高中数学必修二《空间直角坐标系》优秀教学设计

4.3空间直角坐标系

4.3.1空间直角坐标系

教材分析

本节课内容是数学必修2 第四章圆与方程的最后一节的第一小节。

课本之所以把“空间直角坐标系”的内容放在必修2的最后即第四章的最后，原因有三：一、“空间直角坐标系”的内容为以后选修中用空间向量解决空间中的平行、垂直以及空间中的夹角与距离问题打基础，做好准备；二、必修2第三、四章是平面解析几何的基础内容，本节“空间直角坐标系”的内容是空间解析几何的基础，与平面解析几何的内容共同体现了“用代数方法解决几何问题”的解析几何思想；三、本套教材从整体上体现了“螺旋式上升”的思想，本节内容安排“空间直角坐标系”，为以后的学习作铺垫，正是很好地体现了这一思想。

本小节内容主要包含空间直角坐标系的建立、空间中由点的位置确定点的坐标以及由点的坐标确定点的位置等问题。结合图形、联系长方体和正方体是学好本小节的关键。

课时分配

本小节内容用1课时的时间完成，主要讲解空间直角坐标系的建立以及空间中的点与坐标之间的联系。

教学目标

重点：空间直角坐标系，空间中点的坐标及空间坐标对应的点。

难点：右手直角坐标系的理解，空间中的点与坐标的一一对应。

知识点：空间直角坐标系的相关概念，空间中点的坐标以及空间坐标对应的点。

能力点：理解空间直角坐标系的建立过程，以及空间中的点与坐标的一一对应。

教育点：通过空间直角坐标系的建立，体会由二维空间到三维空间的拓展和推广，让学生建立发展的观点；通过空间点与坐标的对应关系，进一步加强学生对“数形结合”思想方法的认识。

自主探究点：如何由空间中点的坐标确定点的位置。

考试点：空间中点的确定及坐标表示。

易错易混点：空间中的点与平面内的点以及它们的坐标之间的联系与区别；空间直角坐标系中x轴上单位长度的选取。

拓展点：不同空间直角坐标系下点的坐标的不同；空间中线段的中点坐标公式。

教具准备多媒体课件和三角板

课堂模式师生互动、小组评分以及兵带兵的课堂模式。

一、引入新课

由数轴上的点和平面直角坐标系内的点的表示引入空间中点的表示。

,x y 数轴Ox上的点M,可用与它对应的实数x表示；直角坐标平面内的点M可以用一对有序实数()表示。类似于数轴和平面直角坐标系（一维坐标系和二维坐标系），当我们建立空间直角坐标系（三维坐标

x y z表示。

系）后，空间中任意一点可用有序实数组(,,)

二、探究新知

（一）空间直角坐标系及相关概念

如图所示，''''OABC D A B C -是单位正方体.以O 为原点，分别以射线 'OD OC OA 、、的长为单位长，建立三条数轴：x 轴、y 轴、z 轴.这时我们说建立了一个空间直角坐标系Oxyz ，其中点O 叫做坐标原点，x 轴、y 轴、z 轴叫做坐标轴.通过每两个坐标轴的平面叫做坐标平面，分别称为xoy 平面yoz 、平面、zox 平面。

【师生活动】由空间直角坐标系的定义，结合正方体直观图的画法，总结在平面上画空间直角坐标系需要注意的问题：

1．空间直角坐标系的三要素：原点、坐标轴方向、单位长。

2．在平面上画空间直角坐标系Oxyz 时，一般使135,90xOy yOz ∠=︒∠=︒。

3．在y 轴、z 轴上的长度都取原来的长度，而在x 轴上的长度取原来长度的一半，即x 轴上的单位长度在平面内表现出来时是y 轴、z 轴上的单位长度的一半。

【设计意图】加强学生对空间直角坐标系的认识，避免坐标轴上的单位长度选取不当造成的图形直观性差。

（二）右手直角坐标系

在空间直角坐标系中，让右手拇指指向x 轴的正方向，食指指向y 轴的正方向，如果中指指向z 轴的正方形，则称这个坐标系为右手直角坐标系。

【引申拓展】右手直角坐标系的其它解释方法：先把大拇指指向z 轴正方向，把其余四指指向x 轴正方向，然后握成拳头，这时四指扫过原平面直角坐标系的第一象限从x 轴正方向到y 轴正方向。 【设计意图】上面补充的右手直角坐标系的其它解释方法，与物理中的右手定则联系起来，动态的解释，使学生更容易理解什么是右手直角坐标系。

（三）空间中点的坐标以及空间中坐标表示的点

如图所示，设M 为空间的一个定点，过点M 分别作垂直于x 轴、y 轴和z 轴的平面，依次交x 轴、

y 轴和z 轴于点P 、Q 和R ，设点P 、Q 和R 在x 轴、y 轴和z 轴上的坐标分别为z y x 、、，那么点M

就对应唯一确定的有序实数组（z y x ,,）。反过来，给定有序实数组（z y x ,,），我们可以在x 轴、y 轴和

z 轴上分别取坐标为实数x y 、和z 的点P 、Q 和R ，分别过P 、Q 和R 各作一个平面，分别垂直于x 轴、

y 轴和z 轴，这三个平面的唯一交点就是有序实数组（z y x ,,）确定的点M 。这样，空间一点M 的坐标

y

可以用有序实数组（z y x ,,）来表示，有序实数组（z y x ,,）叫做点M 在此空间直角坐标系中的坐标，记作M （z y x ,,）.其中x 叫做点M 的横坐标，y 叫做点M 的纵坐标，z 叫做点M 的竖坐标。

【师生活动】

1.师：任意给定空间中的一点M ，它的坐标是不是唯一确定的？ 生：是

2.师：任意给定空间中的一个有序实数组（z y x ,,），它所表示的点是不是唯一确定的？

生：是

【设计意图】通过这两个问题的设计，让学生认识到空间直角坐标系中的点与坐标的一一对应。 【设计说明】教师可以结合下面的空间中的结论，说明在空间直角坐标系中点与坐标的一一对应。 过空间任意一点有且只有一个平面与已知直线垂直.

三、空间直角坐标系的划分

四、运用新知

例1 如图，在长方体OABC D A B C ''''-中，3,4,2OA OC OD '===.写出,,,D C A B '''四点的坐标。

解：点D '在z 轴上，且2OD '=，它的竖坐标是2；它的横坐标x 与纵坐标y 都是零，所以点D '的坐标是()0,0,2。

点C 在y 轴上，且4,OC =它的纵坐标是4；它的横坐标x 与竖坐标z 都是零，所以点C 的坐标是

y