CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU MÓI QUAN HỆ THẺ CHÉ VỚI ĐÓI TƯỢNG BÀI TOÁN DỰNG HÌNH Mục đích của chúng tôi ở đây là làm rõ mối quan hệ thể chế với đối tượng bài toán dựng hình ở trường THCS, đặc biệt là bài toán dựng tiếp tuyến của đường tròn. Thé chế mà chúng tôi quan tâm là việc dạy học hình học theo chương trình và sách giáo khoa Tóan THCS hiện hành. Với nghiên cứu thể chế này, chúng tôi muốn tìm câu trả lời cho các câu hỏi sau: QI: Bài tóan dựng hình đã được chương trình và SGK 'Tóan bậc THCS xây dựng như thế nào? Các đặc trưng của chúng? Yêu cầu của nó đối với HS? Q2: Khái niệm tiếp tuyến của đường tròn được chương trình và SGK xây dựng như thế nào? Các tô chức tóan học nào được xây dựng xung quanh các bài tóan liên quan đến khái niệm tiếp tuyến của đường tròn? Q3: Những điều kiện và ràng buộc nào của thể chế trên việc dạy-học bài tóan dựng hình, cụ thé là bài tóan dựng tiếp tuyến của đường tròn? Q4: Số đo có vai trò như thế nào trong việc giải bài tóan dựng hình? Từ đó cho phép chúng tôi hiểu được quan niệm của HS về việc giải BTDH. Chúng tôi sẽ tiến hành một phân tích tổng quát chương trình và SGK Tóan từ lớp 6 đến lớp 9 nhằm tìm kiếm câu trả lời cho các câu hỏi Q1, Q4 và một phần của Q3.
Sau đó đề trả lời cho câu hỏi Q2 và phần còn lại của Q3, chúng tôi tiến hành phân tích một đối tượng cụ thê đó là «tiếp tuyến của đường tròn». GIAI DOAN 1: LỚP 6 VÀ LỚP 7 1. VE CÁC PHÉP DỰNG HÌNH CƠ BẢN «Các phép dựng hình cơ bản là: - Dung được đường thẳng di qua hai điểm phân biệt (tiên dé về cái thước) - Dung được đường tròn biết tâm và bán kính của nó (tiên dé về cái compa) - Giao điển (nếu có) của hai đường là dựng được.116]) 10 Chúng tôi thấy các phép dựng cơ bản này được các tác giả giới thiệu thông qua các tình huống sau: - _ Mục 1.Vẽ đường thắng, §3.Đường thang đi qua hai điểm ([2, tr. Đường tròn và hình tròn, §8.
Đường tròn ({3, tr. VE CÁC BÀI TOÁN DỰNG HÌNH CƠ BAN «Cac bài tóan dựng hình cơ bản được nêu trong mục 2 của SGK: (1) Dựng một đoạn thăng bằng một đọan thắng cho trước. (2) Dựng một góc bằng một góc cho trước. (3) Dựng đường trung trực của một đoạn thắng cho trước, dựng trung điểm của một đoạn thắng cho trước.
(4) Dựng tia phân giác của một góc cho trước. (5) Qua 1 điểm cho trước, dựng đường thắng vuông góc với một đường thăng cho trước. (6) Qua 1 điểm năm ngoài 1 đường thắng cho trước, dựng đường thăng song song với một đường thăng cho trước. (7) Dựng tam giác biết 3 cạnh, hoặc biết 2 cạnh và góc xen giữa, hoặc biết 1 cạnh và 2 góc kề.81]) Sau đây chúng tôi trình bày lại các tình huống đưa vào các bài tóan dựng hình cơ bản mà chúng tôi tim thấy trong SGK Toán các lớp 6, 7 trước khi thuật ngữ «dựng hình» chính thức xuất hiện.
Dựng một đoạn thắng có độ dài bằng đọan thẳng cho trước Ta có thể xem tình huống đầu tiên này được các tác giả trình bày thông qua ví dụ 2, [2, tr.122]: Ví dụ 2: Cho đoạn thăng AB (hình). Hãy vẽ đoạn thăng CD sao cho CD =AB. A B C Ỹ Cách vẽ: Vẽ tia Cy bat kì. Khi đó ta đã biết mút C của đoạn thang CD.
Ta vẽ mút D như sau: - Đặt compa sao cho một mũi nhọn trùng với mut A, mũi kia trùng với mút B của đoạn thăng AB cho trước - Giữ độ mở của compa không đổi, đặt compa sao cho một mũi nhọn trùng với gốc C của tia Cy, mui kia nam trên tia sẽ cho ta mút D và CD là đoạn thẳng phải vẽ. Ví dụ trên có ý nghĩa đặc biệt, nó dùng dụng cụ là thước thăng và compa, các đoạn thắng không số đo. Vậy nó hoàn toàn có thé gọi là “Dựng đoạn thang CD bằng đọan thăng AB cho trước”. Và cũng chính từ ví dụ này mà học sinh biết thêm một công dụng của compa:dịch chuyền một đọan thắng có độ dài bằng đọan thăng cho trước 1.
Dựng một tam giác khi biết độ dài ba cạnh của nó. Tình huống thứ 2 có thể nói tới là ví dụ [3, tr. Ví dụ: Vẽ một tam giác ABC biết 3 cạnh BC=4cm, AB=3cm, AC=2cm. Cách vẽ: -Vẽ đoạn thắng BC=4cm -Vé cung tron tâm B, bản kính 3cm -Vé cung tron tâm C, bản kính 2cm Chúng tôi cho răng ví dụ này có thé xem là bài toán thứ 2 mà học sinh gặp về dựng hình vì nó có dùng thước thắng có vạch và compa.
SGK trình bày khá rõ ràng, người ta đã dùng từ "cách vẽ" (cho cả ví dụ trên kia), tức họ chỉ xem đây là bài toán vẽ hình thôi, không dính gi tới dựng hình cả. Tuy vậy, theo SGV thì «Vé tam giác biết độ dài 3 cạnh là bài toán dựng hình dau tiên sử dụng thước và compa. Yêu cầu học sinh sử dụng thành thạo các công cụ này. Yêu cau học sinh dựng đúng trình tự: vẽ trước một cạnh - xác định đỉnh thứ 3 cua tam giác, dung compa» ([1I1, tr.
Các tác giả đã coi đây là bai toán dựng hình đầu tiên, chỉ có điều là chưa nói ra cho học sinh thôi. Qua cách trình bày của SGK cũng như SGV, cho phép phán đoán rang: đây là thao tác đoán đầu của các nhà biên sọan chương trình và SGK cho bai toán dựng hình. Mặt khác, qua lưu ý dung dung trình tự của SGV thì chúng tôi cũng nhận thấy một tư duy thuật toán đã hiện diện trong yêu cầu của bài toán dựng hình một cách ngầm ẩn (ở đây là tuân thủ thuật toán dựng tam giác biết ba cạnh). Tức là "hoc sinh dựng hình đúng trình tự".
Dựng tia phân giác của một góc 20. Cho góc xOy, (1) vẽ cung tron tâm O, cung nay cắt Ox, Oy theo thứ tự ở A, B. (2), (3) vẽ các cung tròn tâm ¬- A và tâm B có cùng bán kinh sao cho chúng cắt nhau Ở mi C (4) điểm C nằm trong góc xOy. ¿ò Chứng minh rằng OC là tia phân giác của góc xOy.
` h3 Chú ý: bài toán này cho ta cách dùng thước va compa dé vẽ tia phân giác của 1 góc" Ngay sau đó, có bài tập yêu câu dùng thước và compa vẽ các tia phân giác của các góc một tam giác. Dung một góc có số đo bằng một góc cho trước Tình huống này được giới thiệu thông qua bài tập 22 [4, tr. Cho góc xOy và tia Am.(h74a) y Vẽ cung tron tâm O bán kính r, cung này cat Ox, Oy theo thứ tự ở B, C. Vẽ cung tròn tâm A bán kính r, cung này cắt tia * h, 74a Am 6 D (h74b) Vẽ cung tròn tam D có bán kính bang BC, cung này cắt cung tròn tâm A ban kính r ở E (h74c) Chứng mình rằng: DAE= xOy Chi ý: bài toán nay cho ta cach dung thước va compa dé vẽ một góc bằng một góc cho trước.
Dung đường trung trực và trung điểm của một đọan thang Bài tóan này được giới thiệu ở mục 3, §7 [5, tr.Ung dụng Ta có thé vẽ đường trung trực của MN bằng thước và compa như sau: - Lay M làm tâm vẽ cung tròn bán kính lớn hơn 1⁄2 MN, sau đó lay N M lam tam vẽ cung tròn có cùng ban kinh đó sao cho hai cung tron - Đùng thước vẽ đường thăng PQ, đó là đường trung trực của đoạn thăng MN. Chú ý: - Khi vẽ 2 cung tron trên, ta phải lay bán kính lớn hon 1⁄2 MN thì 2 cung tròn đó mới có 2 điểm chung - Giao điểm của PQ với MN là trang điểm của đoạn MN nên cách về trên cũng là cách dựng trung điểm của đoạn thắng bằng thước và compa. Dung một đường thang đi qua một điểm cho trước và vuông góc với một đường thăng cho trước. Bài tóan dựng hình này được chúng tôi tìm thấy ở bài tập 51 [5, tr.
Cho đường thăng d và điểm P không năm trên d. Hình 46 minh họa cho cách đựng đường thang di qua điểm P và vuông góc với đường thăng d bằng thước và compa như Sau: (1) Vẽ đường tron tam P ban kính thích hop sao cho nó cat d tại 2 điểm A và B (2) Vẽ 2 đường tròn với ban kính bằng nhau. Gọi I giao điểm của chúng là C (C #P) (3) Vẽ đường thắng PC Hay chứng minh đường thăng PC vuông với d. Dé: Tìm thêm một cách dựng nữa (bằng thước và compa) 1.
Một vài nhận xét từ các bài toán trên: - Thuật ngữ dùng trong các bài toán trên không thông nhất, lúc thì "vế hinh”, lúc thì “dung”. Phải chăng vào thời điểm này thì người ta không cần phải phân biệt các thuật 14 ngữ ấy. Chúng tôi cho rằng điều đó vé sau sẽ gây nhằm lẫn về mặt khái niệm của các thuật ngữ. - Trong 7 bài toán dựng hình cơ bản trên, lớp 6 được đưa vào 2 bài xem như là một ứng dụng của các dung cụ thước thăng va compa.
Phan còn lại được trình bày hoàn toàn trong SGK lớp 7. - Hau hết các bài tập nêu ra đều có dang là dé bài nêu cách vẽ một đối tượng hình học (bước vẽ, thậm chí họ còn đánh số, như bài 20, (4, 7.77]), sau đó yêu cầu học sinh chứng mình cách vẽ ay thỏa mãn các tính chat của đối tượng đó. Từ đây chúng tôi cho rằng có sự ngầm ân vẻ phía các nhà biên soạn ở việc họ trình bày các bài toán này ở dang nêu bước vẽ (mà sau này trở thành bước cách dựng), yêu cầu học sinh chứng minh (sau nay là bước chứng minh trong bài toán dựng hình). Chúng tôi cho rằng, việc nêu thứ thự các thao tác dé dựng (hay vẽ) một đỗi tượng hình học bước đầu hình thành nên một tư duy thuật tóan dựng hình: vẽ theo một trình tự.
- Các bài toán trên đều có hỗ trợ hình vẽ. - Bộ dụng cụ dựng là thước thăng không vạch và compa, nên HS làm việc trên các hình hình học. CÁC BÀI TOÁN VE HÌNH «Quan niệm về vẽ hình: ® Vẽ hình càng chính xác càng tot. ® Hình được vẽ băng dung cu nào cũng có giá trị như nhau.
Không nên hiéu rằng vẽ hình là phải ding thước va compa. Càng không nên hiểu sai cho rằng chỉ có hình được vẽ bằng thước va compa mới chính xác.