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三角形面積公式的五種推導(dǎo)方法
六年制小學(xué)數(shù)學(xué)第九冊(cè)《三角形面積的計(jì)算》一節(jié)，教材上是這樣安排的：一、明確目標(biāo)；二、用數(shù)格的方式不能確定三角形的面積；三、能否轉(zhuǎn)化成以前學(xué)過的圖形進(jìn)行計(jì)算？四、拿兩個(gè)全等的直角三角形可以拼成以前學(xué)習(xí)過的學(xué)習(xí)過的長(zhǎng)方形和平行四邊形，直角三角形的面積是長(zhǎng)方形和平行四邊形面積的一半；五、驗(yàn)證銳角三角形和鈍角三角形是否也能拼成平行四邊形；六、三次試驗(yàn)確定所有類型的三角形能轉(zhuǎn)化成平行四邊形，兩者的關(guān)系是“等底等高，面積一半”；七、總結(jié)三角形的面積公式。
我們?cè)诙啻蔚恼n堂教學(xué)實(shí)踐和課下輔導(dǎo)過程中，發(fā)現(xiàn)上面的幾個(gè)“環(huán)節(jié)”有些地方不太符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。具體分析一下：
第一步?jīng)]什么問題，每個(gè)教師都有自己的導(dǎo)入新課的方式。
第二步也沒有什么：學(xué)生在學(xué)習(xí)長(zhǎng)方形和正方形的面積時(shí)用的是“數(shù)格”的方式。學(xué)習(xí)平行四邊形時(shí)用的是切割再組合的方式，就是所謂的“轉(zhuǎn)化”。在大部分學(xué)生對(duì)面積這個(gè)概念的理解還不十分透徹的情況下，面對(duì)三角形，學(xué)生們的首選方法就是“數(shù)格”。因?yàn)檫@是學(xué)生學(xué)習(xí)有關(guān)面積計(jì)算的第一經(jīng)驗(yàn)，第一印象，第一個(gè)技巧。也是最簡(jiǎn)單，最直接（當(dāng)然也是最麻煩）的方法。
關(guān)于第三步：教材上只有一句話：能不能把三角形轉(zhuǎn)化成已經(jīng)學(xué)過的圖形再計(jì)算面積。這是化未知為已知的思維方式，我們常給初中學(xué)生提起這些認(rèn)知策略，但它的基礎(chǔ)卻在小學(xué)階段和學(xué)生的日常生活經(jīng)驗(yàn)中。教材把這個(gè)重要的數(shù)學(xué)思想一筆帶過，把挖掘其內(nèi)涵，為學(xué)生建立辯證觀念的重任留給了老師。但很多老師并不特別重視這句話，只是把它當(dāng)作一個(gè)過渡句，當(dāng)成進(jìn)入下面環(huán)節(jié)的引言。
第四步。轉(zhuǎn)化是一定的。但是，轉(zhuǎn)化成什么？怎么轉(zhuǎn)化？把三角形轉(zhuǎn)化成“能計(jì)算的圖形”大致有五種情況。教材推薦的是第五種（如圖）。教材上的引導(dǎo)方式只有教師的主導(dǎo)性，而忽視了學(xué)生的主體位置。
前面提到，學(xué)生計(jì)算三角形面積的首選方法是數(shù)格，那么次選方法是什么？他們的第二方案應(yīng)該還是在自己的經(jīng)驗(yàn)中尋找?guī)椭＿@些經(jīng)驗(yàn)當(dāng)中，與計(jì)算面積有關(guān)的直接、簡(jiǎn)單、容易操作的內(nèi)容就是在前面的幾節(jié)課剛學(xué)過的“切割平行四邊形成長(zhǎng)方形”的方法。他們對(duì)“切割”這個(gè)動(dòng)作記憶猶新。因?yàn)椋阂弧⑦@個(gè)技巧剛剛學(xué)過；二、切割是個(gè)動(dòng)作，但這個(gè)動(dòng)作能把不規(guī)則變規(guī)則，所以印象深刻；三、這個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)作能完成面積計(jì)算的任務(wù)。所以他們的下一步動(dòng)作會(huì)是模仿上一節(jié)課的做法，想辦法切割三角形的某一角移動(dòng)填補(bǔ)另一角，變?nèi)切纬砷L(zhǎng)方形或平行四邊形。按這個(gè)說法，學(xué)生在尋找計(jì)算三角形面積的方法時(shí)，他首先會(huì)在他手中所拿的三角形卡片上琢磨，對(duì)這個(gè)三角形進(jìn)行加工處理。在不得要領(lǐng)，或是找到了辦法，問題解決了，但心有余味，繼續(xù)探索下去時(shí)才會(huì)考慮到利用其他內(nèi)容擴(kuò)展思考空間，再找一個(gè)一樣的三角形牽線搭橋，把思路引到問題的外面。
教材中還有一點(diǎn)缺失：學(xué)生在教師的引導(dǎo)下用兩個(gè)“全等”三角形進(jìn)行拼接時(shí)，是一個(gè)嘗試的過程。教材舉例說：小華拼出了一個(gè)長(zhǎng)方形一個(gè)平行四邊形。小林拼出了兩個(gè)三角形——一個(gè)人拼的全是能利用的，一個(gè)人拼的全是不能用的，兩個(gè)人的對(duì)比太大。我們想這不是教材的疏漏，是為了突出教學(xué)任務(wù)和目標(biāo)。另外，教材舉的例子是兩個(gè)三角形能拼成一個(gè)長(zhǎng)方形和一個(gè)平行四邊形。但實(shí)際上能拼成兩個(gè)平行四邊形，加上長(zhǎng)方形就是有三個(gè)圖形是已經(jīng)學(xué)習(xí)過的，都能用來推算三角形面積。教材忽略這個(gè)沒有列出的平行四邊形，我們猜可能是因?yàn)樗膬A斜度過大，在視覺上有一種要“倒”的感覺。如果學(xué)生受視覺效果的影響，注意力分散，會(huì)影響到他們分析兩種圖形的底、高和面積的關(guān)系。也可能是基于簡(jiǎn)單化原則，有兩個(gè)就夠了，何必要三個(gè)。但是按這個(gè)說法，要一個(gè)就夠了，何必兩個(gè)。
按照教材設(shè)定的思路，我們可以設(shè)想：學(xué)生手拿三角形，聽老師布置完任務(wù)。怎么拼，能拼出什么都不太清楚，只能先隨便的拼一下試試。如果運(yùn)氣好或者預(yù)想能力較強(qiáng)，可能直接拼出平行四邊形和長(zhǎng)方形。學(xué)生在試驗(yàn)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)不等邊拼接沒有后續(xù)效果，因?yàn)檫@些組合圖形都不規(guī)則，不能把握。然后，學(xué)生會(huì)把注意力放在那些特殊圖形上。一類是那些中心對(duì)稱的平行四邊形，這是學(xué)習(xí)過的內(nèi)容；一類是那些左右對(duì)稱的凸多邊形，這是好奇心驅(qū)使，隨后即會(huì)放棄。學(xué)生的試驗(yàn)，開始可能是無序狀態(tài)，隨著注意的集中，目標(biāo)一個(gè)一個(gè)的出現(xiàn)，學(xué)生的意識(shí)中必定會(huì)對(duì)自己剛才的所有拼接進(jìn)行回顧（很多時(shí)候這個(gè)回顧是無意識(shí)的），找到拼出所有圖形的方法得出兩個(gè)全等三角形能順次拼出三個(gè)形狀不同的平行四邊形的結(jié)論，使自己的思維進(jìn)入有序狀態(tài)。
教材把這個(gè)過程縮減了，有些教師則更希望把它壓縮成一個(gè)或幾個(gè)動(dòng)作，為后面的講解和練習(xí)擠出時(shí)間，不愿把時(shí)間精力浪費(fèi)在這個(gè)非目標(biāo)、非重點(diǎn)、也非難點(diǎn)的中間環(huán)節(jié)上。認(rèn)為只要知道了轉(zhuǎn)換的道理，就有了“等底等高，面積2倍”這個(gè)重點(diǎn)的突破。在動(dòng)手操作上延長(zhǎng)時(shí)間，勢(shì)必影響教學(xué)目標(biāo)的講解和強(qiáng)調(diào)。
其實(shí)這是個(gè)誤解。公式的推導(dǎo)過程本身也是對(duì)公式的熟悉過程，過程熟悉了，結(jié)果也就熟悉了。以后也就無須用多的嚇人的練習(xí)題讓學(xué)生做，把公式強(qiáng)印到學(xué)生的腦子中。舉一個(gè)化學(xué)上的例子：兩種物質(zhì)能發(fā)生反應(yīng)，這是先決條件。但是反應(yīng)所需要的環(huán)境如加熱、電擊、攪拌或是放在溶液中使其反應(yīng)更充分，以及催化劑等這些控制反應(yīng)進(jìn)行的因素也很重要，甚至是必須的。學(xué)生在探尋知識(shí)的過程中所取得的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)就是知識(shí)發(fā)揮作用的控制因素。一般上，我們認(rèn)為把知識(shí)放在問題中，解決問題，知識(shí)的作用就發(fā)揮出來了。但是，問題從何而來？來自思維。思考什么？思考我們看到的，感覺到的。如果對(duì)周圍事物的發(fā)展、變化、規(guī)律、聯(lián)系、相互作用、矛盾沖突以及相似性、特殊點(diǎn)（這些名詞、概念確實(shí)存在于我們的意識(shí)和思維中）沒有任何的反應(yīng)，就不會(huì)產(chǎn)生問題、提出問題。不會(huì)發(fā)現(xiàn)問題的人，一般也不會(huì)主動(dòng)回答別人的問題。讓學(xué)生自己動(dòng)手就是為了訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手能力觀察能力和感受性。
如果學(xué)生在圖形的拼接過程中能集中注意力，邊拼接邊總結(jié)，最后達(dá)到能快速有節(jié)奏的拼出所有圖形的程度。那么學(xué)生至少有兩點(diǎn)除直接為教學(xué)目標(biāo)服務(wù)之外的收獲。其一是實(shí)驗(yàn)精神，這種品質(zhì)是在面臨所有新問題時(shí)都必須具備的。這一點(diǎn)不必多說。
第二點(diǎn)是個(gè)技巧：要想拼出所有圖形，必須以排列組合的方式按照一定的順序，挨著個(gè)的來。如果我們能對(duì)這個(gè)技巧善加培養(yǎng)，就會(huì)形成一種能力或是一種精神品質(zhì)。在許多新編的實(shí)驗(yàn)教材中都安排了很多這樣類型的訓(xùn)練內(nèi)容。這些訓(xùn)練的目的，并不在這些具體的問題本身，而在于讓學(xué)生擴(kuò)展自己的思維空間。思維空間的擴(kuò)展并不是說讓學(xué)生知道更多的東西，而是說讓學(xué)生忘記自己已知道的、已掌握的東西——需要的時(shí)候，能馬上從意識(shí)中提取。想達(dá)到這種水平，需要做到體系化和結(jié)構(gòu)化。人的思想無限廣大，但是如果其中的內(nèi)容雜亂無章，互無聯(lián)系，就等于有限的物質(zhì)占據(jù)了無限的空間。就象是如果沒有天體星系之間的吸引力和運(yùn)動(dòng)造成的動(dòng)態(tài)平衡，就會(huì)宇宙大亂。人類就不可能認(rèn)識(shí)這個(gè)世界。會(huì)毀在這種無序狀態(tài)之中。但運(yùn)動(dòng)能看的見，吸引力卻難捉摸。
在我們所有的認(rèn)識(shí)活動(dòng)中，都有一個(gè)從混沌到有序，從不明所以的細(xì)節(jié)認(rèn)識(shí)到把握事物的結(jié)構(gòu)，確定各部分間的聯(lián)系和作用方式的整體感知的過程。如果學(xué)生擁有了這個(gè)過程的心理體驗(yàn)，就會(huì)促使他們?cè)趥�(gè)性發(fā)展上形成一種良好的精神品質(zhì)。就會(huì)心理堅(jiān)定，動(dòng)作迅速，思維敏捷。但我們卻常常在課堂上打斷學(xué)生的這個(gè)思維過程，系之以我們認(rèn)為最佳的知識(shí)體系。卻不知單純以邏輯作聯(lián)結(jié)的知識(shí)在學(xué)生看來只是內(nèi)容上的堆砌，會(huì)對(duì)學(xué)生造成巨大的精神壓力。只有以心理體驗(yàn)做基礎(chǔ)才能真正將知識(shí)內(nèi)化，達(dá)到“有”既是“無”的空明之境。自己的努力常被別人打斷的人，有一種受制于人的感覺。經(jīng)常這樣，學(xué)生會(huì)變的沒有自信，心浮氣燥，嘗試過程中會(huì)產(chǎn)生否定心理：否定錯(cuò)誤，固執(zhí)己見；否定問題：這個(gè)問題不可能有解；甚至否定自己：我做不出來了，再努力也是白費(fèi)工夫。
推導(dǎo)三角形的面積公式，大致有五種方式。根據(jù)各種推導(dǎo)方式的不同特點(diǎn)，我們可以幫助學(xué)生設(shè)定兩種學(xué)習(xí)思路。
第一種：前三種推導(dǎo)方式，適合用“先確定探求目標(biāo)，然后從已知經(jīng)驗(yàn)中借鑒和搜尋解決方法”的學(xué)習(xí)方式：學(xué)生手拿一個(gè)具體的三角形卡片，經(jīng)過怎么辦，怎么變，怎么算等思維過程，然后通過驗(yàn)證，將怎么變舍去，把怎么算壓縮概括為一個(gè)計(jì)算程序，這就是公式。第二種：用后兩種推導(dǎo)方式，可以這樣引導(dǎo)學(xué)生“長(zhǎng)方形和平行四邊形的面積公式除了能計(jì)算平行四邊形和長(zhǎng)方形的面積，還可以計(jì)算其他圖形的面積。大家可以嘗試一下……”。學(xué)生手拿長(zhǎng)方形和平行四邊形，經(jīng)過折疊、剪切逐步轉(zhuǎn)化為三角形和梯形，再總結(jié)成公式。這兩種引導(dǎo)方式是不應(yīng)該混雜在一起呈現(xiàn)給學(xué)生的。
無論是那一種方法，只要真正是學(xué)生的動(dòng)手操作和思維的成果——教師的責(zé)任和義務(wù)是導(dǎo)引而非強(qiáng)行推進(jìn)——對(duì)學(xué)生來說都有非常重大的意義。除知識(shí)的累積外，尚有許多教師可以講清卻無法給予的心理體驗(yàn)和能力。比如：
前面提到的試驗(yàn)精神和以排列組合的方式對(duì)事件的發(fā)展進(jìn)行調(diào)控，增強(qiáng)思維的有序性。
建立數(shù)學(xué)模型，把實(shí)踐問題數(shù)學(xué)化。這是許多人不了解數(shù)學(xué)為何物的關(guān)鍵之處。
估算和預(yù)想。學(xué)生拿著三角形和剪刀，不會(huì)直接下手，會(huì)先進(jìn)行比對(duì)和預(yù)想：從這里下刀，向這個(gè)角度截下的角能補(bǔ)到哪？能把頂角補(bǔ)齊嗎？估計(jì)相差不大，試一下……有許多解決問題和創(chuàng)造活動(dòng)的前期準(zhǔn)備都是在頭腦中預(yù)演的。預(yù)演的過程雖不十分準(zhǔn)確，但節(jié)奏快，內(nèi)容多，可以跳過許多不必要的中間程序。
動(dòng)手能力。這是大家都非常重視的一個(gè)詞。證據(jù)之一：小孩子在玩沙時(shí)，大人有耐心看著他們完成自己的作品，直至失去興趣。在課堂上我們?yōu)閷W(xué)生準(zhǔn)備了許多學(xué)具。這些學(xué)具，是根據(jù)我們想要學(xué)生完成的操作動(dòng)作精心設(shè)計(jì)的。能最大限度的體現(xiàn)老師的要求。學(xué)生在用學(xué)具對(duì)老師進(jìn)行模仿，或參照課本完成老師的細(xì)致要求時(shí)。時(shí)常被我們的“好了！大家停一下。坐好了！”或“現(xiàn)在我們來看……”一類的聲音打斷。學(xué)生們一聽到這些話，就會(huì)習(xí)慣性的把手拿開放到背后。許多老師要求學(xué)生坐直，抬頭挺胸，手放背后。而且時(shí)不時(shí)來一句“看誰坐的直！”。學(xué)生坐好以后，對(duì)自己的勞動(dòng)成果不再看一眼，眼睛直盯著黑板和老師。就好象桌子上什么東西都沒有，剛才自己什么也沒做過一樣。畢竟，動(dòng)手能力沒有注意聽講重要。
證據(jù)之二：有時(shí)候我們會(huì)很自豪的說：如果學(xué)生不會(huì)，我就手把手地教。實(shí)際上，手把手的作用并不大：老師拿著學(xué)生的手，學(xué)生的注意和力量被分散了。老師的力量加在學(xué)生手上，學(xué)生會(huì)自然的產(chǎn)生反作用力。但他明白他應(yīng)該順應(yīng)老師所以他要控制自己的反作用力。學(xué)生的一部分精力就用在了二者的協(xié)調(diào)上。學(xué)生不可能在手把手的過程中真正體會(huì)到老師是如何用力的。感覺只能是自己產(chǎn)生，別人能給的只是外部刺激。手把手的好處可能是能對(duì)那些自信心不足的學(xué)生以安慰和鼓舞，以及提醒學(xué)生模仿參照老師，想象體會(huì)老師的感覺。
試驗(yàn)過程中規(guī)律和直感經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用和把握。在截切三角形時(shí)第一次會(huì)用較多的時(shí)間，失敗的可能性很大。第二次找截切點(diǎn)和角度的速度會(huì)加快。也可能，第二次還沒有進(jìn)行完，學(xué)生就得出結(jié)論：這一次是失敗的，準(zhǔn)確位置應(yīng)該在那兒。速度加快和直接下刀，表明學(xué)生已經(jīng)感知這個(gè)截切點(diǎn)的特殊性，應(yīng)該就在三角形的半腰處。右邊是這樣，左邊也應(yīng)該……
前三種用割補(bǔ)法變?nèi)切螢槠叫兴倪呅�，利用的是以前的�?jīng)驗(yàn)，模仿的形式。想到后兩種填充法和拼接法，應(yīng)該算是通過觀察問題存在的周邊環(huán)境而找到的方法，創(chuàng)造的成份比較多。這是把事件或問題放在背景和環(huán)境中考慮，是一種整體認(rèn)知的意識(shí)和能力。既如荀子在《勸學(xué)》中說的“善假于物也”，此“物”既存于人的經(jīng)驗(yàn)意識(shí)和周邊環(huán)境中。
如果發(fā)揮學(xué)生的主體意識(shí)，學(xué)生找到后兩種推導(dǎo)方法的心理機(jī)制比較復(fù)雜，我們還難以把握。學(xué)生可能是誤打誤撞找到的，也可能是因?yàn)閷W(xué)生有生活方面的此類經(jīng)驗(yàn)，遷移能力較強(qiáng)。不管學(xué)生是怎樣找到的，也不論是學(xué)生的功勞還是教師的指導(dǎo)，這幾種方法所攜帶的辨證觀念是我們應(yīng)該特別關(guān)注的。即便是因?yàn)閷W(xué)生的年齡特點(diǎn)不能給予形式內(nèi)容上的加強(qiáng)，起碼可以給學(xué)生以精神自由和意志自由，做到不防礙它的發(fā)展。
精神意志的自由雖不能直接激發(fā)思維和創(chuàng)造，卻可以產(chǎn)生真正的積極性和主動(dòng)性。學(xué)生不把自己當(dāng)學(xué)生，當(dāng)成探索生活和世界的強(qiáng)者，教師不把自己當(dāng)教師，當(dāng)作合作者（尤其是備課的時(shí)候），由此思想自由而產(chǎn)生的創(chuàng)造，要比我們用裝腔作勢(shì)、花樣翻新來吸引學(xué)生注意力，以集體、榮譽(yù)、表揚(yáng)、攀比、別人的眼光來束縛學(xué)生的思想，以教鞭、紀(jì)律來規(guī)范學(xué)生的言行，高潮迭起、節(jié)奏緊湊、有聲有色，學(xué)生卻象是提線木偶的課堂來得徹底、來得有效率。
阿基米德說：給我一個(gè)支點(diǎn)，我能把地球翹起來。找到支點(diǎn)和作用方式學(xué)生的力量是巨大的。學(xué)習(xí)知識(shí)、掌握技巧、提高能力的作用點(diǎn)不在于緊盯目標(biāo)和任務(wù)，下死工夫塞到頭腦里。就好象翹起地球的支點(diǎn)不會(huì)在地球上，必須到太空中尋找一樣，提高學(xué)習(xí)效率的支點(diǎn)應(yīng)該存在于學(xué)生們比太空還充實(shí)還廣漠的精神世界里。它的充實(shí)之處在于，學(xué)生能隨時(shí)找到前進(jìn)道路上的踏腳基石。廣漠之處在于，學(xué)生愿意并能吸收容納更多更新的體驗(yàn)。學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)是他們的精神世界，他們的精神世界植根于生活。所以說提高學(xué)習(xí)效率的根本方法從豐富多彩的生活中凝練思想。
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