在科學(xué)課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力

杜靈芳

[摘要]科學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)注重在構(gòu)建知識(shí)體系和模型的過(guò)程中發(fā)展學(xué)生的思維?？臻g思維能力是思維想象的一個(gè)分支。文章以“地球的自轉(zhuǎn)”的教學(xué)為例，以學(xué)生的困惑及課堂的困境為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際教學(xué)，探討在科學(xué)課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力的策略。

[關(guān)鍵詞]科學(xué)課堂教學(xué);空間思維能力;地球的自轉(zhuǎn)

[中圖分類號(hào)]G633.98 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1674-6058（2020）05-0093-02

科學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)注重在構(gòu)建知識(shí)體系和模型的過(guò)程中發(fā)展學(xué)生的思維?？臻g思維能力是思維想象的一個(gè)分支。人們通過(guò)想象將很多事物在大腦中產(chǎn)生出虛擬的思維定位，這個(gè)過(guò)程我們稱之為空間思維過(guò)程。在科學(xué)教學(xué)中，學(xué)生的分析判斷能力離不開(kāi)對(duì)空間概念的理解。特別是地理知識(shí)，如果學(xué)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(yǎng)也就無(wú)從談起。因此，多方位挖掘空間思維因素;多角度激發(fā)學(xué)生的空間思維興趣，進(jìn)而培養(yǎng)和提高學(xué)生的空間思維能力勢(shì)在必行。下面筆者以“地球的自轉(zhuǎn)”的教學(xué)為例，探討如何在科學(xué)課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力。

一、問(wèn)題的提出

“地球的自轉(zhuǎn)”選自浙教版教材七年級(jí)下冊(cè)第四章第二節(jié)。本節(jié)內(nèi)容包括地球自轉(zhuǎn)的方向、周期、晝夜交替等，初看起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但對(duì)于七年級(jí)學(xué)生來(lái)說(shuō)，還是有一定難度的。七年級(jí)學(xué)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(yùn)動(dòng)的空間概念，就需要結(jié)合生活現(xiàn)象和一定的模型加以演示和說(shuō)明。

筆者曾聆聽(tīng)過(guò)多位教師執(zhí)教該課，他們基本上都是沿著教材的思路，先講太陽(yáng)的東升西落（有些教師為了讓學(xué)生更易于接受，舉例列車行駛時(shí)窗外樹(shù)木移動(dòng)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(shí)驗(yàn)，從而完成對(duì)地球自轉(zhuǎn)方向的教學(xué)。筆者也曾按這個(gè)思路去試教，但發(fā)現(xiàn)剛開(kāi)始上課，學(xué)生就有點(diǎn)懵了，太陽(yáng)東升西落對(duì)于他們來(lái)說(shuō)是事實(shí)，地球自西向東轉(zhuǎn)在小學(xué)也已經(jīng)學(xué)過(guò)了，而突然把它們聯(lián)系起來(lái)，并以參照物、相對(duì)運(yùn)動(dòng)的概念為例，他們就覺(jué)得很難理解，從而失去學(xué)習(xí)的信心。以至于很多學(xué)生按部就班地完成模擬實(shí)驗(yàn)，只是順著教師的思路將小學(xué)的知識(shí)再套一遍而已。而這樣的直接后果是導(dǎo)致學(xué)生由于空間思維能力有限，無(wú)法建立空間思維觀念，對(duì)地球的自轉(zhuǎn)仍然停留在記憶書(shū)本知識(shí)上，無(wú)法真正地理解，包括后面對(duì)晨昏線的認(rèn)識(shí)也會(huì)存在偏差，無(wú)法真正掌握隨著地球的轉(zhuǎn)動(dòng)，晨昏線是如何變化的，對(duì)于地球的公轉(zhuǎn)更是云里霧里了。

二、教學(xué)的改進(jìn)

筆者曾有幸參與這一節(jié)的教學(xué)比賽，所以對(duì)于這節(jié)課做了反復(fù)修改和實(shí)踐?；趯?duì)“地球的自轉(zhuǎn)”的教材分析、學(xué)情分析以及如何突破教學(xué)難點(diǎn)，特別是“構(gòu)建具體而有序的空間想象，使學(xué)生建立清晰而抽象的地球自轉(zhuǎn)的空間概念”難點(diǎn)的突破，筆者對(duì)本節(jié)課的教學(xué)進(jìn)行了改進(jìn)，并注重在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力。

1.利用現(xiàn)代化手段，培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力

隨著現(xiàn)代技術(shù)的逐漸發(fā)展，課堂教學(xué)手段也在不斷進(jìn)步。運(yùn)用多媒體設(shè)備、微課堂不但能使傳統(tǒng)的教學(xué)不再枯燥，還能將學(xué)生不能理解的空間結(jié)構(gòu)知識(shí)直觀地呈現(xiàn)出來(lái)，更直觀、更科學(xué)地幫助學(xué)生理解教學(xué)中無(wú)法演示的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題和宇宙運(yùn)行規(guī)律，繼而培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力。

筆者曾在導(dǎo)課上想了很多辦法，最后發(fā)現(xiàn)最直觀的辦法就是利用課本中的導(dǎo)入語(yǔ)，于是筆者干脆就用“太陽(yáng)東升西落”的視頻導(dǎo)入。雖然“太陽(yáng)東升西落”是學(xué)生司空見(jiàn)慣的現(xiàn)象，但當(dāng)筆者呈現(xiàn)視頻時(shí)，學(xué)生的腦海里馬上就有了地球自轉(zhuǎn)的空間思維觀念。筆者乘勝追擊，提問(wèn)：“想知道地球是不是在自轉(zhuǎn)，怎么自轉(zhuǎn)，最直接的方法是什么？”學(xué)生馬上想到是到太空中去看。而現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)可以幫助我們實(shí)現(xiàn)這個(gè)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(xué)視頻，不僅可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，還能快捷有效地提升學(xué)生的空間思維能力。

2.師生共制教具，拓展學(xué)生的空間思維

課堂教學(xué)離不開(kāi)各種各樣的教具。教具可以把事物或現(xiàn)象充分地展現(xiàn)在學(xué)生面前，從而有效幫助學(xué)生建立空間思維能力。而師生一起制作教具，能激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣，拓展學(xué)生的空間思維。

【案例1】地球自轉(zhuǎn)方向研究

思考：如何在課堂中利用太陽(yáng)的東升西落研究地球自轉(zhuǎn)的方向呢？

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

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）在地球儀上找到中國(guó)浙江臺(tái)州的位置，貼上方向標(biāo)，方向與經(jīng)線、緯線一致;在方向標(biāo)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(xué)用太陽(yáng)平行光線板（代表太陽(yáng)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(yáng)方位，并記錄到表格中。

（3）甲同學(xué)手持太陽(yáng)平行光線板位置不變，乙同

1學(xué)將地球儀自西向東分別自轉(zhuǎn)÷圈至如圖1的B、c

斗位置，確定觀察者（笑臉）看到的太陽(yáng)方位并分別記錄到表格中。

（4）在表格中填寫(xiě)A、B、C位置觀察者所處的時(shí)間。

（實(shí)驗(yàn)完成后，請(qǐng)一個(gè)小組上來(lái)分享實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果，其他小組糾正或補(bǔ)充。）

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：太陽(yáng)東升西落是由于地球自西向東自轉(zhuǎn)。

由于學(xué)具制作到位，演示實(shí)驗(yàn)很成功，但是在實(shí)際教學(xué)中筆者發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)問(wèn)題：在按步驟一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)地球儀的過(guò)程中，學(xué)生感覺(jué)自己已經(jīng)理解了，可是等轉(zhuǎn)到c位置時(shí)，學(xué)生對(duì)前面的A、B位置又忘了。這些問(wèn)題是學(xué)生空間思維能力不足所造成的。如何幫助學(xué)生解決這個(gè)問(wèn)題？筆者覺(jué)得可以準(zhǔn)備3個(gè)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(zhuǎn)表示出來(lái)，使學(xué)生獲得連續(xù)的視覺(jué)效果，從而進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力。

通過(guò)學(xué)生自己制作教具以及對(duì)課本的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，讓每一位學(xué)生都參與實(shí)驗(yàn)，直觀、感性地體會(huì)地球自轉(zhuǎn)的方向。學(xué)生自己演示實(shí)驗(yàn)后深深地感受到了太陽(yáng)的東升西落其實(shí)是地球的自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，而此時(shí)再播放星星的運(yùn)動(dòng)視頻，則能更有效地培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力。

【案例2】觀察太陽(yáng)照射地球（尋找晨昏線）

1.打開(kāi)太陽(yáng)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(zhuǎn)動(dòng)地球儀，觀察被照亮部分的變化，這個(gè)現(xiàn)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(shí)驗(yàn)中手電筒模擬的太陽(yáng)位置確定后保持不變）。

5.教師自制一個(gè)晨昏圈，演示地球自轉(zhuǎn)時(shí)晨昏圈的變化。

通過(guò)“貼一貼”的活動(dòng)，讓學(xué)生自己去尋找晨昏線。學(xué)生貼的晨昏線均有所不同，這是為什么呢？（學(xué)生思考“得出可能與太陽(yáng)的照射點(diǎn)有關(guān)”，為下節(jié)課“地球的公轉(zhuǎn)”做好鋪墊）而教師自己制作的晨昏圈的演示實(shí)驗(yàn)（如圖3），直觀地呈現(xiàn)了晨昏圈在地球的自轉(zhuǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化。

在本節(jié)課的教學(xué)過(guò)程中，筆者始終以“活動(dòng)”為線索，并通過(guò)學(xué)生動(dòng)手制作教具這一實(shí)踐活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手操作，觀察思考，讓學(xué)生從一大堆干巴巴的文字符號(hào)中跳出來(lái)，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)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(xué)教學(xué)中有著不可忽視的作用。而學(xué)生空間思維能力的培養(yǎng)和發(fā)展是一個(gè)循序漸進(jìn)、由淺入深、不斷積累的過(guò)程。為此，教師要充分地利用課堂，采用多種現(xiàn)代化教學(xué)手段，培養(yǎng)和提高學(xué)生的空間思維能力。