基于深度學習的學生空間想象能力培養

嚴巧佩

【摘要】塑造小學生的空間觀念是核心素養教學理念對小學數學學科教學提出的具體要求.教師堅持深度學習教學模式，注重塑造學生的空間想象能力，從增設觀察活動、對接生活經驗、巧設認知沖突、創新活動載體、依托信息資源等角度入手，能豐富培養學生空間想象能力的教學路徑，為學生空間觀念核心素養的形成與發展提供有力支撐.

【關鍵詞】深度學習;小學數學;空間想象;能力培養

深度學習是一種強調學生思維參與，引導學生在理解的基礎上形成認知和發展能力的教學形式.小學數學是一門思維性很強的學科，能有效鍛煉學生的思維能力.因此，教師要關注對學生空間想象能力的培養，注重數學教學中“數”與“形”的有機結合，通過增設觀察活動、對接生活經驗、巧設認知沖突、創新活動載體、依托信息資源等多元化的教學手段，將空間觀念教學滲透到日常教學活動中，提升學生的空間想象思維品質，助力學生學科核心素養的發展.

一、增設觀察活動，拓寬學生的空間想象域度

觀察學習是學生空間想象能力形成的起點.在數學課堂教學活動設計中，教師有意識地增設一些觀察性的數學學習活動，能拓寬學生的空間想象域度，引導學生對觀察對象的大小、形狀、結構、位置關系等空間特點建構更多表象認知.教師注重對觀察活動的設計，鼓勵學生通過最直觀的觀察說出自己對觀察物品的直接感受和基本認知，引導學生從直觀觀察表象中抽象出其中的數學事物，鍛煉學生的抽象思維能力，深化學生對數學事物的基本認知.觀察活動的設計要圍繞各個課時教學的核心知識，因此，教師要選擇一些與數學抽象知識相關的具象觀察素材，為學生順利抽象出其中的數學知識提供支持.

觀察活動可以依托實物演示，用生活物品、自制教具和學具展開教學，也可以借助信息技術教學手段，用多媒體課件、Flash動畫、幾何畫板等計算機軟件呈現.在教學“對稱、平移與旋轉”這一內容時，為了展開軸對稱圖形、平移、旋轉三個數學概念知識，教師可以創設觀察活動作為課堂切入，向學生展示具備軸對稱圖形特點的黑板、課桌;具備平移特點的觀光電梯、傳送帶;具備旋轉特點的紙風車、汽車輪胎……用實物演示與數字化資源呈現相配合的教學形式，啟發學生認真觀察這些教學素材分別具備哪些共性特點，鼓勵學生與小組成員交流與討論自己的學習成果，引導學生從這些觀察對象中抽象出軸對稱圖形、平移、旋轉等數學概念知識.

教師精心整合課堂導入教學素材，將具備軸對稱、平移、旋轉三種圖形特點的實物素材和數字化資源融入觀察教學活動中，用這些典型性較強的觀察對象啟迪學生的數學學習思維，引導學生從具象的實物素材以及圖片、視頻素材中抽象出它們變化的一般特點，促進學生順利生成軸對稱圖形、平移、旋轉三個數學概念知識，鍛煉學生的數學觀察能力和空間思考能力.

二、對接生活經驗，強化學生的空間想象體驗

數學課堂教學生活化是小學數學教師的普遍共識.教師在塑造學生的空間想象能力時，有意識地對接學生的直接經驗，用學生熟悉的生活素材設置數學教學活動，能增強學生對數學事物的空間感知，強化學生的空間想象體驗，助力學生空間觀念的形成.數學學科教學內容與學生生活經驗有著諸多切合點，因此，教師要加強對生活資源的開發與整合，在數學課堂中有序導入這些生活素材，拉近數學知識與學生之間的距離，激活學生對數學學習的探究欲望，提高學生對數學認知結構的全面性和系統性.同時，教師要注重生活素材在課堂上滲透的時機，根據各環節數學知識教學的特殊需求，靈活投放與數學知識相關的生活教學資源，用啟發式教學、引導式教學的方式推動學生在數學課堂上的遷移學習.

教師以生活經驗作為空間教學的生成點，啟發學生立足具體的生活物品、生活現象的感知經驗，發散學生的數學學習思維，使學生展開空間想象，專項訓練學生的空間想象能力.在教學“周長”這一內容時，為了讓學生對“周長”這一數學概念建構準確認知，教師積極地對接日常生活中蘊含周長概念原型的生活化教學素材，啟發學生回憶繞操場跑步一圈、繞花壇澆水一圈等生活場景，讓學生抽象出操場、花壇的數學圖形元素，畫出繞一圈的路線圖.教師用PPT展示學生的學習成果，能讓學生用語言說明這些生活場景中的行進路線有什么特點，并且結合學生回答的內容，切入對“周長”概念的解讀，緊抓“周長”概念的所有邊長、一周等關鍵詞，為學生剖析周長概念的數學內涵.

教師選擇繞操場跑步一圈、繞花壇澆水一圈等生活化的教學資源輔助“周長”概念教學，能為學生認識周長概念的基本特點搭建思維立足點，引導學生根據生活場景抽象出數學圖形，強化學生空間想象的數學學習體驗.教師由此拓展，能深化學生的思維層次，再加上緊抓“周長”概念描述的關鍵詞匯展開教學，能加深學生對數學概念的理解，促使學生完成數學新知的遷移學習.

三、巧設認知沖突，對接學生的空間想象思維

數學思維“沖突”發展的學習過程，可以延伸學生的認知深度，激活學生的數學學習思維，觸發學生深度學習.教師在數學空間知識教學中巧設一些認知沖突，能帶動學生的求知欲望和探索欲望，提高學生學習數學的熱情，助推學生空間想象思維的發展.在具體操作時，教師可以從逆向思維角度展開教學思考，結合學生對數學知識產生的固有認知和思維定式，設置一些逆向思考的數學問題、探究任務，用與學生常規思維相違背的認知沖突，啟迪學生的數學探究思維，鍛煉學生的數學學習能力.同時，教師可以圍繞課時教學的核心內容，對教學安排進行分層設計，促使學生在一開始淺層次的認知學習中認識到已有數學學習方法的片面性，引領學生從多個角度探索數學任務的解決方案，使學生循序漸進地完成新知探索.

教師在數學課堂上要有目的性地滲透一些數學思想方法，引導學生對數學思想方法形成更多思考，豐富學生的數學學習手段，提高學生的數學課堂學習效率.在教學“面積”這一內容時，教師可以在課堂導入環節向學生展示多組一個邊長相等的長方形和正方形，引導學生通過直接觀察、重疊比較的方法比較每組長方形和正方形的大小.在這之后，教師可以投放一些正方形的邊長長度大于長方形的寬且小于長方形長的學習素材，激發學生的認知沖突，啟發學生思考處理這種難以直接觀察、重疊比較的素材時應該選擇什么解決方法.此時，學生積極地投入課堂探究學習，想出了用更小的正方形、正三角形、圓形作為標準表示兩者的面積，進行面積大小比較的解決方案.

教師用簡單問題來切入，能強化學生對圖形面積大小比較的基本方法的鞏固應用，通過改變圖形邊長制造認知沖突，啟發學生思考在原有學習方法不適用的情況下，如何進行面積大小的比較.教師采用層次性的問題設計能引導學生發現和掌握用小圖形做標準表示面積大小的圖形轉化方法，引導學生正確理解長方形、正方形的面積計算方法，提高學生的學習效率.

四、創新活動載體，延伸學生的空間想象維度

為了培養小學生的空間想象能力，教師要為學生主動思考、自主學習搭建數學學習平臺，讓學生主動參與到空間想象的學習活動中來.教師創新數學課堂教學活動載體，豐富多彩的數學學習活動，能提高學生參與空間想象學習活動的效度，延伸學生的空間想象維度.與只注重知識教學的單一化數學課堂教學模式相比，小學生對多元化的數學課堂教學活動抱有很高的參與熱情，因此，教師在設計數學課堂教學活動時要專注對學生空間想象思維能力的專項訓練，有針對性地調整數學學習活動載體、活動形式、活動內容，為學生營造積極、活潑的數學課堂學習氛圍，引導學生在手腦并用的空間學習活動中得到充分的思維鍛煉和能力提升.

在數學學習活動中，學生的主觀能動性得以發揮，但他們受限于經驗認知和思維能力，在構建幾何圖形等空間知識時容易出現偏差.因此，教師要做好活動教學的必要指導，用指向性更為明確的操作要求、活動任務引領學生高效地完成數學學習活動.在教學“觀察物體”這一內容時（該教學目標主要是教會學生如何從正面、側面、上面三個角度觀察和辨識簡單物體），教師可以結合教學內容，創新數學課堂活動設計，讓學生找出長方體、正方體、圓柱、球等基礎性的立體幾何圖形學具，以小組為單位，分別從正面、側面、上面三個角度進行觀察，說一說自己在三個角度下觀察的結果分別是什么.隨著活動的深入開展，教師可以為各小組提供筆筒、鉛筆盒、汽車模型等生活物品，以供他們觀察，提高他們對課堂學習活動的認知難度.

讓學生親身參與到數學理論性知識的探究學習過程中無疑要比簡單的語言剖析更能收到教學成效，因此，教師要設計小組合作活動，組織學生與同伴一起完成各類物體的觀察學習活動，引領學生由易到難、由淺及深地認識和掌握從三種不同的角度進行觀察的學習方法，從而有效鍛煉學生的空間想象能力，落實數學課堂教學目標.

五、依托信息資源，提高學生的空間想象品質

信息資源不僅具備形象性、直觀性的教學特點，可以把抽象難懂的數學知識直觀呈現出來，簡化數學知識的理解難度，而且能化靜態為動態，將學生代入動態變化的信息化學習場景中.教師要正確認識信息資源在提高學生空間想象品質方面獨特的教學優勢，依托信息資源設計數學課堂教學活動，擴充數學課堂教學容量，在除數學教材以外為學生展示更多直觀、形象、動態的空間感性認知學習素材.小學生的抽象能力和空間想象能力都在快速發展，因此，教師在課堂上配合信息資源展開教學，能與小學生的認知發展規律相契合，更好地體現信息資源在數學課堂上的調度作用.

信息資源對數學課堂教學的支撐效果體現在多個方面，因此，教師要在不同的教學環節、教學活動中整合與滲透典型性較強的數字化教學資源，實現數學課堂教學的高效交互.在教學“認識圖形”這一內容時，教師可以采用多媒體課件的形式為學生呈現由很多基礎圖形變化之后的優秀圖案，要求學生從中找出基礎圖形，思考這些圖案設計對基礎圖形進行了怎樣的處理.教師選擇的信息資源具有很強的代表性，或是幾組圖片集中體現某一種圖形變換方法，或是一組圖片素材中蘊含多種圖形變換方法.教師讓多名學生分析并作答同一組圖形，引導學生對每組圖形都能形成更全面的認識.

“圖案欣賞”課時教學本就需要依托必要的欣賞教學素材展開教學.教師可以以信息資源為抓手，做好欣賞教學素材的收集和篩選，從中選出典型性、代表性較強的素材內容，啟發學生對這些圖案設計中蘊含的圖形變換知識形成更多思考，提升學生的空間想象品質.在學生形成充分認知之后，教師可以組織學生開展自主設計學習活動，這樣能收到事半功倍的教學效果.

基于深度學習的小學數學課堂教學能提高學生的數學學習參與效度，激活學生的數學學習思維，在培養學生空間想象能力方面有著天然的教學優勢.教師在創新日常教學活動的過程中，通過增設觀察活動，能拓寬學生的空間想象域度;通過對接生活經驗，能強化學生的空間想象體驗;通過巧設認知沖突，能對接學生的空間想象思維;通過創新活動載體，能延伸學生的空間想象維度;通過依托信息資源，能提高學生的空間想象品質，以靈活性、多元化的教學設計，支撐學生空間想象能力的穩定發展，促進學生數學綜合素養的全面提升.