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G1-L2 · 第一章 数与形的相遇

折出黄金矩形

Fold a Golden Rectangle — 一张纸里的最美比例

⏱ 60 分钟 🧒 8–10 岁 👥 2–4人小组 📐 数学 · 美育
核心驱动问题
一张普通的纸,能折出"最美的矩形"吗?它藏在哪里?

学习目标

① 用折纸操作亲手构造出黄金矩形,感受黄金比例 1:1.618 的真实存在
② 理解这种折法为什么能得到黄金矩形(利用正方形 + 对角线的几何关系)
③ 在自然界和建筑中识别黄金矩形的踪迹,建立"数学即美"的直觉

每人材料

📄 A4纸 × 2张
✂️ 剪刀 × 1
📏 直尺 × 1
🖊️ 铅笔 × 1
📐
本课产出物
折纸黄金矩形 + 记录单(比例验证)
1
导入:你眼中最美的形状
⏱ 10 分钟

在桌上摆出三个矩形纸片(比例分别为 1:1、1:1.4、1:1.618),让孩子们不看数字,选出"看上去最舒服、最美的那个"。

  • 你选的是哪个?为什么它看起来比其他的更好?
  • 古希腊人把这个比例叫做"神圣比例"——你猜它是多少?
  • 在我们今天要学的穹顶数学里,它扮演着什么角色?
1 : 1 1 : 1.4 1 : 1.618 ✦ 黄金矩形
三个矩形,你最喜欢哪个?
2
折纸操作:7步构造黄金矩形
⏱ 25 分钟

取一张 A4 纸横放。跟着步骤一步一步折,每步完成后打开,留下清晰折痕。

  1. 折出一个正方形,再展开
    把纸的左边对齐纸的上边,折出一个角,展开后留下斜折痕; 沿斜折痕与下边的交点折出正方形的右边线,展开。 纸的左端就出现了一个"虚正方形"的印记。
  2. 将正方形部分对折,找到中线
    把刚才折出的正方形沿垂直方向对折,折痕就是正方形底边的中点竖线。展开,这条折痕我们叫它"中线"。
  3. 以中线底点为支点,转动纸的下边
    用一根手指压住正方形底边与中线的交点(支点),把纸的右下角向上翻折, 让纸的下边刚好经过正方形的右上角。这个动作像在"旋转"下边这条线。
  4. 标记折痕点,展开
    此时纸的下边经过正方形右上角——在这个交叉点处用铅笔轻轻点一个记号,然后放开,展开纸张。
  5. 从铅笔记号处向上折垂直线
    过铅笔记号点,沿纸的横向折出一条垂直折痕(和正方形的右边线平行),展开。 这条折痕所在位置,就是黄金矩形的右边界。
  6. 沿这条折痕裁剪或折叠
    用剪刀沿最后这条折痕剪开(或折叠后对齐),左侧留下的部分,就是一张黄金矩形
  7. 验证:折掉一个正方形,剩下还是黄金矩形
    在黄金矩形的短边量出一个正方形,折叠、裁掉。神奇的事发生了—— 剩下的更小矩形,和原来的黄金矩形形状完全一样!这就是黄金矩形的"自相似性"。
正方形 边长 = 1 中线 支点 黄金矩形 右边界 φ = (1+√5)/2 ≈ 1.618
以正方形中点为支点旋转,对角线长度 = √(1² + 0.5²) = √(1.25) = √5/2,加上左边的 0.5,总长 = (1+√5)/2 = φ
3
探究:为什么这样折就是黄金矩形?
⏱ 15 分钟

动手折完了,现在让我们来"看懂"它。

📐 数学原理
φ = (1 + √5) / 2 ≈ 1.6180...
假设正方形边长 = 1,它底边的中点到左下角 = 0.5

我们"旋转"纸的下边,让它的末端(正方形右下角)转到正方形右上角。 这段旋转的距离 = 正方形对角线的一半 = √(1² + 0.5²) = √5 / 2

从中点向左加上 0.5,总长度 = 0.5 + √5/2 = (1 + √5) / 2 = φ

这就是为什么那条折痕正好标出了黄金矩形的长度!

用直尺量一量你折出的矩形,长边 ÷ 短边 = ?填入下面的验证表:

短边(cm) 长边(cm) 长÷短 与1.618的误差
4
延伸:黄金矩形藏在哪里?
⏱ 10 分钟

黄金矩形不只是纸上的游戏,它出现在我们看到的每一处美丽里:

🐚
鹦鹉螺的螺旋截面
🌻
向日葵种子的排列
🏛️
帕特农神庙的立面比例
🔮
正二十面体的棱比
🎨
达芬奇人体比例图
🌿
树枝分叉的角度
🔗 与穹顶的关系:
正二十面体是穹顶的几何基础。正二十面体的每条棱和连接相邻顶点的线段之比, 恰好等于黄金比例 φ!这就是为什么从折纸开始,是通往穹顶世界的第一步。
  • 在你的手机里找一张你觉得"好看"的照片,量一量它的比例,是接近黄金矩形吗?
  • 如果无限地从黄金矩形里切掉正方形,会发生什么?画一画。
5
总结与下节预告
⏱ 5 分钟

今天我们用折纸"造"出了数学里最美的比例——黄金矩形。
一张普通的纸,通过几步精准的折叠,就能定位一个无法整除的神秘数字 φ。

下一课 G2-L1:三张黄金矩形纸条,相互正交插接, 会神奇地"站"成一个正二十面体——穹顶结构的几何根基。
带走的产出物
黄金矩形纸模 + 比例验证记录单
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