在科學課堂教學中培養學生的空間思維能力

杜靈芳

[摘要]科學學科的學習注重在構建知識體系和模型的過程中發展學生的思維。空間思維能力是思維想象的一個分支。文章以“地球的自轉”的教學為例，以學生的困惑及課堂的困境為出發點，結合實際教學，探討在科學課堂教學中培養學生空間思維能力的策略。

[關鍵詞]科學課堂教學;空間思維能力;地球的自轉

[中圖分類號]G633.98 [文獻標識碼]A [文章編號]1674-6058（2020）05-0093-02

科學學科的學習注重在構建知識體系和模型的過程中發展學生的思維。空間思維能力是思維想象的一個分支。人們通過想象將很多事物在大腦中產生出虛擬的思維定位，這個過程我們稱之為空間思維過程。在科學教學中，學生的分析判斷能力離不開對空間概念的理解。特別是地理知識，如果學生缺乏空間思維與想象，就不能很好地記憶，思維能力和理解能力的培養也就無從談起。因此，多方位挖掘空間思維因素;多角度激發學生的空間思維興趣，進而培養和提高學生的空間思維能力勢在必行。下面筆者以“地球的自轉”的教學為例，探討如何在科學課堂教學中培養學生的空間思維能力。

一、問題的提出

“地球的自轉”選自浙教版教材七年級下冊第四章第二節。本節內容包括地球自轉的方向、周期、晝夜交替等，初看起來比較簡單，但對于七年級學生來說，還是有一定難度的。七年級學生還不具備空間思維能力，要使他們建立清晰而抽象的地球運動的空間概念，就需要結合生活現象和一定的模型加以演示和說明。

筆者曾聆聽過多位教師執教該課，他們基本上都是沿著教材的思路，先講太陽的東升西落（有些教師為了讓學生更易于接受，舉例列車行駛時窗外樹木移動的情況），然后講授從北極、南極上空看地球，最后再到教材上的模擬實驗，從而完成對地球自轉方向的教學。筆者也曾按這個思路去試教，但發現剛開始上課，學生就有點懵了，太陽東升西落對于他們來說是事實，地球自西向東轉在小學也已經學過了，而突然把它們聯系起來，并以參照物、相對運動的概念為例，他們就覺得很難理解，從而失去學習的信心。以至于很多學生按部就班地完成模擬實驗，只是順著教師的思路將小學的知識再套一遍而已。而這樣的直接后果是導致學生由于空間思維能力有限，無法建立空間思維觀念，對地球的自轉仍然停留在記憶書本知識上，無法真正地理解，包括后面對晨昏線的認識也會存在偏差，無法真正掌握隨著地球的轉動，晨昏線是如何變化的，對于地球的公轉更是云里霧里了。

二、教學的改進

筆者曾有幸參與這一節的教學比賽，所以對于這節課做了反復修改和實踐。基于對“地球的自轉”的教材分析、學情分析以及如何突破教學難點，特別是“構建具體而有序的空間想象，使學生建立清晰而抽象的地球自轉的空間概念”難點的突破，筆者對本節課的教學進行了改進，并注重在教學中培養學生的空間思維能力。

1.利用現代化手段，培養學生的空間思維能力

隨著現代技術的逐漸發展，課堂教學手段也在不斷進步。運用多媒體設備、微課堂不但能使傳統的教學不再枯燥，還能將學生不能理解的空間結構知識直觀地呈現出來，更直觀、更科學地幫助學生理解教學中無法演示的運動問題和宇宙運行規律，繼而培養學生的空間思維能力。

筆者曾在導課上想了很多辦法，最后發現最直觀的辦法就是利用課本中的導入語，于是筆者干脆就用“太陽東升西落”的視頻導入。雖然“太陽東升西落”是學生司空見慣的現象，但當筆者呈現視頻時，學生的腦海里馬上就有了地球自轉的空間思維觀念。筆者乘勝追擊，提問：“想知道地球是不是在自轉，怎么自轉，最直接的方法是什么？”學生馬上想到是到太空中去看。而現在的科學技術已經可以幫助我們實現這個愿望，于是筆者再次播放宇航員從太空中（北極）拍攝的視頻。這種直觀的教學視頻，不僅可以提升學生的學習效率，還能快捷有效地提升學生的空間思維能力。

2.師生共制教具，拓展學生的空間思維

課堂教學離不開各種各樣的教具。教具可以把事物或現象充分地展現在學生面前，從而有效幫助學生建立空間思維能力。而師生一起制作教具，能激發學生的求知欲和學習興趣，拓展學生的空間思維。

【案例1】地球自轉方向研究

思考：如何在課堂中利用太陽的東升西落研究地球自轉的方向呢？

模型法：師生共同確定四個原型：太陽、地球、方向、觀察者，以及它們各自的模型：太陽平行光線板、地球儀、方向標、笑臉。

實驗步驟：

（1）在地球儀上找到中國浙江臺州的位置，貼上方向標，方向與經線、緯線一致;在方向標的中心粘上橡皮泥，并垂直插上“笑臉”，代表觀察者的位置。

（2）讓甲同學用太陽平行光線板（代表太陽光）水平直射地球儀，位置如圖1的A所示，確定觀察者（笑臉）看到的太陽方位，并記錄到表格中。

（3）甲同學手持太陽平行光線板位置不變，乙同

1學將地球儀自西向東分別自轉÷圈至如圖1的B、c

斗位置，確定觀察者（笑臉）看到的太陽方位并分別記錄到表格中。

（4）在表格中填寫A、B、C位置觀察者所處的時間。

（實驗完成后，請一個小組上來分享實驗過程與結果，其他小組糾正或補充。）

實驗結論：太陽東升西落是由于地球自西向東自轉。

由于學具制作到位，演示實驗很成功，但是在實際教學中筆者發現了這樣一個問題：在按步驟一步一步轉動地球儀的過程中，學生感覺自己已經理解了，可是等轉到c位置時，學生對前面的A、B位置又忘了。這些問題是學生空間思維能力不足所造成的。如何幫助學生解決這個問題？筆者覺得可以準備3個地球儀，分別處于A、B、c位置，這樣能更形象地把地球的自轉表示出來，使學生獲得連續的視覺效果，從而進一步培養學生的空間思維能力。

通過學生自己制作教具以及對課本的實驗進行改進，讓每一位學生都參與實驗，直觀、感性地體會地球自轉的方向。學生自己演示實驗后深深地感受到了太陽的東升西落其實是地球的自轉產生的，而此時再播放星星的運動視頻，則能更有效地培養學生的空間思維能力。

【案例2】觀察太陽照射地球（尋找晨昏線）

1.打開太陽模型燈光，觀察地球儀，被照亮的部分稱__，黑暗部分稱__。

2.自西向東轉動地球儀，觀察被照亮部分的變化，這個現象稱為

。

3.晝半球和夜半球的分界線，叫作__，圖中晨線是__，昏線是__。

4.“貼一貼”晨昏線：要求燈光直射到黑條所在的位置（實驗中手電筒模擬的太陽位置確定后保持不變）。

5.教師自制一個晨昏圈，演示地球自轉時晨昏圈的變化。

通過“貼一貼”的活動，讓學生自己去尋找晨昏線。學生貼的晨昏線均有所不同，這是為什么呢？（學生思考“得出可能與太陽的照射點有關”，為下節課“地球的公轉”做好鋪墊）而教師自己制作的晨昏圈的演示實驗（如圖3），直觀地呈現了晨昏圈在地球的自轉過程的動態變化。

在本節課的教學過程中，筆者始終以“活動”為線索，并通過學生動手制作教具這一實踐活動，引導學生動手操作，觀察思考，讓學生從一大堆干巴巴的文字符號中跳出來，加深對所學知識的理解，拓展空間思維。

總而言之，空間思維能力的建立在科學教學中有著不可忽視的作用。而學生空間思維能力的培養和發展是一個循序漸進、由淺入深、不斷積累的過程。為此，教師要充分地利用課堂，采用多種現代化教學手段，培養和提高學生的空間思維能力。