基于小學數學空間思維發展的STEAM課程

包繼光

[摘要]數學是一門邏輯性強的學科，注重學生邏輯思維能力及空間思維能力的培養。小學數學應重視對學生空間思維的建設與培養，為將來學習幾何知識奠定基礎。現行的小學數學課程標準明確指出：“讓學生通過認識幾何圖形和物體的大小、形狀、位置關系等，來了解和學習幾何的基礎知識，初步形成思維空間概念。”但小學生習慣以直觀形象思維來解決問題，導致培養其數學空間思維能力受阻，在此背景下借助STEAM課程理念能有效發展小學生的數學空間思維。

[關鍵詞]邏輯思維能力;思維空間;STEAM課程

一、STEAM的概念與特點

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（En-gineefing）及數學（Mathematics）四門學科的簡稱，是美國1980年提出來培養人才的教育理念，之后在其基礎上加入了Art（藝術），從而形成了STEAM這一多學科融合的教學理念，強調充分利用這些學科的交叉融合來培養具有創新精神和實踐能力的復合型人才。STEAM教育是繼STEM教育的發展性、包容性、拓展性更強的跨學科的綜合素質教育，注重知識的交融與運用。我國教育學者歸納出STEAM教育的優點在于將其知識情境化與社會化。STEAM教育采用的是以PBL探究為基礎的教學模式和問題式學習模式，主要利用學生自主探究的過程來獲得解決實際問題的目的，其重點是突出對學生自主探究及創新能力的培養。

二、用STEAM課程理念發展小學數學空間思維

傳統的數學課程是普及學生數學知識，努力培養學生的邏輯思維及空間思維能力，講解各類題型的具體方法，其重點在于傳授知識、傳授經驗，學生的思維能力有一定的提升，但如遇到新型的問題，可能難以解決。這不能說明學生沒有掌握這方面的知識，而是思維缺失所導致的結果，主要原因是學生思維方式的陳舊與單一。數學教學的重點是對學生思維方式和能力的培養，靈活解決實際問題。教師不僅需要傳授知識與經驗，還需要讓學生學會自主探究，學會多問問題，拓展和開發學生的數學思維。在小學數學階段，對涉及圖形和物體的大小、形狀、位置的一些數學題型，學生往往摸不著頭腦，這是由于他們習慣用直接思維來解決問題的緣故。對于圖形和物體的空間概念不明確，這時在教學中引進STEAM課程理念中的多學科融合教學，可通過各個學科的輔助教學（如借助實物搭建、微課講解、多媒體播放、教學PPT、實驗等），讓學生自己感受、自己探索，幫助學生建立空間思維，快速掌握數學知識，解決數學問題，并且重點突出了對學生創新思維能力的培養。

三、STEAM課堂培養小學生數學空間思維的關鍵點

大多數學生學習數學的方式單一，就是死記計算公式，當遇到抽象或復雜的問題時，不會靈活變通思維方式，常常感到束手無策，于是產生了畏懼、抵觸的心理。培養學生數學空間思維的STEAM課堂，就是針對目前大多數學生陳舊的思維學習方式，以興趣點為突破口、以問題形式為主線、以學生探索為載體、以培養學生的實際操作能力與創新能力為目標的教學思路，運用多種學科知識的融合應用，拓展學生數學空間思維，為今后學習立體幾何打下良好的基礎。

四、STEAM課堂培養小學生數學空間思維的策略

（一）以教學實物觀察，想象虛擬的空間模型，激發學習興趣

一切事物的發展都是由簡單到復雜的過程。科學學科，教會我們如何觀察實物，分析事物，弄清事物的發展方向及規律。在小學生數學空間思維發展的過程中，也要遵循這一發展規律。小學階段所接觸的幾何屬于直觀幾何，也可以說是經驗幾何或實驗幾何。因此，學生獲得幾何知識并形成空間觀念必須依靠他們不斷地“觀察實物、動手感知，反復建模”來不斷完善和積累經驗。當學生進行實物觀察時，要提示學生從不同方位、不一樣的視角進行觀察，比如同一個正方體，正對著的學生看見的是“一個正方形”，而側面的學生看到是“正方體的兩個或三個面”，由此學生可以得出“從不同視角，觀察同一個物體（幾何體），所看到的形狀是不一樣的”，讓學生初步建立正確的空間思維方式。實物觀察是最直觀形象的一種認知方式，學生可以近距離觀察實物，再根據教師的問題提示，想象虛擬的空間模型并畫出來，以此激發其好奇心，積極詢問或探索相關知識。再如在學習長方體時，備好長方體的實物，讓每個學生觀察并感受長方體的頂點、棱長、面的特征，接著讓學生照著長方體的實物畫出長方體，在教師講解長方體相關知識后，讓學生根據自己的理解總結出長方體的點、線、面的特征，然后在腦中構思出一個長方體模型，并嘗試著把腦中的模型畫在紙上，以此加深對長方體知識的認識，發展其空間思維能力。

（二）借力信息技術手段，直觀空間思維，強調自主探究學習

在STEAM課堂中，采用較多的是現代化信息技術。信息技術中多媒體播放、電子白板的使用、幻燈片的播放、微視頻播放等，能有效針對學科教學內容進行設置，加快學生對知識原理的理解與掌握。小學生數學空間思維的培養，更需要這些現代化的教學手段，這對于小學生形成正確的空間思維方式很有幫助。教學中，可利用信息技術實現對教學素材的立體成像，充分發揮聲音、圖形、動畫的功能，直觀空間思維，剖析數學知識原理，加速學生空間思維的形成與發展，此教學過中需重視學生自我探索、自我學習的過程。譬如，在“軸對稱”圖形教學時，教師可以用PPT給學生展示蝴蝶和蜻蜓的翅膀結構，并讓學生嘗試著說出這些翅膀的特征，引導學生發現“對稱”的特點，然后再讓學生想象一下生活中見過的對稱事物，并一一列舉出來。

（三）注重立體圖形與平面圖形的轉化，建立立體的思維空間

“空間與圖形”的教學目標之一是使學生獲知基礎的幾何概念，初步形成網絡式的空間思維結構。在認識圖形的教學中，除了借助“標準實物圖形”，還應運用“變式圖形”，并有意識地引導學生進行立體圖形與平面圖形之間的轉化，并能熟練分解或整合立體圖形，讓學生體會到立體圖形中的相關問題是可以通過拆分成單個的平面圖形來解決的。例如有一堆正方體，從上面看是兩個正方形，從側面看是三個正方形，試問這堆最多有幾個正方體，最少有幾個正方體？在STEAM課堂學習中，遇到這類問題時，教師可以借助多媒體教學，把復雜的立體圖形，分解成各個獨立的平面圖形，利用各種顏色標出所要呈現的圖形，幫助學生建立立體的思維空間，鞏固所學知識。此過程中，教師可變換實物圖形數量來設問，反復強化和發展學生的分解和整合的能力，從而建立立體的思維空間。

（四）靈活運用空間思維，解決實際問題

發展學生數學空間思維能力是小學圖形學習的重要任務，空間思維能力包括對方位、立體圖形的構建，解決實際應用問題。如何靈活運用空間思維能力，解決實際問題？在STEAM課堂中，在學生的空間思維形成的基礎上，培養學生對圖形的再造、組合與分解的能力，尋找最理想的方法解決生活中所遇到的實際問題。此階段應注重學生空間思維能力的培養，將數學課堂知識延伸到日常生活中去，促進學生數學應用能力的提升。例如生活中，有時需要用到計算長方體表面積或正方體表面積的相關知識。如粉刷一間房屋需要多少涂料？一個游泳池需要貼多少瓷磚？諸如此類問題，學生都需要聯系實際情況進行分析：計算粉刷房間的面積時，要注意除去門窗和地面的面積;計算游泳池的表面積時，只需要減去與底面同等面積即可。

五、結語

綜上所述，小學生數學空間思維能力的形成與發展是一個緩慢的過程。小學作為學生數學空間思維形成的初始階段，學生數學空間思維尚未成熟，教師要在原有教材的基礎上，穩抓這一關鍵時期，開啟學生的數學空間思維。教師可充分利用STEAM課程理念下的多學科融合教學特點，借助于現代化信息教學手段，通過設計有趣的活動，創設問題情境，突顯學生的主體性，激發學生自主探究的興趣，使他們在實物觀察中比較、在感受中認知、在操作中體驗、建立起空間思維模型，拓展數學空間思維，為今后的數學學習做好鋪墊。