Microsoft Word - 國小幾何教材分析1026.doc

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1 第四節圓與扇形 一 圓在平面上選定一定點 O, 在平面上與定點 O 的距離是 r(r>0) 的所有點所成的集合稱為圓, 該定點 O 稱為圓心,r 稱為半徑 圓把平面區分成三個部分, 圓的內部, 圓 ( 周界 ) 和圓的外部, 圓和圓的內部合起來稱為圓區域 圓本身有長度, 圓區域的周界是圓周, 圓周也有長度, 圓的長度和圓周的長度相同, 都簡稱為圓周長 請注意, 圓心並不在圓的上面 在中文的用語中, 一個圖形是圓還是圓區域, 必須靠前 後文的描述來判斷, 但是在英文的用語中, 很明確的區分圓和圓區域, 如果不強調內部, 只談一個圓, 英文稱之為 circle, 如果強調圓和圓的內部, 英文稱之為 disc 參考圖 2-4-1, 圓上任一點與圓心所連成的線段稱為半徑, 一個圓有無限多條半徑, 而這些半徑的長度都相同, 稱為半徑長 兩條半徑若能連成一條直線段, 稱該直線段為直徑, 一個圓也有無限多條直徑, 而這些直徑的長度也相等, 稱為直徑長, 日常生活中常將半徑長簡稱為半徑, 直徑長簡稱為直徑 圓上任兩點可以將圓分割成兩部分, 都稱為圓弧, 其中比較長的部分稱為優弧, 比較短的部分稱為劣弧, 如果兩部分一樣長, 則稱為半圓 圓上任兩點所連成的線段稱為弦, 直徑是圓中最長的弦, 直徑剛好將圓區域分割成全等的兩部分, 直徑的兩個端點剛好將圓分割成全等的兩個圓弧 44

2 幾何 A A D C O F G B B E (AB 為直徑 ;CO 為半徑 ) (DE 為弦 ;DGE 為劣弧 ;DFE 為優弧 ;AFB 為半圓 ) 圖 二 圓周率所有的圓都很像, 也就是說, 所有的圓彼此都相似, 因此所有圓的直徑和半徑的比都相等, 其比值剛好是 2; 而數學史上人們是透過圓內接正多邊形求圓面積時, 發現所有圓的圓周長和直徑長的比也會相等, 數學上稱圓周長比直徑長的比值為圓周率, 並將圓周率簡記成 π 圓有圓周率, 橢圓是否也存在橢圓周率? 因為不同橢圓的長軸和短軸的比值並不一定相同, 也就是說, 各橢圓間並不一定滿足相似的關係, 因此就所有的橢圓而言, 並不存在橢圓周率 但是針對長軸和短軸的比值相等的橢圓, 例如 : 長軸長是短軸長的二倍, 它們之間都滿足相似的關係, 因此它們的周長和長軸的比都相等, 我們可以稱這個比的比值為這些相似橢圓的橢圓周率 使用 做出一個圓, 然後用尺精確量出圓周長和直徑長, 再算出兩者的比值 的方式求圓周率, 是國小階段最常見引入圓周率的教學方式, 值得注意的是, 圓周率是一個無理數, 使用上述方式算出的圓周率是一個有理數 ( 量出來的長度一定是有理數, 有理數比有理數的比值一定是有理數, 不會變成無理數 ) 上述教學方式只能得到圓周率的近似值, 因為畫圓和測量都存在不可避免的誤差, 例如 : 2 公分是存在的, 但是不可能用尺量出 2 公分長, 而且使用尺量物長時受到最小刻 度單位的限制, 無法得到精確的答案, 因此要算出圓周率是 或其它 45

3 更精確的答案, 是不可能在這樣的教學方式中做到的 古代數學家計算圓周率, 是透過圓內接多邊形來逼近圓, 以求得較精確的答案, 例如 : 西方的阿基米得, 使用正多邊形的周長逼近圓周長的方式求圓周率的近似值, 東方的劉徽, 祖沖之, 使用正多邊形的面積逼近圓面積的方式求圓周率的近似值 他們算圓周率近似值的方法, 第一步先利用圓內接四邊形的邊長或面積求圓周率的近似值, 然後將邊的數目加倍, 利用圓內接正八邊形的邊長或面積求圓周率的近似值, 再將邊的數目加倍, 利用圓內接十六邊形的邊長或面積求圓周率的近似值, 以此類推, 當邊長數愈來愈多時, 求出來的圓周率會愈來愈精確 利用圓內接正多邊形來逼近圓的方式, 可以得到一組愈來愈接近圓周率的數列, 利用圓外切正多邊形來逼近圓的方式, 可以得到另一組愈來愈接近圓周率的數列, 這兩組不同的數列雖然都愈來愈接近圓周率, 但是都無法確定圓周率的值, 真正圓周率的值會介於這兩組數列之間, 無法使用分數或小數來記錄, 也就是說, 圓周率是一個無理數 三 畫圓的工具 圓規圓規是畫圓的工具, 圓規有兩個腳, 其中一個腳的腳尖是金屬製成的, 另一個腳的腳尖上綁著鉛筆或筆心, 當我們張開圓規的兩個腳, 固定金屬製成的腳尖, 讓綁著鉛筆或筆心的腳尖繞著金屬製成的腳尖轉一圈, 就能夠畫出一個圓, 而金屬製成腳尖所點出的那一個點就是所畫出圓的圓心, 圓規兩個腳尖的距離就是所畫出圓的半徑 圓規只能畫圓, 無法畫出圓區域, 但是畫出的圓可以決定一個圓區域 圓規也無法直接畫出一條直線段, 圓規只能畫出到圓心的距離等於半徑的點 參考圖 2-4-2, 如果要畫出一條和指定線段 ( 例如長 a 公分 ) 一樣長的線段, 必須先畫出一條直線段 L, 再張開圓規的兩個腳尖, 使兩個腳尖的距離和給定的線段一樣長 ( 剛好是 a 公分 ), 以直線段 L 的一個端點 A 為圓心, 畫弧交直線段 L 於 B 點, 則線段 AB 的長就是 a 公分 46

4 幾何 a L B A 圖 四 扇形參考圖 2-4-3, 扇形是和圓有密切關係的圖形, 圓上的一段圓弧以及該圓弧兩端點和圓心連成的兩條半徑所合成的圖形稱為扇形, 圓弧大於半圓的扇形稱為優扇形, 圓弧小於半圓的扇形稱為劣扇形, 半圓也可以視為一種扇形, 日常生活中人們只注意小於半圓的劣扇形, 本教材主要討論的對象也是劣扇形 如果一個圖形是由共端點兩條等長的線段夾一段圓弧構成, 此圖形並不一定是扇形, 只有在以共端點的那一點為圓心, 等長線段的長為半徑畫圓, 所夾的那一段圓弧剛好是畫出圓的圓周之一部分時, 這個圖形才會是一個扇形 當我們將圓錐展開成平面時, 其側面的展開圖是一個扇形, 這個扇形可能是優扇形, 也可能是劣扇形 ( 劣扇形 ) ( 優扇形 ) ( 不是扇形 ) 五 扇形的面積 圖 透過圓心將一個圓區域等分割成 360 等份, 其中每一等份都是一個全等的扇 47

5 形區域, 如果將這個扇形區域視為單位扇形面積, 單位扇形的面積會是圓面積的 如果有上述單位扇形面積的概念, 一個扇形的夾角是 30 度時, 它的面積 就是 30 個單位扇形面積的和, 也就是說, 夾角 30 度的扇形面積是 ( 圓面積 360) 30 或 圓面積 積公式 ( 圓面積 360) a 或 圓面積 , 將這種想法一般化, 可以得到夾角是 a 度的扇形面 a 360 仿上述引入扇形面積公式的方 式, 也可以透過單位弧長的概念引入扇形弧長的公式, 夾角是 a 度的扇形, 其弧 長是 ( 圓周長 360) a 或 圓周長 a 360 因為學童對分割圓心角的概念並不成熟, 本教材並不引入扇形面積或扇形弧 長的公式, 因為扇形是分割圓形得到的, 因此透過分數概念, 教師可以要求學童 透過圓面積求出特殊扇形的面積, 如下圖 2-4-4, 四分之一圓或八分之一圓的扇形 面積 ( 四分之一圓 ) ( 八分之一圓 ) 圖 六 圓與扇形教學流程說明表 2-4 是本教材關於圓與扇形的教學活動目標, 讀者可參考此表對照教學流程說明 表 2-4 冊別 單元 活動 活動目標 透過描繪實物的表面, 分辨三角形 長方形 正方形和圓形等形狀 48

6 幾何 透過說 讀 聽 做等練習, 加強三角形 正方形 長方形和圓形等術語與 圖卡 書空 等的聯結 透過塗色活動, 加深學生對三角形 長方形 正方形和圓形等平面圖形的認 識 1 6 *2 熟練辨認長方形 正方形 三角形和圓形 1 6 *3 能用單一的平面圖形造出圖案, 以加深對圓形 三角形的認識 1 6 *4 (1) 熟練辨認長方形 正方形 三角形和圓形 (2) 找出圖形的規律 1 6 *6 增強辨認顏色 形狀 大小 (1) 復習辨認圓形與非圓形 (2) 透過具體操作活動, 認識圓周 圓心 半徑和直徑 (1) 用圓規畫圓 (2) 透過用圓規畫圓的活動, 加深了解圓周 圓心和半徑 將圓周率的近似值暫定為 3 倍多, 從直徑算出圓周長或由圓周長算出直徑 認識扇形及其構成要素 頂點 邊 圓心角和圓弧 本表中的 * 表示參考活動, 未在課本上呈現 在低年級階段, 本教材將學童對四邊形的認知定為 Van Hiele 的第零層次視 覺期, 因此在第一冊第六單元, 本教材先透過活動 3~5 參考活動 2~4 及 6, 幫 助學童使用圓形的名詞辨認並描述圖形的形狀, 因為圓形比多邊形容易區分, 本 教材沒有刻意再安排澄清圓形的活動 中年級開始, 本教材將學童對圓的認知定為在 Van Hiele 的第一層次分析期, 在第七冊第七單元, 開始幫助學童認識圓的構成要素, 在活動 5 中, 先要求學童 複習如何辨識圓形和非圓形, 在透過具體畫圓的活動, 認識圓周 圓心 直徑和 半徑 在活動 6 中, 要求學童使用畫圓的工具 - 圓規來畫圓, 以加深圓周 圓心 直徑和半徑的概念 第十冊第三單元, 在活動 1 中, 本教材引入圓周率的概念, 幫助學童發現所 49

7 有圓的樣子都相同, 圓周長大約是直徑長的 3 倍 在活動 2 中, 先利用標有圓心 的圓形紙卡製作扇形, 並進行扇形的命名活動, 接著要求學童由一堆圖卡中找出 扇形圖卡, 並實測這些扇形的邊和圓心角, 幫助學童認識扇形的構成要素 50

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第 2 單元三角函數編著 By 吳春鋒 一 有向角及其度量 1. 有向角 : 角度往上為正, 往下為負 角度與弧度 : 1() 1() 弧度 弧度 = 180 只有代表弧度時為 180, 其餘皆為 3.14 ( D )1. 角為 (A) 直角 (B) 鈍角 一 有向角及其度量. 有向角 : 角度往上為正, 往下為負 8. 角度與弧度 : () () 弧度 57.957 弧度 = 8 只有代表弧度時為 8, 其餘皆為.4 ( D ). 角為 (A) 直角 (B) 鈍角 (C) 平角 (D) 銳角. 5 等於 5 8 弧度 角度 弧度 6 45 4 6 9 5 5 6 8 7 6 看到角度 弧度, 8 擺分母 ; 看到弧度 角度, 擺分母. 扇形的弧長與面積

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