内容的想法,从物理学科中光线反射的问题出发,引出几何中的轴对称性质的拓展应用,并链接数学史的“法尼亚诺”“问题,组织学生理解“数学难题”的证明思路,实践弗赖登塔尔“有指导的再创造”教学思想,取得了较好的教学效果.本文梳理该课教学活动与设计意图,并跟进教学立意的阐释,供研讨.
一、教学活动与预设意图
教学环节(一) 物理光线作图题
问题1:请利用平面镜成像的特点作出从光源S发出的一条光线,经平面镜发射后恰好经过A点的光路图.

图1

图2
预设意图:这个问题由物理老师提供,物理老师预设的是绝大多数学生很快就能作出图2,但物理老师也指出,在物理学科不需要学生进行证明,只要会画图就行了.所以数学课上,我们就从这个作图情境出发,先做物理史话的链接介绍,让学生认识费马光行最速原理.1657年,法国数学家费马提出著名的光行最速原理:光线所行进的“光程”最短.简略地说,光行进的时间最短.由于光速不变,即光线由点S经平面镜反射后到达点A的路程最短.进一步把问题抽象成数学问题,安排学生证明费马光行最速原理.
数学问题:已知,如图3,点S、点A在直线MN同侧,点C为直线MN上任意一点.
求证:当∠SCM=∠ACN时,SC+AC最短.

图3

图4
预设意图:引导学生在直线MN上另取一点C′,连接SC′、AC′、A′C′,比较SC′+AC′与SC+AC的大小,利用对称性转化到△A′SC′即可实现证明.
教学环节(二……
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